JP2013506485A

JP2013506485A - 媒体を通した信号の送信

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Publication number: JP2013506485A
Application number: JP2012531534A
Authority: JP
Inventors: モルションオスカルガルシア; トマスファルク
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: CN102711624A; EP2482730A2; US20120184877A1; JP6029981B2; US9538938B2; WO2011039708A3; EP2482730B1; WO2011039708A2; CN102711624B

Abstract

患者の身体組成（例えば骨密度／関節状態の含水量/水和レベル）に関する情報を得るために、身体音響通信（BSC）又は身体結合通信（BCC)などの体外通信技術又は体内通信技術を使用するシステムがある。好ましい実施例では、当該システムは送信器、受信器、及び同受信器へと接続されるプロセッサを有する。送信器は媒体（患者の身体）を通る信号を送信するよう構成され、同信号は複数の異なる周波数成分及び複数の異なる伝送技術を含んでいる。受信器が前記媒体中を伝播した後の信号を受信するよう構成される。プロセッサは、第1の時刻において受信信号から一つ以上の伝達関数を生成するよう構成されており、各々の伝達関数は、予め決められた信号パラメータに対して種々異なる周波数における値を規定する。プロセッサは次に、第2の時刻において受信信号から一つ以上の更なる伝達関数を生成し、同じ信号パラメータに対して前記伝達関数を当該更なる伝達関数と比較する。前記伝達関数と更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超える場合は出力信号が生成される。

Description

本発明は、媒体を通して信号を送信するシステムと方法とに関する。一実施例では、本発明は身体組成の分析器として用いられることが可能である。

個々人の身体組成を測定することは、医療の領域及びフィットネスの領域内にある多くのアプリケーションにおいて基本的に重要である。個々の個人パラメータ、例えば水分のパーセンテージ、筋肉のパーセンテージ、又は脂肪のパーセンテージは、当該個人の健康状態を決定するために鍵となる役割を演ずる。例えば、人体の水分量を測定することは、人々が脱水症状になるのを防止するために、複数の設定において特に重要である。しかしながら現行のシステムは、誤差無しでは、又は小さな誤差を伴ってさえ、実際の水分のパーセンテージの自動測定ができない。したがって、水分の割合は人の手で測定又は近似されねばならない。例えば、看護婦は患者が飲んだ水の量を物理的に書きとめなければならず、及び/又は患者の水分バランスが許容できるか否かについて知ろうとするために、患者の尿を測定せねばならない。この手順が、例えば集中治療ステーションで日常的に実施されている。この方法は扱い難いだけでなく、患者に対する発汗などの他の効果を考慮していないので不正確でもある。

これ故、個人の体の実際の組成の自動測定及び正確な測定が出来る方法又はシステムをもつことは、医療アプリケーション及びフィットネスのアプリケーションで鍵となる重要性がある。身体組成分析のための幾つかの現行の方式はバイオ・インピーダンスに基づいている。バイオ・インピーダンス（例えばhttp://en.wikipedia.org/wiki/bioimpedanceを参照）は、人体を流れる電流の伝播の特徴を測定する。電気（電流）の伝播は、信号周波数など種々異なるパラメータに依存する。しかしながら、バイオ・インピーダンスに基づく現行のシステムは、充分な信頼性のある結果を提供するほど十分に正確ではない。患者の実際の身体組成を見出すために選択される複数のモデルが存在する。正しいモデルの選択が必須であるにもかかわらず、選ばれたモデルが必ずしも正しいとは限らない。何故ならば選択は、評価される個人の年齢又は性別などの複数のパラメータに依存するからである。加えて、バイオ・インピーダンスに基づくシステムは、着用可能なシステムが設計された場合はユーザの動きを制限し、結果としてこの方式を使うことを一層複雑且つ高価にする電線によって相互接続された複数の電極を必要とする。結局これらのシステムは、測定が行われるときのユーザの体の位置に非常に依存する。この結果、現行のシステムは患者のパラメータの自動測定及び正確な測定ができない。更にまた、バイオ・インピーダンスに基づいたシステムには、不正確なモデルの使用又は多くの電極の必要性などの複数の欠点が存在する。

