JP2012524596A - 鼻気流式デバイスコントローラ - Google Patents

Abstract

ユーザから入力を受ける方法であって、鼻の空気パラメータを測定するステップと、前記測定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップとを備える方法。
【選択図】 図１

Description

関連出願

本出願は、２００９年４月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／２０２，９５９号の３５ ＵＳＣ １１９（ｅ）に基づく利益を主張する。

本発明は、その幾つかの実施形態において、鼻センサから入力を受けるデバイスコントローラに関し、より詳細には、限定するものではないが、スニッフ（ｓｎｉｆｆ：鼻での吸引又は吐出行為）パラメータによって制御されるデバイスコントローラに関する。

現代の生活では、デバイスの制御やコミュニケーションの能力を有効に利用している。しかしながら、コミュニケーションをする能力、更にはデバイスを制御できる能力は、時として損なわれる。コミュニケーションは発話の制御に依存するが、この制御は時として病気や傷害によって損なわれる。タイピングなどの別のコミュニケーション手段も時として完全麻痺などの状態に起因して損なわれる。同様に、車両などの、コミュニケーションとは無関係のデバイスの制御も傷害や麻痺に起因して損なわれる場合がある。

デバイスを制御する能力が損なわれると生活の中で大きな困難が生じるのに対して、コミュニケーション能力が損なわれると壊滅的な悪影響が容易に生じてしまう。この状態の原型的な例は、「閉じ込め症候群」（ＬＩＳ）（例えば、Ｌａｕｒｅｙｓ Ｓ，Ｐｅｌｌａｓ Ｆ，Ｖａｎ Ｅｅｃｋｈｏｕｔ Ｐ，Ｇｈｏｒｂｅｌ Ｓ，Ｓｃｈｎａｋｅｒｓ Ｃ，Ｐｅｒｒｉｎ Ｆ，Ｂｅｒｒｅ Ｊ，Ｆａｙｍｏｎｖｉｌｌｅ ＭＥ，Ｐａｎｔｋｅ ＫＨ，Ｄａｍａｓ Ｆ，Ｌａｍｙ Ｍ，Ｍｏｏｎｅｎ Ｇ，Ｇｏｌｄｍａｎ Ｓ （２００５） Ｔｈｅ ｌｏｃｋｅｄ−ｉｎ ｓｙｎｄｒｏｍｅ：ｗｈａｔ ｉｓ ｉｔ ｌｉｋｅ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ ｂｕｔ ｐａｒａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｖｏｉｃｅｌｅｓｓ？ Ｐｒｏｇ Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ １５０：４９５−５１１）である。ＬＩＳは、脳卒中などの傷害に起因し、あるいは、ＡＬＳなどの神経変性病の進行に起因すると考えられる。ＬＩＳ患者は、しばしば、自己呼吸することができ、注視制御を維持できる。しかしながら、「完全閉じ込め症候群（ＣＬＩＳ）」と称される更に深刻なケースは自己呼吸も注視もできなくなる。これらの患者は、自分達の周囲環境および状態を完全に認識しているが、完全にコミュニケーションできないと考えられる。

現代技術には、コミュニケーションおよび制御の損失に対して幾つか代替的な解決策が存在する。例えば：
麻痺したあるいは切断された個人は、眼の動きによってコミュニケーションを行いデバイスを制御できる（例えば、Ｌａｃｏｕｒｓｅ，Ｊ．Ｒ．，Ｈｌｕｄｉｋ，Ｆ．Ｃ．（１９９０），Ａｎ Ｅｙｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｄｉｓａｂｌｅ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｖｏｌｕｍｅ ３１，Ｎｕｍｂｅｒ １２，Ｐａｇｅｓ １２１５−１２２０）。注視制御の利点は、注視が最良に維持される能力のうちの１つであるという点である。すなわち、自分の身体の殆ど全てにわたる制御を失った個人は、依然として自分の注視を意志に基づいて方向付けることができる場合がある。コミュニケーションおよび制御の別の手段は、記録されて変換される脳活動によるものである。記録電極を頭皮に貼り付けることができ（例えば、Ｋｕｂｌｅｒａ，Ａ．，ａｎｄ Ｂｉｒｂａｕｍｅｒ，Ｎ．（２００８），Ｂｒａｉｎ−ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐａｒａｌｙｓｉｓ：Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｏａｌ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｐａｒａｌｙｓｅｄ ｐａｔｉｅｎｔｓ？ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ．Ｖｏｌｕｍｅ １１９，Ｉｓｓｕｅ １１，Ｐａｇｅｓ ２６５８−２６６６）あるいは脳内に外科的に配置することができる（例えば、Ｈｉｎｔｅｒｂｅｒｇｅｒａ，Ｔ．，Ｗｉｄｍａｎｃ，Ｇ．，Ｌａｌｄ，Ｔ．Ｎ．，Ｈｉｌｌｄ，ｊ．，Ｔａｎｇｅｒｍａｎｎｅ，Ｍ．，Ｒｏｓｅｎｓｔｉｅｌｆ，Ｗ．，Ｓｃｈｏｌｋｏｐｆｄ，Ｂ．，Ｅｌｇｅｒｃ，Ｃ．，ａｎｄ Ｂｉｒｂａｕｍｅｒｂ，Ｎ．（２００８）．Ｖｏｌｕｎｔａｒｙ ｂｒａｉｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｏｃｏｒｔｉｃｏｇｒａｍ ｓｉｇｎａｌｓ．Ｅｐｉｌｅｐｓｙ＆Ｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｖｏｌｕｍｅ １３，Ｉｓｓｕｅ ２，Ｐａｇｅｓ ３００−３０６）。記録された神経作用は、その後、コンピュータなどのコミュニケーション装置から電気車椅子に及ぶデバイスを制御するために使用できる。

他の手法は、例えばＦｕｇｇｅｒ，Ｅ．，Ａｓｓｌａｂｅｒ，Ｍ．＆ Ｈｏｃｈｇａｔｔｅｒｅｒ，Ａ．Ｍｏｕｔｈ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ＆ｔｒａｉｎｉｎｇ．Ａｓｓｉｓｔｉｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ａｄｄｅｄ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｌｉｆｅ，ＡＡＡＴＥ’０１，３７９（２００１）（以下では、‘Ｆｕｇｇｅｒ ａｔ ａｌ．２００１’と称する）に開示されるようにストローを使用することに類似する‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’によって身体障害者がコミュニケーションを行いデバイスを制御できるようにする装置を使用することである。

更なる背景技術としては、以下が挙げられる。

Ｂｉｒｂａｕｍｅｒ Ｎ，Ｍｕｒｇｕｉａｌｄａｙ ＡＲ，Ｃｏｈｅｎ Ｌ．Ｂｒａｉｎ−ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｉｎ ｐａｒａｌｙｓｉｓ．Ｃｕｒｒ Ｏｐｉｎ Ｎｅｕｒｏｌ．２００８ Ｄｅｃ；２１（６）：６３４−８．Ｒｅｖｉｅｗ．
Ｊｏｈｎｓｏｎ ＢＮ，Ｍａｉｎｌａｎｄ ＪＤ，Ｓｏｂｅｌ Ｎ．Ｒａｐｉｄ ｏｌｆａｃｔｏｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｉｍｐｌｉｃａｔｅｓ ｓｕｂｃｏｒｔｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａｎ ｏｌｆａｃｔｏｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｊ Ｎｅｕｒｏｐｈｙｓｉｏｌ．２００３ Ａｕｇ；９０（２）：１０８４−９４（以下、‘Ｊｏｈｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００３’と称する）．
Ｋｕｂｌｅｒ Ａ，Ｆｕｒｄｅａ Ａ，Ｈａｌｄｅｒ Ｓ，Ｈａｍｍｅｒ ＥＭ，Ｎｉｊｂｏｅｒ Ｆ，Ｋｏｔｃｈｏｕｂｅｙ Ｂ．Ａ ｂｒａｉｎ−ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｕｄｉｔｏｒｙ ｅｖｅｎｔ−ｒｅｌａｔｅｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ （ｐ３００） ｓｐｅｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｌｏｃｋｅｄ−ｉｎ ｐａｔｉｅｎｔｓ．Ａｎｎ Ｎ Ｙ Ａｃａｄ Ｓｃｉ．２００９ Ｍａｒ；１１５７：９０−１００．
Ｌａｕｒｅｙｓ Ｓ，Ｐｅｌｌａｓ Ｆ，Ｖａｎ Ｅｅｃｋｈｏｕｔ Ｐ，Ｇｈｏｂｅｌ Ｓ，Ｓｃｈｎａｋｅｒｓ Ｃ，Ｐｅｒｒｉｎ Ｆ，Ｂｅｒｒｅ Ｊ，Ｆａｙｍｏｎｖｉｌｌｅ ＭＥ，Ｐａｎｔｋｅ ＫＨ，Ｄａｍａｓ Ｆ，Ｌａｍｙ Ｍ，Ｍｏｏｎｅｎ Ｇ，Ｇｏｌｄｍａｎ Ｓ．Ｔｈｅ ｌｏｃｋｅｄ−ｉｎ ｓｙｎｄｒｏｍｅ： ｗｈａｔ ｉｓ ｉｔ ｌｉｋｅ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｓｃｉｏｕｓ ｂｕｔ ｐａｒａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｖｏｉｃｅｌｅｓｓ？ Ｐｒｏｇ Ｂｒａｉｎ Ｒｅｓ．２００５；１５０：４９５−５１１．
Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ａ．Ｐｒｕｅｈｓｎｅｒ，Ｗ．Ｅｎｄｅｒｌｅ，Ｊ．Ｄ．Ｖｏｃａｌ，ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ，ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｈａｉｒ．Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９９９．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ２５ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ．８−９ Ａｐｒ １９９９．
Ｓｏｂｅｌ Ｎ，Ｐｒａｂｈａｋａｒａｎ Ｖ，Ｄｅｓｍｏｎｄ ＪＥ，Ｇｌｏｖｅｒ ＧＨ，Ｇｏｏｄｅ ＲＬ，Ｓｕｌｌｉｖａｎ ＥＶ，Ｇａｂｒｉｅｌｉ ＪＤ．Ｓｎｉｆｆｉｎｇ ａｎｄ ｓｍｅｌｌｉｎｇ： ｓｅｐａｒａｔｅ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｏｌｆａｃｔｏｒｙ ｃｏｒｔｅｘ．Ｎａｔｕｒｅ．１９９８ Ｍａｒ １９；３９２（６６７３）：２８２−６（以下、‘Ｓｏｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，１９９８’と称する）．
Ｐｌｏｔｋｉｎ Ａ．，Ｓｅｌａ Ｌ．，Ｗｅｉｓｓｂｒｏｄ Ａ．，Ｓｏｒｏｋｅｒ Ｎ．，ａｎｄ Ｓｏｂｅｌ Ｎ．，Ａ ｂｒａｉｎ−ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎｏｓｅ，Ｔｈｅ Ｉｓｒａｅｌ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ＆Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎｏｖ．１８−１９，２００９．
Ｐｌｏｔｋｉｎ Ａ．，Ｓｅｌａ Ｌ．，Ｗｅｉｓｓｂｒｏｄ Ａ．，Ｓｏｂｅｌ Ｎ．，ａｎｄ Ｓｏｒｏｋｅｒ Ｎ．，Ａ ｂｒａｉｎ−ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｎｏｓｅ，Ｉｓｒａｅｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ １８ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｎｏｖ．２３，２００９．

