JP2010540016A - 着席している人のバイタル身体サインを監視する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視する方法であって、座席ベルトに配置され又は座席ベルトに組み込まれる複数のドップラーレーダを使用するステップを含む方法が開示される。開示される方法は、自動車に着席している人の心拍及び呼吸のようなバイタル身体サインを、邪魔にならないように監視する。多くの安全アプリケーション及び健康アプリケーションが実現できる。例は、運転者の瞬間的な眠りの検出、事故に備えたバイタルサイン監視、運転者のストレスを低減するために生体フィードバックを使用するリラクセーションエクササイズである。

Description

本発明は、着席している人のバイタル身体サインを監視する方法及びシステムに関し、特に、自動車に着席している人のバイタル身体サインを監視する方法及びシステムに関する。

米国特許出願公開第２００５／００７３４２４号明細書は、特に自動車において用いられる、生物の身体の位置及び／又は動きに関する情報を検知する方法を開示している。

上記米国出願明細書の方法は、距離から運転者のバイタル身体サインを監視することを可能にするために、車のステアリングホイールに組み込まれたドップラーレーダセンサを使用する。運転者の周囲の他の動く物体は、ドップラーレーダ信号に信号アーチファクトを引き起こしうるので、運転者のバイタル身体サインの監視は正確でないことがある。

自動車に着席している人のバイタル身体サインを監視する精度を改善することができる方法を有することが有利である。

更に、自動車に着席している人のバイタルサインを監視する精度を改善することができるシステムを有することが有利である。

自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視する方法であって、座席ベルトに配置され又は座席ベルトに組み込まれる複数のドップラーレーダを使用するステップを含む方法が、開示される。

自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視するシステムが開示される。システムは、人の胸部に特定の周波数の電磁信号を送信し、人の胸部から対応する反射された電磁信号を受信する複数のトランスデューサ及びアンテナを有する。システムは、処理ユニットを有する。処理ユニットは、反射された電磁信号を処理し、反射された信号に関連するドップラー信号の時間に対する変化率を表わす出力信号を生成するための、複数のアンテナに結合された第１の処理ユニットを有する。処理ユニットは、出力信号を比較し、基準に基づいて最良の出力信号を選択するように構成される第２の処理ユニットを有する。処理ユニットは、選択された最良の出力信号に基づいて、自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを表わす少なくとも１つのパラメータを計算するように構成される第３の処理ユニットを有する。

自動車に着席している人のバイタル身体サインを監視するための例示的な機構を示す図。 本発明の一実施例による、自動車に着席している人のバイタル身体サインを監視するのに伴うステップを図式的に示す図。 本発明の一実施例による、最良の出力信号の選択を示すフローチャート及びグラフ。 自動車に着席している人のバイタル身体サインを監視するシステムの一実施例を示す図。

上述の見地、特徴及び利点は、添付の図面を参照して例示によって更に記述される。図面において、同じ参照数字は、同一の又は同様の部分を示す。

自動車産業において、乗物の操作者の安全について大きな関心がある。これは、不注意、ハンドルを握った状態での居眠り、及びストレスの多い状況によって引き起こされる心臓負荷が、死亡者を伴う事故の頻度の高い原因であるからである。

本発明は、自動車の操作者のバイタル身体サインを監視する改善された方法及びシステムを開示する。

ここで、自動車なる語は、人又は物を運ぶ輸送機関（例えば車、バス、トラック、救急車）をいう。ここで、自動車の操作者なる語は、自動車を運転し／操作する人をさす。

自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視する方法であって、座席ベルトに配置され又は座席ベルトに組み込まれる複数のドップラーレーダを使用するステップを含む方法が開示される。

ここで図１を参照して、人１０２は、座席ベルト１０４を装着して自動車の座席に座っている。ここで座席ベルト１０４とは、衝突又は急停止から生じうる危険な移動に対して人間１０２を固定するように設計される安全バンドをさす。座席ベルト１０４は、人１０２が自動車の堅い内部要素又は他の乗客にぶつかることを防ぐことによって、及び人１０２が自動車から投げ出されることを防ぐことによって、怪我を低減することを目的とする。複数のドップラーレーダ１０６が、座席ベルトに配置され又は座席ベルトに組み込まれる。ドップラーレーダは、人１０２のバイタル身体サインを測定するために使用される。

ドップラーシフトされた信号を検出するためのトランスデューサは、商業的に入手可能であり、しばしば、例えば交通速度のレーダ測定において、ビームの遠距離場を使用して移動を検出する目的で使用される。このようなトランスデューサは、近距離場測定のためにも使用されることができ、心臓からのドップラーシフトされた信号の検出を介して心臓アクティビティを検出するのに適している。

そのような商業的に入手可能なトランスデューサは、Micro Systems Engineering GmbHによって製造される２チャネル動きセンサであるマイクロ波動きセンサＫＭＹ２４ユニットである。これは、同じハウジングに２．４５ＧＨｚの発振器及び受信機を含み、連続波モードで動作する。

概して、当技術分野において知られているようなこのようなドップラトランスジューサにおいて、アンテナは、電磁波を放出し、放出された電磁波は、それが当たる電磁波に対して非横方向の速度成分を伴って動く対象の表面から反射されるとき、反射してアンテナに戻る電磁波の周波数にシフトをもたらす。この周波数シフトは、ドップラーシフトと呼ばれる。このドップラーシフトされた反射波は、トランスデューサのアンテナによって検出される。このアンテナは、放出するアンテナと同じアンテナであってもよく又は同じでなくてもよい。反射する対象の動きの相対スピードは、反射され検出された電磁波の周波数シフトにおいてエンコードされ、この値は、知られている技法を使用して抽出されることができる。

米国特許出願公開第２００５／００７３４２４号明細書に開示される解決策は、ステアリングホイールに組み込まれる単一のセンサを使用する。座席ベルト１０４に配置されるドップラーレーダを使用してバイタル身体サインを測定することは、ステアリングホイールに組み込む場合よりも、ずっと良好な信号アクティビティと、運転者の周囲の動く対象による影響のより小さい受けやすさと、を与える。

着席している人の心臓領域の上へのドップラーレーダの正確な位置付けは、保証されることができないので、複数のドップラーレーダからなるドップラーレーダアレイが使用される。複数のレーダは、互いに隣同士に配置され又は座席ベルトに組み込まれる。それらの個々のデータ出力及び電源リードが、座席ベルトに、シールドされた導電ワイヤとして組み込まれる。

複数のレーダは、ドップラーレーダセンサの正確な位置付けの利点を示し、センサが運転者の位置及び運転者の座席の設定（例えば背もたれの角度）に対し感受性をもたないようにする。複数の信号が得られることができ、最も有用な信号が選択されることができ、それによって、より高い精度をもつバイタル身体サインの測定を可能にする。心拍及び呼吸のようなバイタル身体サインは、皮膚接触なしで監視されることができ、運転者にとってまったく邪魔ではない。

一実施例において、着席している人１０２のバイタル身体サインを監視することは、図２に示されるように以下のステップを含む。ステップ２０２は、自動車の座席に着席している人の胸部に特定の周波数の電磁信号を送信することを含む。ステップ２０４は、自動車に着席している人の胸部から、対応する反射された電磁信号を受信することを含む。ステップ２０６は、対応する反射された電磁信号を処理して、反射された電磁信号に関連するドップラー信号の時間に対する変化率を表わす出力信号を生成する。ステップ２０８は、出力信号を比較し、基準に基づいて最良の出力信号を選択することを含む。ステップ２１０は、選択された最良の出力信号に基づいて、人のバイタル身体サインを表わす少なくとも１つのパラメータを計算することを含む。開示される方法は、インピーダンスを測定するのではなく、胸壁及び心臓壁の動きを測定する。

他の実施例において、出力信号を比較し最良の出力信号を選択するステップは、自動車に着席している人の心臓信号に基づいて、最良の出力信号を選択することを含む。最良の出力信号は、信号が１サイクル中に示す特徴的なポイントの数に基づいて、選択される。呼吸又は他の動きによるセンサの小さな変位がある場合、最良の信号を有していたセンサは、それがなお心臓に最も近いものであるので、小さい動きの後も最良の信号をもつセンサのままである見込みが非常に高い。従って、反復パターンを出力する任意のセンサを単に採用するのではなく、サイクル当たり最も多くの特徴的なポイントを有するものを採用することが有利である。