本発明の典型的な実施形態によれば、例えば意識的なまたは無意識的な制御によって変更される鼻の空気流が、例えば機械的デバイスまたはソフトウェアを制御するための入力手段として使用される。任意であるが、入力は鼻孔に依存させてもよい。本発明の典型的な実施形態において、制御は、麻痺したあるいは他の身体に障害があるユーザから入力を受けるために使用される。任意的にあるいは選択的に、制御は、他の入力方法が既に使用中（例えばパイロット）または利用不可能（例えば宇宙服）な状況でデバイスを制御するために使用される。

本発明の典型的な実施形態によれば、ユーザから入力を受ける方法であって、
（ａ）鼻の空気パラメータを測定するステップと、
（ｂ）前記測定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
を備える方法が提供される。

任意的であるが、前記測定するステップは、前記鼻の空気の２つの独立パラメータを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

任意的であるが、前記測定するステップは、前記鼻の空気の少なくとも２つの独立パラメータを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

任意的であるが、前記測定するステップは、前記鼻の空気の少なくとも３つの独立パラメータを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

任意的であるが、前記測定するステップは、少なくとも１つのアナログパラメータを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

任意的であるが、前記測定するステップは、空気方向、空気流継続時間、空気流量、または、音声周波数のうちの少なくとも１つを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

任意的であるが、前記測定するステップは、空気方向、空気流継続時間、空気流量、または、音声周波数の任意の組み合わせを測定する工程と、そこから命令を生成する工程とを備える。

幾つかの実施形態において、前記生成するステップは、空気流パラメータのデューティサイクルに応じて生成する工程を備える。

幾つかの実施形態において、前記生成するステップは、コマンドを表わすベクトルを生成する工程を備える。

本発明の典型的な実施形態において、前記生成するステップは、テーブルを使用して生成する工程を備える。任意的にあるいは選択的に、前記生成するステップは、一連の測定されたパラメータ値を使用して生成する工程を備える。

幾つかの実施形態において、デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成する前記ステップは、デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方から命令におけるフィードバックを与える工程を備える。

本発明の典型的な実施形態において、前記測定するステップは、２つの鼻孔から測定する工程を備える。

本発明の典型的な実施形態において、当該方法は、空気流を鼻の領域へ選択的に方向付けるのにユーザを訓練するステップを備える。

ユーザは少なくとも四肢が麻痺されている場合でもよい。ユーザは人工的に呼吸させられていてもよい。

本発明の典型的な実施形態では、前記ユーザは身体障害者ではない。

本発明の典型的な実施形態において、ユーザから入力を受けることは、デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための動作を決定するステップと、前記決定を少なくとも１つのスニッフ（ｓｎｉｆｆ）によって表わすステップと、スニッフの測定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップとを備える。

本発明の典型的な実施形態によれば、ユーザから入力を受ける方法であって、
（ａ）デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための動作を決定するステップと、
（ｂ）前記決定を少なくとも１つのスニッフによって表わすステップと、
（ｃ）前記スニッフに基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
を備える方法が提供される。

幾つかの実施形態において、前記決定を少なくとも１つのスニッフによって表わす前記ステップは、一連の複数のスニッフで前記決定を表わす工程を備える。

本発明の典型的な実施形態によれば、制御のための装置であって、
（ａ）鼻の空気パラメータを測定するように構成されるセンサと、
（ｂ）前記測定をデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のためのコマンドへ変換する回路と、
を備える装置が提供される。

任意的であるが、この装置は、それぞれの鼻孔ごとにセンサを備える。任意的にあるいは選択的に、前記回路は、内側へ向かうスニッフを外側へ向かうスニッフから区別する。任意的にあるいは選択的に、前記回路は自然の呼吸を無視する。

幾つかの実施形態において、前記デバイスは、電気的にあるいは電子的にあるいはプログラムであるいはこれらの任意の組み合わせによって制御されるデバイスを備える。

任意的であるが、前記デバイスは、アナログ制御または離散制御の一方または両方を有するデバイスを備える。

任意的であるが、前記デバイスは、コンピュータ駆動のディスプレイ上のポインティングデバイスを備える。

本発明の典型的な実施形態では、前記デバイスは車椅子を備える。任意的にあるいは選択的には、前記コントローラはコミュニケーションデバイスを備える。

本発明の典型的な実施形態によれば、被検者から入力を受ける方法であって、
（ａ）被検者の軟口蓋の位置を判定するステップと、
（ｂ）軟口蓋の位置の前記判定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
を備える方法が提供される。

幾つかの実施形態において、前記判定は、軟口蓋へ向けて伝えられる音波の反射に応答する。

幾つかの実施形態において、前記判定は、軟口蓋に取り付けられるマグネットの磁場に応答する。

幾つかの実施形態において、前記判定は、電極によって取得される神経作用に応答する。

幾つかの実施形態において、軟口蓋の位置を判定するステップは、被検者によるスニッフに応答する。

幾つかの実施形態では、被検者が人工的に呼吸させられる。

本発明の典型的な実施形態によれば、前述した方法を実行するように構成される装置が提供される。

本発明の典型的な実施形態によれば、口を閉じることなく鼻呼吸と口呼吸との間を切り換えるように被検者を訓練するための方法であって、
（ａ）鼻への空気通路と、被検者の口への空気通路とを設けるステップと、
（ｂ）口呼吸または鼻呼吸するように被検者を促すのに応じて前記空気通路内の空気流量を測定するステップと、
（ｃ）鼻呼吸と口呼吸との間の切り換えの成功に関するフィードバックを被検者へ与えるステップと、
を備える方法が提供される。

幾つかの実施形態では、前記切り換えの成功が図式的に与えられ、それにより、被検者が前記切り換えをインタラクティブに調整できる。

他に別に規定されていなければ、本明細書中で使用される全ての技術用語および／または科学用語は、本発明が関連する技術分野の当業者によって共通に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書中に記載される方法および材料と同様または等価な方法および材料を本発明の実施形態の実施または試験で使用できるが、以下では典型的な方法および／または材料について説明する。対立の場合、定義を含む特許明細書は制御する。また、材料、方法、および、例は、単なる例示であり、必ずしも限定しようとするものではない。

本発明の実施形態の方法および／またはシステムの実施は、選択されたタスクを手動で、自動で、あるいは、それらの組み合わせで実行しあるいは完了することを含むことができる。また、本発明の方法および／またはシステムの実施形態の実際の計装および機器によれば、幾つかの選択されたタスクを、ハードウェアによって、ソフトウェアによって、あるいは、ファームウェアによって、あるいは、オペレーティングシステムを使用するこれらの組み合わせによって実施できる。

例えば、本発明の実施形態に係る選択されたタスクを実行するためのハードウェアをチップまたは回路として実施することができる。ソフトウェアとしては、本発明の実施形態に係る選択されたタスクを、任意の適切なオペレーティングシステムを使用するコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実施することができる。本発明の典型的な実施形態において、本明細書中に記載される方法および／またはシステムの典型的な実施形態に係る１つ以上のタスクは、複数の命令を実行するための計算プラットフォームなどのデータプロセッサによって行なわれる。任意的に、データプロセッサは、命令および／またはデータを記憶するための揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを記憶するための不揮発性記憶装置、例えば磁気ハードディスクおよび／または取り外し可能な媒体を含む。任意的には、ネットワーク接続も同様に設けられる。任意的には、ディスプレイ、および／または、キーボードあるいはマウスなどのユーザ入力デバイスも同様に設けられる。

ここで、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態を単なる一例として説明する。ここで、特に図面を詳しく参照して強調すると、図示の特定の内容は、単なる一例であり、本発明の実施形態を例示的に説明することを目的としている。図面と共に解釈される記述は、本発明の実施形態がどのように実施され得るのかを当業者に明らかにする。

本発明の典型的な実施形態に係る人間のユーザに装着される鼻入力システムを示す概略図である。 本発明の典型的な実施形態に係る鼻入力センサを示している。 本発明の典型的な実施形態に係る鼻入力センサを示している。 本発明の典型的な実施形態に係る鼻入力センサを示している。 本発明の典型的な実施形態に係る鼻入力センサを示している。 本発明の典型的な実施形態に係る鼻センサにおける回路図である。 本発明の典型的な実施形態に係る、鼻の空気パラメータを検出する方法のフローチャートである。 本発明の典型的な実施形態に係る、スニッフの振幅変調を概略的に示している。 本発明の典型的な実施形態に係るスニッフデューティサイクルを概略的に示している。 本発明の典型的な実施形態に係る、鼻マスクを用いるポンプ式呼吸を概略的に示している。 被検者による軟口蓋の意思に基づく制御中の脳の活性化のｆＭＲＩスキャンであって、正中縦断面、冠状断面、および、横断面を示している。 本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いた訓練時間に関するインタラクティブな刺激に対する実験的な反応時間を概略的に示している。 本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラの訓練前後のインタラクティブな刺激に対する実験的な反応時間の概要を概略的に示している。 本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いてガイドパターンを追跡する精度の実験結果を概略的に示している。 本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いてガイドパターンを追跡する実験精度の概要を概略的に示している。

本発明は、その幾つかの実施形態において、鼻センサから入力を受けるデバイスコントローラに関し、特に、排他的ではないが、スニッフパラメータによって制御されるデバイスコントローラに関する。

本発明の幾つかの実施形態の態様は、鼻空気、例えば空気流、例えばスニッフパラメータを測定すること、および、パラメータをコンピュータへの入力としておよび／またはデバイスを制御するために使用することに関する。本発明の典型的な実施形態において、デバイスはリアルタイムで制御され、例えば、デバイスは、次のコマンドが受けられる前に鼻入力からの「コマンド」に応答することができ、あるいは、デバイスは、ほぼリアルタイムで、例えば数秒ごとに制御される。応答のための他の適した時間フレームは、例えば、５０ｍｓ、１００ｍｓ、４００ｍｓ、８００ｍｓ、１秒、２秒、５秒、または、それらの中間、あるいは、更に長い時間を含む。任意的にあるいはコンピュータへの入力に代えてあるいはデバイスを制御するため、鼻入力は、記録されて、その後に解析される。本発明の典型的な実施形態において、制御されるデバイスまたはコンピュータはユーザへフィードバックを与えるが、ユーザに対してフィードバックが与えられなくてもよい。本発明の典型的な実施形態において、フィードバックは、例えば、鼻領域への空気流または臭気を備える鼻である。