出願人整理番号ＰＨＮＬ００６８５５の欧州特許出願において、心臓フェーズのタイミングに関する情報を提供する心臓測定用の２チャネルドップラーレーダセンサの使用が記述されている。これは、J.Muehlsteff、J.A.J. Thijs及びR. Pinterによる文献「The use of a two channel doppler radar sensor for the characterization of heart motion phases」(28th Annual International Conference of the IEEE, Engineering in Medicine and Biology Society 2006, EMBS 06, pages 547-550)にも記述されている。この文献に示される結果において、４つの特徴的なポイントが、１つのＲＲサイクルにある（図３を参照。ポイント５＝ポイント１であることに注意。）。本願発明者は、胸部上の位置に依存して、すべての４つの特徴的なポイントが常に可視であるわけではないことを見つけた。４つの特徴的なポイントが、出力信号において可視である場合、これは、測定位置が良好なものであることを意味する。これは、座席ベルトにおける正しいセンサを選択するために使用されることができ、かかるセンサは、１つのＲＲサイクル中に最も多くの、特徴的であって信頼できそうなポイントをもつセンサである。

特徴的なポイント及びこれらの連続する特徴的なポイントの間の時間差が、反射された信号から計算される。これは、反復パターンに、心臓周波数によって反復し続ける４までの特徴的なポイントを与える。これは、最も有利に位置付けられたセンサを見つけることを可能にする。これは、ＲＲサイクル当たり何個の特徴的なポイントが可視であるかを計算することによって、行われることができる。心臓信号に基づいて最良の出力信号を選択することは、図３に示される以下のステップを含む。ステップ３０２は、すべてのレーダチャネルの時間微分を使用して、すべてのレーダセンサから特徴的なポイントを抽出することを含む。ステップ３０４は、特徴的なポイントの反復パターンを探すことを含む。ステップ３０６は、図３にグラフで示されている１つの反復パターン（すなわちＲＲサイクル）の中の特徴的なポイントの数に基づいて、最良の出力信号を選択することを含む。

他の実施例において、複数のドップラーレーダは、４００ＭＨｚ乃至５ＧＨｚの間のレンジの周波数で連続波電磁信号を放出する。このレンジは、心臓から反射される信号を生成するために特に有利であることが分かった。しかしながら、方法は、周波数が８００ＭＨｚ乃至４ＧＨｚの間のレンジにある場合に特に有利に機能する。

更に他の実施例において、人のバイタル身体サインに関する監視された情報は、以下の目的のうちの少なくとも１つのために更なる処理を行う高次のシステムに送られる：
着席している人の瞬間的な眠りの検出、
着席している人の健康状態の分類、及び
着席している人の健康状態についてのフィードバックの提供。

人の健康状態は、連続的に監視されることができ、フィードバックは、人が注意深くなることを助けることができ、それによって事故を減少させることができる。

他の実施例において、方法は、着席している人のバイタル身体サインに関する監視された情報が、生命を脅かす又は異常な状況を示す場合、アラーム信号を生成することを含む。運転者に警告することによって、事故が回避されることができる。

ここで図４を参照して、自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視するシステムは、
−複数のトランスデューサ４０２及び複数のアンテナ４０４を含む複数のドップラーレーダ１０６と、
−処理ユニット４０６と、
を有し、処理ユニット４０６は、
−第１の処理ユニット４０６Ａと、
−第２の処理ユニット４０６Ｂと、
−第３の処理ユニット４０６Ｃと、
を有する。

複数のトランスデューサ及びアンテナは、座席ベルトに取り付けられることができる。トランスデューサ及びアンテナを処理ユニット４０６に接続するワイヤがありうる。ワイヤは、シールドされた導通糸として座席ベルトに組み込まれることができる。ワイヤレスソリューションもまた可能である。しかしながら、この場合、センサは、電池式でなければならず、定期的に再充電されなければならない。更に、処理ユニット４０６は、自動車内のどこにでも収容されることができる。

第１の処理ユニット４０６Ａは、反射された電磁信号を処理し、反射された信号に関連するドップラー信号の時間に対する変化率を表わす出力信号を生成するために、複数のアンテナに結合される。

第２の処理ユニット４０６Ｂは、出力信号を比較し、基準に基づいて最良の出力信号を選択するように構成され、第３の処理ユニット４０６Ｃは、選択された最良の出力信号に基づいて、自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを表わす少なくとも１つのパラメータを計算するように構成される。