本発明の典型的な実施形態では、鼻測定が経口測定とは無関係である。任意的にあるいは選択的に、ユーザは、鼻気流を独立して制御するように訓練される。

本発明の典型的な実施形態において、ユーザは、麻痺した人あるいはさもなければその手がふさがった人である。他の実施形態において、ユーザは、犬、イルカ、または、ネズミなどの動物である。なお、本明細書中において、用語‘ユーザ’および‘被検者’は置き換え可能に使用される。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明の用途が以下の説明に記載されたおよび／または図面および／または例に示された構成要素の構造および配置および／または方法の内容に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態も可能であり、あるいは、様々な方法で実施できあるいは実行できる。

概要
ここで、図面を参照すると、図１は、本発明の典型的な実施形態に係る、人のユーザ１０２に装着された鼻入力システム１００を示す概略図である。図示のように、人１０２は、左鼻孔１０６と右鼻孔１０８とを有する鼻１０４を持つ。鼻孔での空気のパラメータが、測定システム１１０によって測定されて、コンピュータまたは回路１２２への入力として使用される。

図示の特定の実施形態では、左鼻孔センサ１１２および右鼻孔センサ１１４が示される。任意的であるが、１つの鼻孔で１つのセンサだけが使用され、あるいは、１つのセンサのみが共有されてもよい。図示の例では、センサが鼻孔にはなく、むしろ、穴を有するチューブ（図２Ａ参照）が鼻孔に設けられ、該チューブは、スニッフすることによって引き起こされる圧力変化を、１または複数のチューブ１１６を介して、圧力および／または空気流トランスデューサを含む任意的にはバッテリー電源式の回路ボックス１１８へ伝える。本発明の典型的な実施形態において、トランスデューサは、図３の左側にある４つのピンから成る組に接続するＡｌｌ Ｓｅｎｓｏｒ （ＵＳＡ） １ＩＮＣＨ−Ｄ−４−Ｖによる圧力トランスデューサである。

配線１２０または無線リンクなどの無線手段、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈが、測定値を回路１２２へ伝えるために使用される。任意的であるが、プロセッサ１２４、例えばＮＩ ｓｂＲＩＯ−９６１１によって信号が処理され、また、１つ以上のコマンドが抽出される。任意的であるが、コマンドは、読み取り／書き込みアプリケーション１２８などのコンピュータプログラムへデータ入力として送られる。任意的にあるいは選択的に、コマンドは車椅子コントローラ１２６へ送られる。任意的にあるいは選択的に、コマンドは、その動作にユーザが気付かないデータロガーまたはバイタルサインモニタなどの自律デバイスへ送られる。任意的にあるいは選択的に、コマンドは、例えば同時にあるいは選択的に接続されてもよい１つ以上の他のデバイスへ送られる。

スニッフすることは鼻呼吸に基づくため、幾つかの典型的なケースでは、複数のスニッフ後に、被検者は、スニッフすることなく（鼻でおよび／または口を使って）呼吸して、呼吸を回復させるおよび／または深呼吸（ため息）する必要がある。したがって、幾つかの実施形態において、スニッフ制御下のデバイスは、スニッフの遅れを予期するように構成されて、任意的に制御を一時停止し、それにより、被検者に呼吸させる。

幾つかの実施形態では、遅延が被検者（例えば、子供または大人）にしたがって事前に設定される。幾つかの実施形態において、遅延は、過去の１または複数の呼吸パターンに基づいて、少なくともある程度まで決定される。幾つかの実施形態において、デバイスは、呼吸が必要とされると予期されあるいは見なされるときにスニッフ制御を受けるのを止め、それにより、任意的に、スニッフ制御の受け入れが呼吸のために一時停止されることを被検者に知らせる。

本発明の典型的な実施形態において、ユーザには、例えばフィードバックアクチュエータ１３２を介してフィードバックが与えられる。任意的であるが、様々なデバイスは、それらが単独で、例えば音声または画像表示によってフィードバックを与える。任意的にあるいは選択的に、フィードバックアクチュエータは、例えばコマンドのあるいはデバイスのための直接的なフィードバックを与える。任意的であるが、フィードバックは、例えば、鼻孔内へのあるいは鼻孔付近での一吹きの空気であったり、１つ以上のにおいの解放（例えば、においが染み込んだあるいはにおいで覆われた電極の配列上でセルを加熱することにより）、および／または、嗅神経または鼻孔の近傍の他の組織の電気的刺激を含めて、鼻に方向付けられる。任意的であるが、フィードバックは離散的である。あるいは、フィードバックは、連続信号および／またはアナログ信号（例えば、コード化された振幅および／または継続時間）を含んでもよい。

幾つかの実施形態において、フィードバックは、スニッフ制御下でのデバイスによる命令の進行および／または実行を示す。任意的にあるいは付加的に、フィードバックは、デバイスがスニッフ制御を受けたことを示すとともに、コマンドが正確にまたは不正確に解釈されたことあるいは解釈できなかったことを示す（通信におけるＡｃｋ／Ｎａｃｋに類似）。

図示の実施形態では、３つの構成要素、すなわち、鼻センサ、測定デバイス、および、別個の回路が示されている。他の実施形態では、システムの機能が別の方法で分けられる。例えば、単一ユニットは、鼻測定、初期処理、および、制御デバイスにより読み取ることができる手段によるコマンド生成・送信（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を含むことができる。他の例では、ボックス１１８がセンサ１１２，１１４と一体化される。他の例では、システム１００は、車椅子などの制御デバイスに組み込まれ、および／または、鼻入力および／または出力以外の機能を与える。

典型的な鼻要素
図２Ａ〜図２Ｄは、本発明の典型的な実施形態に係る様々な鼻入力センサを示している。

図２Ａはチューブ式センサ２００を示しており、このチューブ式センサでは、チューブ２０２がユーザの耳から耳へ延びて鼻孔に隣接する１つ以上の開口２０８，２０４を含む。スニッフの際、開口およびチューブは、スニッフによって引き起こされる圧力変化を圧力トランスデューサ（図示せず、）１１８）へ伝える。任意的であるが、鼻孔は、開口２０４、２０８間でのチューブ２０２内への流れを遮るブロック２１０により示されるように、別々に測定される。任意的であるが、開口２０４、２０８は、鼻孔内へ達する短いチューブ部（図示せず）を含む。

幾つかの実施形態において、被検者は、それぞれの鼻孔のスニッフ、任意的には、選択された単一の鼻孔を通じたスニッフを選択的に制御するために、顔および／または鼻をしわくちゃにするおよび／または歪めることができる。

例えば、酸素供給システムのためにチューブ支持体（図示せず）を使用することができる。任意的ではあるが、酸素は、チューブ２０２を介してあるいは第２のチューブ（図示せず）を介して供給される。

図３は、本発明の典型的な実施形態に係る、左右の鼻孔センサのためのエレクトロニクス（上の２つ）、電源（一番下の右側）、および、ノイズ低減回路（一番下の左側）における回路図である。本発明の典型的な実施形態において、左右の鼻孔センサの増幅器のゲインは、例えば飽和を減少させるために低減され、これは、例えばＲ４，Ｒ５，Ｒ１３およびＲ１１を１Ｋ〜２Ｋに設定することにより行なうことができる。

図２Ｂは、一体検出回路（例えばハウジング２２２内）と空気特性をハウジング２２２内の回路（例えば、圧力センサ）へ伝えるための開口２２６を有するチューブ２２４とを含む鼻孔装着センサ２２０を示している。任意的ではあるが、ハウジング２２２は、有線または無線トランスミッタおよび／または処理回路を含む。任意的に、ハウジング２２２は給電用のバッテリーを含む。

任意的にあるいは選択的に、流量センサまたは圧力センサなどの空気センサが鼻孔の内側またはその開口の近傍のチューブ２２４の先端に設けられる。任意的ではあるが、チューブ２２４がワイヤにとって代えられる。

任意的ではあるが、センサまたは開口２３０を有する第２のチューブまたはワイヤ２２８が、第２の鼻孔のために設けられて、ハウジング２２２の内側の同じあるいは異なる回路によって扱われる。あるいは、ユーザが２つの装着センサ２２０を着用してもよい。

本発明の典型的な実施形態では、装着センサ２２０がクリップを使用して装着される。任意的ではあるが、鼻孔の外面がハウジング２２２とチューブ２２４との間に挟まれる。任意的ではあるが、チューブ２２４は、それを塑性変形できるようにするが弾力的にするためにワイヤを含む。あるいは、チューブ２２４は、弾性を有し、任意的には弾力的である。任意的にあるいは選択的に、ハウジング２２２は、装着センサ２２０の異なる部分、例えばチューブ２２４に取り付けられるマグネットを含む。

任意的にあるいは選択的に、ハウジング２２２は皮膚に付着する（例えば、接着層を含む）。任意的にあるいは選択的に、ハウジング２２２は吸着アタッチメントを含む。

図２Ｃは、鼻孔に通して突き刺すことにより装着される別の装着センサ構造２４０を示している。図示の実施形態では、ハウジング２４２が回路（例えば、センサ２２０に関して）を含み、また、ワイヤ２４８は、鼻孔を突き刺すとともに、センサ２４４の先端を鼻孔の内側に保持する役目を果たす。任意的に、センサ２４４は電子機器である。任意的ではあるが、クリップ２４６は、センサ２４０を所定位置に維持するために使用される。

図２Ｄは、本発明の典型的な実施形態に係る２００，２２０または２４０等のセンサのためのコンパクトなハウジング構造２５０を概略的に示している。ハウジング構造２５０は、センサ２５２と、ＩＣ２５４（または、他の回路）と、電源としてのバッテリー２５６とを備える。幾つかの実施形態において、ＩＣ２５４は、Ａ／Ｄ変換器、マイクロコントローラ、および／または、無線操作用のラジオトランシーバを備える。幾つかの実施形態において、バッテリー２５６は、増強されおよび／または例えば体温または身体動作を電気へ変換する熱電対または圧電素子を使用する環境発電装置にとって代えられる。幾つかの実施形態において、ハウジング構造２５０は、無線接続の代わりにコンピュータとの有線接続のために使用され、また、幾つかの実施形態において、ＩＣ２５４は、バッテリー２５６の代わりに電力を供給するＵＳＢなどのコンピュータインタフェースを備えあるいは該インタフェースと接続する。