処理ユニット４０６は、反射された電磁信号を処理し、最良の出力信号を選択するために、上記の実施例において開示された方法を使用する。

開示された方法は、車、バス、トラック及び救急車のような自動車において心拍及び呼吸のようなバイタル身体サインを監視することに関して邪魔ではなく、快適である。安全アプリケーションは、これに限定されるものではないが、運転者の瞬間的な眠りの検出、事故に備えたバイタル身体サインの監視、及び運転者のストレスを低減するための生体フィードバックを使用するリラクセーションエクササイズを含む。以下の他のアプリケーションもまた実現可能にされうる：
１．運転者が過度にストレスを感じていないときのみ、自動車が操作されることができる。
２．ブラックボックスは、運転の際、すべてのバイタルサインを連続的に記録することができる。事故の場合、運転者が事故の前に健康の問題を有していたかどうか調べるために、すべてのバイタルサインが、精査されることができる。

本発明は、図面及び前述の記述において詳しく示されているが、このような図面及び記述は、説明的又は例示的なものと考えられることができ、制限的なものではない。本発明は、開示された実施例に制限されない。開示された実施例に対する他の変更が、図面、開示及び添付の請求項の研究から、請求項に記載の本発明を実施する当業者によって、理解され達成されることができる。「有する、含む」なる動詞及びその活用形の使用は、請求項に又は詳細な説明に記述されるもの以外の構成要素の存在を除外しない。いくつかのユニットを列挙するシステムの請求項において、これらのユニットのいくつかは、同じ一つのハードウェア／ソフトウェア要素によって具体化されることができる。構成要素又はステップの前の不定冠詞「a」又は「an」の使用は、複数のこのような構成要素又はステップの存在を除外しない。図及び記述は、単なる説明的なものと考えられることができ、本発明を制限しない。請求項における任意の参照符号は、範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (9)

1. 自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視する方法であって、座席ベルトに配置され又は前記座席ベルトに組み込まれる複数のドップラーレーダを使用するステップを含む方法。
2. 前記バイタル身体サインの前記監視は、
   前記自動車の前記座席に着席している人の胸部に特定の周波数の電磁信号を送信するステップと、
   前記自動車の前記座席に着席している人の前記胸部から対応する反射された電磁信号を受信するステップと、
   前記対応する反射された電磁信号を処理して、前記反射された電磁信号に関連するドップラー信号の時間に対する変化率を表わす出力信号を生成するステップと、
   前記出力信号を比較し、基準に基づいて最良の出力信号を選択するステップと、
   前記選択された最良の出力信号に基づいて、前記着席している人の前記バイタル身体サインを表わす少なくとも１つのパラメータを計算するステップと、
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記最良の出力信号を選択する前記ステップは、前記自動車に着席している人の心臓信号に基づいて、前記最良の出力信号を選択するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記心臓信号に基づいて前記最良の出力信号を選択する前記ステップは更に、
   すべてのレーダチャネルの時間微分を使用して、複数のレーダセンサから、心臓のポンピングサイクルの異なるフェーズの間の遷移をマークする特徴的なポイントを抽出するステップと、
   前記抽出された特徴的なポイントの反復パターンを探すステップと、
   １つの前記反復パターン中の特徴的なポイントの数に基づいて、前記最良の出力信号を選択するステップと、
   を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数のドップラーレーダが、４００ＭＨｚ乃至５ＧＨｚの間のレンジの周波数で連続波電磁信号を放出する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記人の前記バイタル身体サインに関する前記監視された情報は、前記着席している人の瞬間的な眠りの検出、前記着席している人の健康状態の分類、又は前記着席している人の前記健康状態についてのフィードバックの提供、の目的のうち少なくとも１つに関して更なる処理を行う高次のシステムに送られる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記着席している人の前記バイタル身体サインに関する前記監視された情報が、生命を脅かす状況又は異常な状況を示す場合、アラーム信号を生成するステップを更に含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視する装置であって、座席ベルトに配置され又は前記座席ベルトに組み込まれる複数のドップラーレーダを有する装置。
9. 自動車の座席に着席している人のバイタル身体サインを監視するシステムであって、
   前記人の胸部に特定の周波数の電磁信号を送信し、前記胸部から対応する反射された電磁信号を受信する複数のトランスデューサ及びアンテナと、
   処理ユニットと、
   を有し、前記処理ユニットは、
   前記反射された電磁信号を処理し、前記反射された信号に関連するドップラー信号の時間に対する変化率を表わす出力信号を生成する、前記複数のアンテナに結合された第１の処理ユニットと、
   前記出力信号を比較し、基準に基づいて最良の出力信号を選択する第２の処理ユニットと、
   前記選択された最良の出力信号に基づいて、前記自動車の前記座席に着席している人の前記バイタル身体サインを表わす少なくとも１つのパラメータを計算する第３の処理ユニットと、
   を有するシステム。

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