幾つかの実施形態では、限定することなく、ハウジング構造２５０の寸法は、２５８Ｌ，２５８Ｗ，２５８Ｈのそれぞれによって示されるように約８ｍｍ×約５ｍｍ×約３ｍｍである。幾つかの実施形態において、ハウジング構造２５０のサイズは、高い部品密度のデバイスを使用すると、および／または、更に効率的なバッテリー技術が使用されるときには、更に小さくなる。

幾つかの実施形態において、装着センサは、鼻孔間のパラメータ値の差異を示す信号を生成する。あるいは、１つの鼻孔だけが測定される。あるいは、両方の鼻孔が測定される。

任意的ではあるが、センサ２００，２２０または２４０のいずれかが、フィードバック手段、例えば、鼻孔と接触する小型バイブレータ、鼻孔と接触する電極、または、鼻孔内への空気流を生成するアクチュエータを含むことができる。

典型的な動作モード
図４は、本発明の典型的な実施形態に係る鼻空気パラメータを検出する方法のフローチャート４００である。

４０２では、パラメータが一方または両方の鼻孔で読み取られる。本発明の典型的な実施形態では、パラメータが圧力である。任意的にあるいは選択的に、パラメータは空気流量（または、大きさ）および／または方向を含む。任意的であるが、空気流の方向を検出するために２つの圧力センサが使用される。任意的にあるいは選択的に、サーミスタまたは湿度センサが使用される（温度および湿度は体内で更に高い）。あるいは、流れ方向および／または流量を推定するために、例えば発熱および測定に基づく且つ空気流冷却に基づく流量計が使用される。任意的にあるいは選択的に、勾配を測定するために２つのセンサが使用される。

幾つかの実施形態では、スニッフイン（ｓｎｉｆｆ−ｉｎ：鼻での吸引）あるいはスニッフアウト（ｓｎｉｆｆ−ｏｕｔ：鼻での吐出）最中の温度変化を監視することによりスニッフを検出するためにＩＲカメラおよび／またはセンサなどによる熱撮像（非接触）が使用される。

幾つかのケースでは、スニッフイン中の空気流は、鼻孔などの鼻の周囲の領域を冷却し、また、スニッフアウト中の空気流は、鼻孔などの鼻の周囲の領域を暖める。したがって、幾つかの実施形態において、熱撮像装置は、スニッフを決定するために更に処理される温度変化を検出するため、鼻の周囲の領域へ向けられる。

幾つかの実施形態では、額上または唇上（例えば、鼻の下）あるいは鼻の付近または鼻上などの被検者の顔面上にカメラ（または、他の熱センサ）が配置される。任意的ではあるが、眼鏡または耳へのアタッチメント（イヤホンに類似）などの物品上にカメラ（またはセンサ）が配置される。幾つかの実施形態では、被検者の車椅子またはベッドなどの支持体上にカメラまたはセンサが配置される。

幾つかの実施形態では、パッドまたはパッチが被検者の鼻に取り付けられあるいは温度変化に十分に速く応答する被検者の鼻の傍に取り付けられ、また、カメラがパッドまたはパッチの温度を検出する。幾つかの実施形態において、パッドまたはパッチは、患者の頭部が移動されるときにカメラまたはセンサがパッドを追跡できるようにマークされあるいは形成される。任意的であるが、カメラは、被検者の顔のパターンを認識し、したがって頭部の動きを追跡して温度変化を検出する更なる要素を含む。

熱カメラまたはセンサによって取得される信号は、様々な継続時間および／または振幅および／または持続時間および／または方向を伴う一連のスニッフなどのスニッフパラメータを抽出するあるいは得るために処理される。

スニッフが音を生み出すと、幾つかの実施形態では、任意的であるが、超音波などの典型的な人の聴覚域を下回るおよび／または上回る周波数領域内でスニッフを検出するためにマイクロホンが使用される。

幾つかの実施形態において、マイクロホンは、額上または唇上（例えば、鼻の下）あるいは鼻の付近または鼻上または鼻孔などの被検者の顔面上に配置される。任意的ではあるが、マイクロホンは、眼鏡または耳へのアタッチメント（イヤホンに類似）などの物品上に配置され、あるいは、被検者のベッドなどの支持体上に配置される。幾つかの実施形態において、マイクロホンは、特に、典型的なスニッフの音声周波数帯域および／または特定の被検者の音声周波数帯域にわたって調整される。

マイクロホンによって取得される信号は、様々な継続時間および／または振幅および／または持続時間および／または方向を伴う一連のスニッフなどのスニッフパラメータを抽出するあるいは得るために処理される。

多くの個人は、軟口蓋を制御するように自分達で訓練して、軟口蓋を制御可能に操作することによりスニッフを生み出すことができるため（以下も参照）、幾つかの実施形態では、スニッフの代わりにおよび／またはスニッフに加えて、軟口蓋の位置が制御パラメータとして判定される（例えば、少なくともおおよそ検出される）。

幾つかの実施形態では、超音波アクチュエータ（例えば、圧電素子）が高周波音波を軟口蓋の方向に伝え、それに対応して調整されるマイクロホンが反射される音波を測定し、それにより、軟口蓋の位置が決定される。例えば、超音波アクチュエータは、喉上にあって、狭い波（‘ペンシルビーム’）を口蓋へ向けて特定の方向で伝え、また、マイクロホンは、反射される波を検出するために喉上に適切に配置される。任意的であるが、アクチュエータが例えば貼り付けによって口の上部に配置され、また、センサが喉上に装着される。マイクロホンによって取得される信号は、様々な継続時間および／または振幅および／または持続時間および／または方向を伴う一連のスニッフなどのスニッフパラメータを抽出するあるいは得るために処理される。

幾つかの実施形態では、マグネットが軟口蓋に対して（例えば、外科的にあるいは貼り付けによって）取り付けられ、また、例えば顔面上および／または喉上に配置される磁気センサが、マグネットの位置が変化されるときに磁場の変化を測定し、それにより、口蓋の位置が決定される。磁場センサによって取得される信号は、様々な継続時間および／または振幅および／または持続時間および／または方向を伴う一連のスニッフなどのスニッフパラメータを抽出するあるいは得るために処理される。

幾つかの実施形態において、ＥＥＧデータ取得に類似する例えば頭皮上に適切に配置される電極は、軟口蓋の動きと関連付けられる神経作用を取得するために使用され、それにより、適切な測定によって口蓋の位置が決定される。任意的であるが、神経作用は、被検者と接触することなく近接電極（例えば、アンテナ）によって測定される。電極によって取得される神経信号は、様々な継続時間および／または振幅および／または持続時間および／または方向を伴う一連のスニッフなどのスニッフパラメータを抽出するあるいは得るために処理される。

４０４では、１つ以上のコマンドを抽出するために信号が処理される。任意的にあるいは選択的に、処理は、バックグラウンド信号および／またはノイズ信号を拒絶すること、例えば、（例えば、非常に長い「スニッフ」を発生させおよび／または例えば５−１０秒などの数秒の空気の継続流の一部である呼吸信号に基づいて）呼吸信号を拒絶することを含む。

本発明の典型的な実施形態において、コマンドは、流れの２つ（あるいはそれ以上）の独立パラメータ、例えば２つ以上の方向、振幅、および、周波数および／または継続時間によってもたらされる二次元コマンドである。

なお、振幅および周波数を離散値としてあるいは連続値として処理することができる。例えば、コマンドは、次のスニッフの振幅が車椅子の速度を示すという表示を含むことができる。本発明の典型的な実施形態では、コマンドの少なくとも幾つかがモールスコードであるいはバイナリコード（例えば、短い＝０、または、ドットおよび長い＝１またはダッシュ記号）でコード化される。

幾つかの実施形態において、活発な（自己）呼吸を伴うスニッフは、方向（スニッフイン／スニッフアウト）、強さ、または、大きさ（例えば、圧力レベル）および継続時間などによって３つの自由度を与える。幾つかの実施形態では、複数のレベルへの振幅（例えば、包絡線）変調（および／または、任意的には、振幅変化の比率）によって他のおよび／または代わりの自由度が得られる。

幾つかの実施形態では、スニッフが２つのレベルへあるいはそれ以上へ変調される。任意的ではあるが、変調が３レベルに基づく。任意的ではあるが、変調が４レベルに基づく。任意的ではあるが、変調が５レベルに基づく。任意的には、変調が５レベル以上に基づく。

図５は、任意の相対的単位１−５で配置される振幅軸線５１２に関して時間軸線５１０に沿うスニッフ振幅変調を概略的に示している。図５の典型的な例示では、変調が３つの減少する振幅レベル５０２，５０４，５０６から成る。この場合、レベルの、任意的にはそれらの継続時間との組み合わせが、コマンドとして解釈され得る制御データおよび／またはコマンドを与える。

幾つかの実施形態では、任意的ではあるが、よく知られるあるいは学習されるシーケンスの事前に設定されるパターンに従ったスニッフにより制御情報（データ）が得られる。例えば、ベートーベンの第５交響曲などのオープニングリズムが調和する。

幾つかの実施形態では、スニッフパターンおよび／またはシーケンスをデータ要素のベクトルと関連付けることができおよび／または該ベクトルとして表わすことができる。例えば、２つの短いスニッフの後に短いスニッフの代表値（例えば、平均値）の約３倍のスニッフが続くシーケンスを例えば［１，１，３］のベクトルとして表わすことができる。他の例として、図５で例示される変調を［５，３，２］として表わすことができる。

幾つかの実施形態において、ベクトルは、スニッフの大きさを示す要素、例えば大きさと継続時間とを一対の値として示す要素を備える。例えば、継続時間が‘Ｄ１’で且つ大きさが‘Ｍ１’のスニッフの後に継続時間が‘Ｄ２’で且つ大きさが‘Ｍ２’のスニッフが続くシーケンスは、［（Ｄ１，Ｍ１），（Ｄ２，Ｍ２）］としてコード化される。

幾つかの実施形態において、ベクトルは、スニッフ方向（スニッフイン、または、スニッフアウト）を示すための更なる要素を備える。例えば、２つの短いスニッフアウトの後に短いスニッフの約４倍のスニッフインが続くシーケンスを［−２，１，１，−１ ４］としてコード化することができる。この場合、先行するマイナス値は、その後に続く要素の方向を示している。例えば、‘−２’が外側方向を示し、‘−１’が内側方向を示す。

任意的ではあるが、前述した継続時間および大きさのコード化と同様、ベクトルは、［（Ｏ，Ｄ１，Ｍ１），（Ｉ，Ｄ２，Ｍ２）］などの３つの要素から成るグループによりコード化される。この場合、‘Ｏ’および‘Ｉ’は、外側へ向かうスニッフおよび内側へ向かうスニッフのそれぞれのためのコード値である（例えば、先に例示されるような‘−２’および‘−１’）。

任意的ではあるが、例えば行列を使用する方向を示すための他の方式を使用できる。この場合、それぞれの行は、事前に設定される配列にしたがった特定の方向を示す。例えば、第１の行が内側であり、第２の行が外側である。

ベクトル表示を使用すると、幾つかの実施形態では、統合されたデータ表示が与えられる。この場合、任意的であるが、異なるスニッフ方式を使用して同じベクトルが得られる。例えば、先の説明によれば、約５，３，２秒の継続時間を伴うスニッフのシーケンスは、図５に例示される変調に相当するベクトル［５，３，２］として表わされる。

本発明の典型的な実施形態において、回路は、測定値とコマンドとの間の変換を示すテーブルを含む。任意的であるが、コマンドおよび／またはテーブルの構文解析は文脈に依存する。本発明の典型的な実施形態において、コマンドテーブルは、自分達自身のスニッフの速くて（Ｊｏｈｎｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００３）正確な制御（例えば、鼻孔内の空気流の検出からのフィードバックに基づく（Ｓｏｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，１９９８））を有し得る一般的な人の能力を考慮に入れる。任意的であるが、（例えば、脳梗塞後の、熟練していない、部分的に麻痺した）能力が低い人に関しては異なるテーブルおよび／または設定（例えば、ペース）が選択される。

本発明の典型的な実施形態において、測定信号は、その後にコマンドあるいはそのようなコマンドのためのパラメータへ変換されてもよい以下のパラメータ（あるいは、その変化）、すなわち、スニッフ振幅、流れ方向、鼻孔間の非対称性、スニッフ速度、および／または、スニッフ包絡線形状（例えば、開始速度および／または終了速度）のうちの１つ以上を抽出するように処理される。任意的にあるいは選択的に、スニッフではない生理学的な測定値がコマンド変換のために同時に収集されて使用される。任意的であるが、これらの生理学的な測定値は、例えばＥＭＧ、顔面皮膚張力の変化、口腔圧、筋緊張、唇動作、および／または、筋肉の活性化を含み、鼻孔に対して局所的である。

なお、本発明の幾つかの実施形態では、スニッフを呼吸から分離することにより、デジタル成分（「スニッフイン」対「スニッフアウト」）とアナログ成分（「スニッフ活力」）とを有する信号が得られる。これらの２つの成分を組み合わせると、多くのデバイスを制御できるコードを生成することができる。

幾つかの実施形態において、スニッフは、アナログ制御データおよび離散（例えばデジタル）制御データの両方を与える。任意的であるが、データの解釈は、アナログと離散との間の切り換えを示す、例えば５つの連続する短いスニッフを示す特別な‘エスケープ’（非データ）コードによって支配される。任意的にあるいは選択的に、特別な‘エスケープ’コードは、解釈をアナログ解釈または離散的解釈のいずれか、例えばアナログデータおよび離散データのそれぞれにおける５つの連続する短いスニッフインおよび５つの連続する短いスニッフアウトに設定する。

なお、幾つかの実施形態において、スニッフ間の遅延は、‘デューティサイクル’などのあるいは‘デューティサイクル’に類似する更なる動作寸法を与える。例えば、２つの短いスニッフ間の遅延時間は、任意的であるが、所定の境界内のアナログの大きさを示す。

例えば、サイクルが約１０秒に及ぶことができ、その場合、短いスニッフが約１秒間持続できるとともに、遅延が約３秒〜約１０秒にわたって持続できる（被検者の呼吸能力に応じて）。呼吸（すなわち、吸気または呼気）中、複数（例えば２−３）のデューティサイクルを制御でき、それにより、単一の呼吸内で複数のコマンドが与えられる。

図６は、破線括弧で示される時間軸線６１０に沿うスニッフデューティサイクル６０２を概略的に示している。サイクル６０２は、短いスニッフ６０４によって開始され、これとの間に遅延６０８を伴って短いスニッフ６０６で終了する。スニッフ強さが振幅軸線６１２に関して示されている。

本発明の幾つかの実施形態では、１または複数のスニッフシーケンスおよび／または変調および／またはデューティサイクルおよび／または周波数で表わされるスニッフデータ帯域幅（例えば、情報速度）が約５ビット／秒に相当する。任意的であるが、帯域幅は、５ビット／秒よりも大きく、例えば約１０ビット／秒または約１５ビット／秒または約２０ビット／秒、あるいは、これらの間の任意の値、または、２０ビット／秒よりも大きい。

本発明の典型的な実施形態では、例えばスニッフ継続時間を抽出する方法が以下のようになっている。鼻孔内の圧力を示す電圧が連続的に追跡される。ベースライン値が差し引かれる。電圧が閾値を越えると、これはスニッフの開始を示し、電圧が元の閾値または異なる閾値を横切ると、これはスニッフの終了を示す。任意的に、内側へ向かうスニッフおよび外側へ向かうスニッフに関して異なる閾値が規定される。任意的にあるいは選択的に、異なるスニッフ強さに関して異なる閾値が与えられる（例えば、スニッフの最大／最小圧力または平均スニッフ強さに較正される）。本発明の典型的な実施形態では、較正（例えば、スニッフを伴わない期間中の測定、場合によりユーザコマンドに応じたあるいは定期的に）によってベースラインが見出される。任意的にあるいは選択的に、ベースラインは、任意的に特定されたスニッフを無視して、鼻空気流量の平均を連続的に追跡することによって見出される。

幾つかの実施形態において、補助（受動的な）呼吸を伴うスニッフは、例えば強さおよび継続時間によって２つの自由度を与える。幾つかの実施形態において、補助呼吸では、ポンプが、軟口蓋が閉じられているときに空気を排出するための小さい穴を有する鼻マスクへ低流量（例えば３ＬＰＭ）を供給し、また、圧力センサがマスク圧を測定する。

図７は被検者に配置される鼻マスク７０２を概略的に示しており、この場合、鼻マスクの出口（図示せず）が鼻孔に接続される。エアポンプ７０４が空気流をマスク７０２を通じて鼻孔へ供給し、また、圧力トランスデューサ（センサ）７０６が軟口蓋の動きおよび／または位置に起因する圧力変化を検出し、それにより、被検者の呼吸が外部から制御されあるいは補助される間にスニッフ制御が行なわれる。

幾つかの実施形態において、受動呼吸は、場合により十分に制御されない（アナログ制御ではない）スニッフ継続時間としてのみ１つの自由度を与える。これは、被検者が呼吸の方向（吸気および呼気）も流れも制御せず、したがってスニッフの振幅（活力）を制御できないためである。

しかしながら、幾つかの実施形態では、前述した‘デューティサイクル’方式を使用すると、短いスニッフ（場合により、任意の方向の、内側へ向かう、および／または、外側へ向かうスニッフ）間の遅延の継続時間を少なくともある程度まで制御することにより更なる自由を与えることができる。

幾つかの実施形態では、（例えば前述したように）口蓋の位置を決定すると、空間的な方向または配向などの１つの自由度が与えられる。幾つかの実施形態では、特に事前に設定されたプロトコルにしたがって口蓋の位置を変えると、更なる１つ以上の自由度を与えることができる。例えば、口蓋の位置の連続的な速い変化は、例えばＸ座標とＹ座標との間の切り換えを検出して示すことができる。

幾つかの実施形態では、被検者の手、任意的ではあるが、脚もふさがれる（または、不能にされる）状況で制御を行なうようにスニッフ制御が使用される。

例えば、フライトシミュレータ（例えば戦闘機）などのコンピュータゲームでは、ユーザの手がスロットルおよびジョイスティックを保持し、スニッフ制御が兵器制御を行なうことができる。

幾つかの実施形態において、スニッフ制御は、パイロットまたは船員（例えば潜水艦内の船員）あるいは手術ロボットを操作する外科医などのオペレータに対して更なる制御を与えることができ、この場合、多くの操作を同時に行なう必要があるかもしれない。例えば、オペレータの手が様々な制御器を操作すると同時に、スニッフが他の制御器を扱う。

本発明の典型的な実施形態においては、任意的ではあるが更なるコマンドおび利用できる柔軟性を考慮に入れる修正を伴って、ストロー吹き入力のための当該技術分野において知られる方法がスニッフ入力のために使用される。

注視制御にわたるスニッフ測定の想定し得る利点は、注視制御が自然の知覚フィードバックを欠いているという点である。人は、中心視覚とは関係ない我々の注視方向を我々に知らせる知覚信号を有しておらず、また、フィードバックは、固有感覚あるいは制御デバイス自体の動作に依存する。任意的にあるいは選択的に、スニッフ制御は注視制御よりもロバスト性が高い。そのようなシステムは、眼の正確な光学的捕捉および追跡に依存する。そのような光学的捕捉は、内部振戦から外部動作に及ぶ何かからの妨害の影響を非常に受けやすい。例えば、麻痺した人が注視により制御される車椅子にもたせかけられて、車椅子が道路の段差に衝突する場合には、注視制御が失われる可能性がある。また、注視制御は、光学素子、エレクトロニクス、および、コンピュータ演算の高価で複雑な、しばしば変わりやすい組み合わせに依存する。本発明の幾つかの実施形態は、これらの想定し得る欠点の一部または全てがない。

ＢＭＩ（機械−脳インタフェースと称される）を介したスニッフ制御の想定し得る利点は、貼り付けられた電極から人が得ることができる制御レベルが現在のところ単一軸線を介した質の悪い制御に制限されるという点である。また、ＢＭＩは、現在、重要なコンピュータ演算およびデータ取得能力によって支援される複雑な据え付けの高価なＥＥＧ型記録デバイスに依存する。また、埋め込み電極は、現在、危険を含み且つ常に可能とは限らない外科的処置を伴う。本発明の幾つかの実施形態は、これらの想定し得る欠点の一部または全てがない。

‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’を介したスニッフ制御（例えば、Ｆｕｇｇｅｒ ｅｔ ａｌ．２００１）の想定し得る利点は、会話をしつつ補助呼吸を伴う被検者および閉じ込め症候群の被検者によってスニッフ制御を使用できるという点である。

幾つかの実施形態では、スニッフ制御が‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’または同様の呼吸方法と組み合わせて使用され、それにより、更なる自由度が与えられる。例えば、電気車椅子の制御では、前後移動のために‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’が使用され、一方、スニッフ制御は、回転、加速／減速、または、停止のために使用される。

図４に戻って参照すると、４０６では、デバイスが任意的に制御されおよび／またはコマンドがコンピュータプログラムへ入力として送られる。

４０８では、任意的であるが、フィードバックが、例えば視覚的に、音声により、あるいは、触覚入力によりユーザへ与えられ、または、鼻孔へ与えられる。

スニッフ制御の想定し得る利点は、幾つかのスニッフ事象が意識的な制御下に直接にあるという点である。本発明の典型的な実施形態において、システムは、ユーザからの意識的なおよびあまり意識的でない命令／入力の両方を追跡できる。

典型的な制御デバイス
入力を受けるほぼ任意のデバイスを通常はスニッフによって制御できる。特に、前述したように、迅速におよび／または正確に応答するデバイスは、多くの人が自分達のスニッフ能力を介して有する高速および／または正確な制御の利益を享受できる。

典型的なデバイスとしては、車椅子、コンピュータソフトウェアおよびカーソル制御、ロボット、義肢、楽器、マニピュレータ、トリガデバイス、通信デバイス、セキュリティまたはバイオメトリック機構、生まれながらの肢であるが麻痺した肢の帯電（または、他のシミュレーション）、機械部品、および／または、呼吸器などの麻痺した人にとって必要なデバイスが挙げられる。本発明の典型的な実施形態において、制御デバイスは、ユーザに対して自律的であり、例えばデータロガー、エアーサンプラ、または、その出力が直ちに（例えば、１，５，１０，１５秒以下などの数秒内で）ユーザに気付かれない他のデバイスである。特定の例は、カメラマスクおよび／またはユーザゴーグルがユーザスニッフに応じて覆いを外される（例えば、ＬＣＡ（液晶アレイ）あるいはさもなければゴーグルの固定偏光子と協働する他の偏光修正素子あるいは異なるタイプの光シャッタを制御することにより）システムである。

本発明の典型的な実施形態では、食品または飲料が欲しいことを示す、痛みを感じていることを示す、および／または、考えを詳しく述べる（例えば、会話する代わりに、例えばスニッフによって駆動される音声合成装置を使用して、）など、コミュニケーションニーズを与えるためにスニッフコントローラが使用される。

本発明の典型的な実施形態では、複雑さにおいてアラームなどの簡単なＯＮ−ＯＦＦ機構から電気車椅子などの更に複雑な機械にまでおよび、更には農薬散布用飛行機などの複雑な両手を使ってする機械にまで至る用途に関して、スニッフコントローラが使用される。

本発明の典型的な実施形態において、スニッフコントローラは、通信デバイスのための入力、例えば、携帯電話（例えば、答えあるいは電話をかけあるいは文章または他のメッセージを送るために）、または、電子メールまたはサーチエンジンなどのコンピュータフィード（例えばユーザへの）としての機能を果たす。本発明の典型的な実施形態において、鼻要素はマイクロホンおよび／またはスピーカを含む。コンピュータおよび／または携帯電話回路は、例えば、有線手段または無線手段によって接続されてもよくおよび／または鼻の断片に組み込まれてもよい。

本発明の典型的な実施形態において、システムは、例えば、脳内の嗅神経部位と他の知覚部位との間の接続の変化を測定することにより、脳の可塑性の指標として使用される。この場合、システムは、検出に応じて他の検出モダリティの認識をゲートするあるいは変調するようにセットアップされる。任意的にあるいは選択的に、システムは、例えば脳梗塞犠牲者における脳の可塑性を促すために使用され、その場合、患者の知覚変調のシミュレーションを生成するためにスニッフが使用される。任意的にあるいは選択的に、システムは、治療を伴うあるいは伴わない脳可塑性の変化を検査することにより、薬物などの可塑性変調治療の有効性の実験室（または他の）試験として使用されてもよい。

軟口蓋制御に対する脳応答を研究するため、経口呼吸ベースラインおよび意志に基づく軟口蓋制御（ＶＣ）のブロック間のブロックデザインパラダイム交互性を使用することによってｆＭＲＩスキャンが得られた。６ブロック中、それぞれのブロックが約２８秒持続し、聴覚合図（「ｏｐｅｎ／ｃｌｏｓｅ」）が、１ブロック内で被検者の軟口蓋（従来のフィンガ−タッピングタスクに類似する軟口蓋）を開いてその後に閉じることを７回行なうように被検者に指示した。リアルタイムな肺活量測定が軟口蓋の閉塞を検証した。制御ブロック中、聴覚シミュレーションと同一視するように無意味な聴覚合図（「ｏｎｅ／ｔｗｏ」）が鳴らされた。

図８は、被検者による軟口蓋の意思に基づく制御中の脳の活性化のｆＭＲＩスキャンを、矢印８０２，８０４，８０６のそれぞれにより示されるように正中縦断面、冠状断面、および、横断面で示している。

はっきりとした輪郭８１０は脳部位の高い活性化を示し、また、破線輪郭８０８は幾分低い活性化を示す。

図８が実証するように、軟口蓋を制御することによるスニッフは、軟口蓋の制御において脳が様々な機能部位をどのように使用するのかを脳の幾つかの部位が示すことを伴う。

本出願が人のユーザに焦点を合わせてきたが、人でないユーザもスニッフシステムを使用するように訓練することができる。例えば、犬のスニッフを遠隔的に監視して、疑わしいにおいを表示することができ、および／または、吠える代わりに助けを求めるように特定の方法でスニッフするように犬を訓練することができる。

本発明の典型的な実施形態において、システム１００は、鼻孔または他の場所から空気を収集して（例えば、チューブ１１６を介して）特定のにおい分子を示す信号を生成するにおい分析器、例えば、質量分析器またはガス分析器（図示せず）を含み、ユーザへフィードバックを与えるためおよび／またはコマンドの意味を変更するために使用されてもよい。

前述したように、異なる人は異なるスニッフ能力を有する。特に、興味を起こさせ且つ異なる設定が役立つ以下の２つの人のクラスが存在する。
（ａ）口を閉じることなく鼻呼吸と口呼吸との間を意志に基づいて切り換えることができる（ＶＣ）個人；および、
（ｂ）この移行を意志に基づいて引き起こすことができない個人。

なお、この文脈において、自己呼吸は良好に保たれる能力である。すなわち、多くの患者は、完全に麻痺した肢を有する場合があるが、自己呼吸できる。また、スニッフコントローラが自己呼吸しない個人に機能してもよいことに留意されるべきである。

ほぼ全ての健康な個人、ほぼ全ての切断患者、および、大きく麻痺したかなりの割合の個人が良好なＶＣを得ることができると期待される。以下、典型的な訓練方法について説明する。

ＶＣは、それが呼吸をスニッフから引き離すことができるため、本発明の幾つかの実施形態の中心である。すなわち、スニッフコントローラは、スニッフを使用して、呼吸ではなく、デバイスを制御する。なお、デバイスは、ＶＣを学習できる自己呼吸しない個人において使用できてもよい。例えば、呼吸器が空気流を生成し、患者がＶＣを使用してこの空気流の向きを鼻または口へ変更し、それにより、デバイスが駆動される。ＶＣを学習できない患者では、唇の制御が鼻流を介した何らかの制御を可能にする。

以下は幾つかの特定の例である。

例１：スニッフコントローラを使用してコミュニケートする（Ａ）
鼻チューブは、「モールスコード」検出器を駆動させるトランスデューサに接続される。短い内側へ向かうスニッフが「点」であり、長い内側へ向かうスニッフが「線」であり、また、外側へ向かうスニッフがワード間の分離である。出力は、テキストモニタ、デジタルスピーチジェネレータ、あるいは、これらの両方へ方向付けることができる。

例２：スニッフコントローラを使用してコミュニケートする（Ｂ）
鼻チューブは、コンピュータスクリーン上のカーソルを駆動させるトランスデューサに接続される。スクリーンは、文字が行および列を成す「テキストボード」を含む。スニッフ「スニッフイン」はカーソルを列に沿って移動させ、この場合、スニッフ「スニッフアウト」はカーソルを行に沿って移動させる。スニッフ活力は、カーソル動作の速度を決定する。文字がカーソル点滅に達すると、また、それが数秒にわたって移動されない場合には、その文字が選択される。システムは、任意的であるが、書き込みプロセスを加速させるためにワード頻度に基づいて既存のワード完了アルゴリズムを使用する。

例３：スニッフコントローラを使用してマウスをエミュレートする（Ａ）
鼻チューブは、デカルト座標または極座標（ｒ，θ）でコンピュータスクリーン上のカーソルを駆動させるトランスデューサに接続され、それにより、マウスまたはその等価物がエミュレートされる。

ここで強調するが、遍在するマウスおよびその操作は、ここでは、必要な変更を加えて、アナログデータ（例えば、空間的なあるいは平面的な方向および／または大きさおよび／または速度および／または加速度）および／または離散事象または動作（例えばクリック）に関して任意のデバイスを制御することを表わすためにも使用される。

以下が典型的なエミュレーションである。

第１の長いスニッフは、スニッフ強さに応じた第１の座標（Ｘまたはθ）における移動を示す。この場合、スニッフ方向は極性（プラスまたはマイナス）を示す。

第２の長いスニッフは、スニッフ強さに応じた第２の座標（Ｙまたはｒ）における移動を示す。この場合、スニッフ方向は極性を示す。

２つの連続する短いスニッフはクリックを示す（左クリックに関してはスニッフイン後のスニッフアウト、また、右クリックに関してはスニッフアウト後のスニッフイン）。

シーケンスの開始は２つの連続する短いスニッフインによって示され、また、連続する長いスニッフがラウンドロビン態様（第１、第２、第１などのように）で扱われる。

デカルト座標または極座標の選択は、３つの連続する短いスニッフインおよび３つの短いスニッフアウトのそれぞれによって示される。

例４：スニッフコントローラを使用してマウスをエミュレートする（Ｂ）
先のマウスエミュレーション（例３）と同様に、極座標（ｒ，θ）におけるマウスエミュレーションの加速動作モードは以下の通りである。

長いスニッフインは、停止されるまでラップアラウンドを伴う一方向でのθ（回転）移動を示す（例えば、ＣＣＷ方向）。幾つかの実施形態では、例えば動きおよび／または聴覚通知を示す矢印を表示することによってフィードバックが与えられる。

長いスニッフアウトは、ラップアラウンドを伴う一方向でのｒ移動を示し、それにより、カーソルがスクリーンの境界に達すると、動きが反対側の境界から続けられる。

２つの連続する短いスニッフはクリックを示す（左クリックに関してはスニッフイン後のスニッフアウト、また、右クリックに関してはスニッフアウト後のスニッフイン）。

例５：スニッフコントローラを使用してマウスをエミュレートする（Ｃ）
先のマウスエミュレーション（例３および例４）と同様に、‘デューティサイクル’コーディングを使用するマウスエミュレーションは、呼吸困難なケースであるいは補助呼吸を伴うケースでスニッフ制御を行なうことができる。

極（ｒ，θ）座標における典型的なエミュレーションは以下の通りである。

第１の‘長いスニッフ’、すなわち、その後の短いスニッフまで長い遅延（例えば、２秒を超える遅延）を伴う短いスニッフは、遅延に応じた（例えば、比例関係または非線形関係）一方向でのθ（回転）移動を示す。

第２の‘長いスニッフ’、すなわち、その後の短いスニッフまで長い遅延を伴う短いスニッフは、遅延に（例えば、比例）応じた一方向でのｒ移動を示す。

前述したその後の短いスニッフは、次のデューティサイクルの始まりを示すことができる。

短い遅延（例えば、２秒未満）の後の長い遅延は、先の移動に対する逆極性の移動を示す。

２つの連続する短いスニッフは左クリックを示し、また、３つの連続する短いスニッフは右クリックを示す。

例６：スニッフコントローラを使用してマウスをエミュレートする（Ｄ）
先のマウスエミュレーション（例３および例４）と同様に、サイクル制御を使用するマウスエミュレーションは、呼吸困難なケースであるいは補助呼吸を伴うケースでスニッフ制御を行なうことができる。

（スクリーンに対して）小さい窓内で、４つのカーソル動作方向（デカルト座標および極座標）と２つのマアウスボタンとを指定する６つのタブ（例えば、長方形または円形）が、所定の時間間隔を伴うループ的態様で強調表示される（‘走査’）。ユーザがアクティブ（強調表示されている）状態において必要なタブ操作で「スニッフする」と、動作（カーソル動作またはボタンクリック）が選択されて起動される。

カーソル動作が選択される場合、タブは、カーソルがそれぞれの方向に所定の速度で移動している間はアクティブのままであり、また、ユーザが「スニッフする」ときに動きが停止する。カーソルが停止した後、インタフェースは、前述したように６つのタブの走査を再開する。

例７：マウス操作に類似するスニッフコントローラを使用する
前述したように、マウス操作は、任意的であるが３つ以上の方向および／または２つあるいは３つのマウス動作を用いて、アナログデータおよび／または離散的な事象または動作に関して他のデバイスを制御することを表わす。

典型的なデバイスは、これらに限定しないが、ロボット、義肢、供給デバイス、車両装着および／または取り外しデバイス、駆動機構、娯楽デバイス（例えば、テレビ、ＤＶＤ、サウンド機器）、ナビゲーション装置、物体採取・操作のためのデバイス（例えば、本を棚またはテーブルから拾うおよび／またはページをめくる）、照明デバイス、ゲームオペレーション（例えば、チェスまたはチェッカーまたは任意的であるがサイコロの転がし含むバックギャモン）、または、コンピュータあるいはビデオゲーム、および、アナログ制御および／または離散制御を伴う他のデバイスを備える。

一般に、幾つかの実施形態において、スニッフ制御は、スニッフ制御にしたがってデバイスを操作する適切な装置によってデバイスとインタフェースをとる。任意的であるが、インタフェースは、１または複数の配線を介しておよび／または無線リンクを介して動作される。例えば、特定のインタフェースがスニッフ制御とＤＶＤの制御動作との間をリンクする。

例８：スニッフコントローラを使用して電気車椅子を駆動させる
鼻チューブは、椅子モータを駆動させるトランスデューサに接続される。任意的であるが、トランスデューサは、時間窓にわたってスニッフを組み合わせるプロセッサを含む。例えば、２つの連続する小規模「スニッフイン」スニッフが前進動作を開始する。その後、浅い「スニッフイン」スニッフが右に向き、また、浅い「スニッフアウト」スニッフが左に向く。強い「スニッフイン」スニッフが停止を引き起こす。同様に、２つの連続する小規模「スニッフアウト」スニッフが後退動作を開始する。転向規則および停止規則は、前進条件の場合と同じままにすることができる。

ＶＣ制御および訓練
前述したように、口を閉じないままでの鼻呼吸と口呼吸との間の意志に基づく切り換えは、前述した方法の一部を使用するのに役立つとともに、一般に口蓋帆咽頭閉鎖（ＶＣ）によって得られる。ＶＣは、嚥下および発話音声の場合のような上後咽頭壁に対する口蓋の並置である。ＶＣ、すなわち、口を閉じないままでの鼻呼吸と口呼吸との間の切り換えは、他人によってではなく一部の個人によって容易にもたらされる。一部の人は、鼻腔への／鼻腔からの空気流を変調する他の方法を有する場合があり、そのような方法が使用されおよび／または訓練されてもよい。

本発明の典型的な実施形態において、デバイス利用は、ＶＣを適用するようにユーザを訓練することにより向上される。任意的に、訓練がデバイスに組み込まれる。

本発明の典型的な実施形態では、ＶＣトレーナが鼻内にセンサチューブを含み、また、第２のセンサチューブが口への入口に配置される。任意的に、各チューブが個別に変換される。あるいは、任意的に鼻内および口内への開口を有する単一チューブを使用して差分検出が使用されるが、該差分検出は、あまり正確でない訓練をもたらす場合があり、および／または、吸引および／または吸入のセンサ（胸部バンドなど）によって向上される。出力は、当事者（患者または健康な個人）の前方のモニタに接続されるコンピュータへあるいはスピーカなどの他の出力デバイスへ方向付けられる。訓練ソフトウェアは、当事者が口呼吸すべきかあるいは鼻呼吸すべきかをモニタ上の文章（または、音声命令）によって当事者に指示する。システムは、２つのチューブからの入力を比較して、所与の命令にしたがった成功を決定する。成功は、任意的であるが、当事者が「引き出す」べきフレーム（ｆｌａｍｅ）の画像の形態を成して当事者に伝えられる。例えば、命令が「口呼吸する」ことである場合には、更にシステムが鼻圧を測定し、大きなフレームがモニタ上に表示される。このフレームは、鼻圧の減少に応じて減少される（持続するあるいは増大する口腔圧は空気流が生じていることを示す）。命令が「鼻呼吸する」ことである場合には、更にシステムが口腔圧を測定し、同様に大きなフレームがモニタ上に表示される。このフレームは、口腔圧の減少に応じて減少される（また、鼻圧は持続または増大する）。このグラフィックインタフェースは、例えば呼吸切り換えをインタラクティブに調整することによって簡単で直観的な訓練ツールを与えることができる。任意的であるが、初期訓練は、２分鼻呼吸から２分口呼吸への移行から成り、鼻呼吸と口呼吸との間の更に複雑な呼吸交互パターンを続ける。他のフィードバックも同様に使用できる。

マウスおよびジョイスティックに対するスニッフ制御の典型的な性能
図９Ａは、本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いた訓練時間に関するインタラクティブな刺激に対する実験的な反応時間をチャート１９１０で概略的に示している。

刺激がスクリーン上に示され、また、被検者は、通常のマウス、通常のジョイスティック、および、本発明の幾つかの実施形態に係るスニッフ制御器を使用して、刺激に反応した。幾つかの実施形態において、刺激は、特定の範囲（例えば、５±１秒）内の無作為な時間に色を変えるコンピュータスクリーン上の円であり、また、被検者は色変化に反応しなければならなかった。幾つかの実施形態では、円がスクリーン上で静止し、また、幾つかの実施形態では、円がスクリーンを横切って不規則に移動した。

チャート９１０は、秒を単位とする時間軸線９１２に対して正規化された単位９１４（共通の軸線においてシフトされる）で実験結果を示す。破線の曲線９０２はスニッフコントローラにおける反応時間を示し、一点鎖線の曲線９０４はジョイスティックにおける反応時間を示し、また、二点鎖線の曲線９０６はマウスにおける反応時間を示す。

人は一般に適応しあるいはマウスおよびジョイスティックの直観的操作に慣れるため、マウスおよびジョイスティックにおけるそれぞれの初期反応時間は、スニッフの、一見すると直観的でない操作に対して短かった。

しかしながら、約２２秒後、スニッフコントローラにおける反応時間は、ほぼ一致するマウスおよびジョイスティック操作に対して短くなった。

図９Ｂは、本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いた訓練前後のインタラクティブな刺激に対する実験的な反応時間を要約するチャート９２０を概略的に示している。

図９Ａのチャート９１０と同様に、チャート９２０は、マウス（それぞれ９２２ａ，９２２ｂ）、ジョイスティック（それぞれ９２４ａ，９２４ｂ）、および、スニッフコントローラ（それぞれ９２６ａ，９２６ｂ）の初期の訓練された反応時間を正規化された単位で示している。

チャート９１０，９２０から明らかなように、何らかの訓練後においては、手の動きを必要としないスニッフは、マウスおよびジョイスティックなどの従来の相互作用デバイスの操作と同じ程度に良好なあるいはそれよりも良好な時間的性能を得ることができる。また、チャート９１０，９２０は、スニッフ検出および解釈の機構をマウスまたはジョイスティックの操作と比べて十分に速くできることも示している。

図１０Ａは、本発明の典型的な実施形態に係る、マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラを用いてガイドパターン１００２を追跡する精度の実験結果を概略的に示している。マウス、ジョイスティック、および、スニッフコントローラのトレーシング１００４は類似しており、この場合、実際には黒のレンダリングを区別できない。

図１０Ｂは、本発明の典型的な実施形態に係る、マウス（１０２４）、ジョイスティック（１０２６）、および、スニッフコントローラ（１０２８）を用いてスクリーン上のガイドパターンを追跡するピクセルの平均距離（軸線１０２２）としての実験精度の概要をチャート１０２０で概略的に示している。

図１０Ａおよび図１０Ｂのチャート１０２０によれば、スニッフの追跡性能（制御 対 視線誘導）は、少なくとも全体的にあるいは平均して、マウスおよびジョイスティックなどの従来の相互作用デバイスの追跡性能と同じ程度に正確である。

したがって、図９Ａ〜図１０Ｂに与えられるデータによれば、その関連する検出を伴うスニッフは、少なくとも幾つかの実施形態では、従来の手動装置と比べて迅速で正確な操作（例えば制御）を行なうことができる。

潜在的利益
本発明の幾つかの実施形態の幾つかの潜在的な利点および利益は、そのうちの１つ以上を実現することができ、以下を含む。

マウスやジョイスティックなどの従来の直観的なデバイスに匹敵するおよび／またはこのデバイスよりも速い（少なくとも何らかの訓練後）迅速な応答時間。

マウスやジョイスティックなどの従来の直観的なデバイスに匹敵する追跡精度。

任意的であるが、鼻の周囲に配置される小型デバイスとしての着用できる装置。
着用できる装置として、スニッフ制御の幾つかの実施形態は、被検者が外部デバイスの気密グリップを入手しなければならない‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’または同様のデバイスと対比され得る。

任意的にはマイクロホンなどの受動デバイスのような口蓋位置の遠隔検出。
遠隔検出装置として、スニッフ制御の幾つかの実施形態は、被検者が外部デバイスの気密グリップを積極的に入手しなければならない‘ｓｉｐ−ｐｕｆｆ’または同様のデバイスと対比され得る。

アナログ・離散制御。

配線を避ける無線通信。

体温および／または身体動作からの出力の自己生成。

補助呼吸および／または受動呼吸（人工呼吸、非自己呼吸）を伴う被検者により操作可能。
なお、少なくとも多くのケースでは、呼吸に基づく‘ｐｉｎ−ｐｕｆｆ’操作または他の方法を受動呼吸によって実現できない。これは、被検者が空気の吸入および吐き出しを積極的に制御しなければならないからである。

‘閉じ込め症候群’の被検者により操作可能。
なお、少なくとも多くのケースでは、制御要素の移動および／または強固な保持に基づく‘ｐｉｎ−ｐｕｆｆ’操作または他の方法を‘閉じ込め症候群’の被検者により実現できない。これは、‘閉じ込め症候群’の被検者が頭部を移動させることができずおよび／またはデバイスをしっかりと強固に保持できないからである。

同時および／または交互的制御および会話。
なお、少なくとも多くのケースでは、呼吸に基づく‘ｐｉｎ−ｐｕｆｆ’操作または他の方法を会話および制御が同時に行なわれる場合において実現できない。これは、被検者が吸入および吐き出しを積極的に制御しなければならず、それが一般に同時会話を妨げるからである。

総則
この出願から起算される特許の存続期間中に、多くの関連するセンサが開発され、空気特性センサという用語の範囲が推測的に全てのそのような新規な技術を含むようになると予期される。

本明細書中で使用される用語「約」は±１０％を示す。

用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、および、それらの同根語は、「〜を含むがそれらに限定されない」ことを意味する。この用語は、用語「から成る」および「から実質的に成る」を包含する。

語句「から実質的に成る」は、組成または方法が更なる要素および／またはステップを含んでもよいことを意味するが、それは、更なる要素および／またはステップが請求項に記載される組成または方法の基本的で新規な特徴を実質的に変えない場合に限る。

本明細書中で使用される単数形「１つの（ａ，ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が他に別のことを明確に述べていなければ複数形を含む。例えば、用語「１つの化合物」または「少なくとも１つの化合物」は、その混合物を含む複数の化合物を含んでもよい。

単語「典型的な」は、「一例として、事例または例示としての役目を果たしている」と意味するように本明細書中で使用される。「典型的」として記載される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態よりも好ましいあるいは有利であるとして解釈されるべきではなく、および／または、他の実施形態からの特徴の組み入れを排除するものでもない。

単語「任意的」は、「幾つかの実施形態で設けられ、他の実施形態では設けられない」ことを意味するように本明細書中で使用される。本発明の任意の特定の実施形態は、複数の「任意的な」特徴を、そのような特徴が矛盾しなければ含んでもよい。

この出願の全体にわたって、本発明の様々な実施形態が範囲形式で与えられてもよい。言うまでもなく、範囲形式の記述は、単なる便宜上および簡潔さのためであり、本発明の範囲を断固として限定するものと解釈されるべきではない。したがって、範囲の記述は、想定し得る全ての部分範囲およびその範囲内の個々の数値を具体的に開示したものと見なされるべきである。例えば、１〜６などの範囲の記述は、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの部分範囲、および、その範囲内の個々の数値、例えば１，２，３，４，５，６を具体的に開示したものと見なされるべきである。このことは、範囲の大きさにかかわらず当てはまる。

数値範囲が本明細書中に示されるときは常に、示された範囲内の任意の挙げられた数値（分数または整数）を含むように意図されている。第１の指示数と第２の指示数の「間に及んでいる／及ぶ」及び、第１の指示数「から」第２の指示数「へ及んでいる／及ぶ」という語句は、本明細書中では置き換え可能に使用され、第１および第２の指示数およびその間の全ての分数および整数を含むように意図されている。

明確にするために別個の実施形態の文脈中で説明される本発明の特定の特徴が単一の実施形態中に組み合わせて与えられてもよいことは言うまでもない。逆に、簡単のために単一の実施形態の文脈中で説明される本発明の様々な特徴は、別個に、あるいは、任意の適切なサブコンビネーションを成して、あるいは、本発明の任意の他の記載された実施形態に適するように与えられてもよい。様々な実施形態の文脈中で説明される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なくして作用し得ないのでなければ、それらの実施形態の必須の特徴と見なされるべきではない。

本発明をその特定の実施形態と併せて説明してきたが、多くの代案、改良、および、変形が当業者に明らかであることは言うまでもない。したがって、添付の請求項の思想および広い範囲内に入る全てのそのような代案、改良、および、変形包括的にとらえることが意図される。

この明細書中で言及された全ての公報、特許、および、特許出願は、これらを参照することにより、あたかもそれぞれの個々の公報、特許、または、特許出願が参照することにより本明細書中に組み入れられるべく具体的に且つ個別に示されているかのように同じ程度までその全体が本明細書中に組み入れられる。また、この出願中の任意の文献の言及または特定は、そのような文献が本発明に対して従来技術として利用できるという承認として解釈されるべきではない。節の見出しが使用される程度まで、それらが必ずしも限定的に解釈されるべきではない。

Claims (37)

1. ユーザから入力を受ける方法であって、
   （ａ）鼻の空気パラメータを測定するステップと、
   （ｂ）前記測定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
   を備える方法。
2. 前記測定するステップが、前記鼻の空気の少なくとも２つの独立したパラメータを測定する工程と、前記工程に基づいて命令を生成する工程とを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記測定するステップが、前記鼻の空気の少なくとも３つの独立したパラメータを測定する工程と、前記工程に基づいて命令を生成する工程とを備える、請求項１に記載の方法。
4. 前記測定するステップが、少なくとも１つのアナログパラメータを測定する工程と、前記工程に基づいて命令を生成する工程とを備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記測定するステップが、空気方向、空気流継続時間、空気流量、または、音声周波数のうちの少なくとも１つを測定する工程と、前記工程に基づいて命令を生成する工程とを備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記測定するステップが、空気方向、空気流継続時間、空気流量、または、音声周波数の任意の組み合わせを測定する工程と、前記工程に基づいて命令を生成する工程とを備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記生成するステップが、空気流パラメータのデューティサイクルに応じて生成する工程を備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記生成するステップが、コマンドを表わすベクトルを生成する工程を備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記生成するステップが、テーブルを使用して生成する工程を備える、請求項１に記載の方法。
10. 前記生成するステップが、一連の測定されたパラメータ値を使用して生成する工程を備える、請求項１に記載の方法。
11. デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップが、デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方から命令におけるフィードバックを与える工程を備える、請求項１に記載の方法。
12. 前記測定するステップが、２つの鼻孔から測定する工程を備える、請求項１に記載の方法。
13. 空気流を鼻の領域へ選択的に方向付けるのにユーザを訓練するステップを備える、請求項１に記載の方法。
14. 前記ユーザは少なくとも四肢が麻痺したものである、請求項１に記載の方法。
15. 前記ユーザが人工呼吸させられたものである、請求項１に記載の方法。
16. 前記ユーザが身体障害者ではない、請求項１に記載の方法。
17. ユーザから入力を受けることが、デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための動作を決定するステップと、前記決定を少なくとも１つのスニッフによって表わすステップと、前記スニッフの測定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップとを備える、請求項１に記載の方法。
18. ユーザから入力を受ける方法であって、
    （ａ）デバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための動作を決定するステップと、
    （ｂ）前記決定を少なくとも１つのスニッフによって表わすステップと、
    （ｃ）前記スニッフに基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
    を備える方法。
19. 前記決定を少なくとも１つのスニッフによって表わす前記ステップが、一連の複数のスニッフで前記決定を表わす工程を備える、請求項１８に記載の方法。
20. 制御のための装置であって、
    （ａ）鼻の空気パラメータを測定するように構成されるセンサと、
    （ｂ）前記測定をデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のためのコマンドへ変換する回路と、
    を備える装置。
21. 鼻孔ごとにセンサを備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記回路が、内側へ向かうスニッフを外側へ向かうスニッフから区別する、請求項２０に記載の装置。
23. 前記回路が自然の呼吸を無視する、請求項２０に記載の装置。
24. 前記デバイスが、電気的にあるいは電子的にあるいはプログラムであるいはこれらの任意の組み合わせによって制御されるデバイスを備える、請求項２０に記載の装置。
25. 前記デバイスが、アナログ制御または離散制御の一方または両方を有するデバイスを備える、請求項２０に記載の装置。
26. 前記デバイスが、コンピュータ駆動のディスプレイ上のポインティングデバイスを備える、請求項２０に記載の装置。
27. 前記デバイスが車椅子を備える、請求項２０に記載の装置。
28. 前記コントローラが通信デバイスを備える、請求項２０に記載の装置。
29. 被検者から入力を受ける方法であって、
    （ａ）被検者の軟口蓋の位置を判定するステップと、
    （ｂ）軟口蓋の位置の前記判定に基づいてデバイスおよびコントローラのうちの一方または両方のための命令を生成するステップと、
    を備える方法。
30. 前記判定が、軟口蓋へ向けて伝えられる音波の反射に応答する、請求項２９に記載の方法。
31. 前記判定が、軟口蓋に取り付けられるマグネットの磁場に応答する、請求項２９に記載の方法。
32. 前記判定が、電極によって取得される神経作用に応答する、請求項２９に記載の方法。
33. 軟口蓋の位置を判定する前記ステップが、前記被検者によるスニッフに応答する、請求項２９に記載の方法。
34. 前記被検者が人工呼吸させられたものである、請求項２９に記載の方法。
35. 請求項２９に記載の前記方法を実行するように構成される装置。
36. 口を閉じることなく鼻呼吸と口呼吸との間を切り換えるように被検者を訓練するための方法であって、
    （ａ）鼻への空気通路と、前記被検者の口への空気通路とを設けるステップと、
    （ｂ）口呼吸または鼻呼吸するように前記被検者を促すのに応じて前記通路内の空気流量を測定するステップと、
    （ｃ）鼻呼吸と口呼吸との間の切り換えの成功に関するフィードバックを被検者へ与えるステップと、
    を備える方法。
37. 前記切り換えの成功が図式的に与えられ、それにより、被検者が前記切り換えをインタラクティブに調整できる、請求項３６に記載の方法。