国際特許公開公報WO 2007/113756は、速度変化を測定することによって含水量（水和レベル）を決定するための方法と装置とを開示している。実施例によれば、同装置は機械的な波を送信するよう動作可能な送信トランスデューサを含む。同装置は、送信トランスデューサから送信された機械的な波を受信するよう動作可能な受信トランスデューサも含み、送信トランスデューサ及び受信トランスデューサは、組織層の同じ面上に配置される。同装置は、媒体中の機械的な波の速度を算出するよう動作可能なプロセッサを含み、速度が媒体中の水和レベルを表す。当該公報で開示されている技術が多くの既知の技術の改善であるのに対して、にもかかわらず依然として、使われる二つのトランスデューサの間の距離の正確な測定を必要とし、これは多くの実際的な患者を伴う状況において遂行するのが困難なことがある。更に、波の速度の算出が成されることも必要であり、これは単なる水和レベル以外の要因、例えば組織上にあるトランスデューサの圧力、温度、又は筋線維の方位によっても影響を受けることがある。

これ故、本発明の目的は周知の技術を改善することである。

本発明の第1の態様によれば、媒体中を伝播した後の信号を受信するよう構成された受信器と、当該受信器に接続され、第1の時刻において受信信号から一つ以上の伝達関数を生成するように構成されたプロセッサと、を有するシステムが提供され、第2の時刻において受信信号から一つ以上の更なる伝達関数を生成するため、同じ信号パラメータに対して伝達関数を当該更なる伝達関数と比較するため、及び比較された伝達関数と前記更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超えた場合に出力信号を生成するために、一つ又は各々の伝達関数は、予め決められた信号パラメータに対して種々異なる周波数における値を規定する。

本発明の第2の態様によれば、
- 媒体中を伝播した後の信号を受信するステップと、
- 第1の時刻において前記受信信号から一つ以上の伝達関数を生成するステップであって、当該一つ又は各々の伝達関数は、予め定められた信号パラメータに対して種々異なる周波数における値を規定する、ステップと、
- 第2の時刻において一つ以上の更なる伝達関数を前記受信信号から生成するステップと、
- 同じ信号パラメータに対して、伝達関数を当該更なる伝達関数と比較するステップと、
- 比較された伝達関数と前記更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超えた場合に出力信号を生成するステップと、を含む方法が提供される。

本発明によって、患者の体組成を決定する身体音響通信又は身体結合通信などの体外通信技術又は体内通信技術を使用するシステムを提供することが可能である。独立した態様又は組み合わされた態様にて全てのこれらの技術を使用することで、既存のギャップを克服することができ、身体組成の自動で且つ詳細な分析用の完全なシステムを提供する。病院の集中治療室及び一般病室での患者の監視、及び介護施設又は在宅の高齢者の監視を含む複数の異なるアプリケーションで、提案されたシステムを使うことができる。

種々異なる時刻に得られた伝達関数を用いて種々異なる結果を比較することによって、信号が進んだ距離又は信号の速度を精確に測定若しくは計算することも無く、標準的ではない読み取り量を決定することが可能であり、システムの有用性及びシステムの有効性を非常に増大させる。この設定においては、一組のトランスデューサが互いに電線を介して接続される必要も無く身体に取り付けられる。当該トランスデューサは、種々異なる時刻に身体を通して伝播した音波の遅延の相対的な変化を種々異なる時刻に測定する送信器又は受信器として働き、トランスデューサの間の相対的な距離についての特殊な知識を必要とすること無く、身体の部位で進行している水分のパーセンテージなどの変化を抽出することが可能である。

好ましくは本システムは更に、複数の異なる周波数成分を有する信号を媒体を通して送信するよう構成された送信器を有する。受信器により受信される信号は、例えばユーザの脚に音波を引き起こすであろうユーザによる歩行など、幾つかの背景挙動によって生成可能である。好ましい実施例では本システムは、信号を生成し、且つ媒体を通して当該信号を送信するために用いられる送信器を含む。

都合のよいことに、本システムは更に、媒体中を部分的に伝播した後の信号を受信するよう構成され、且つ確認信号をプロセッサに送信するよう構成されたトランスデューサを有し、同じ信号パラメータに対して伝達関数を更なる伝達関数と比較した場合、確認信号に応じて比較を適応させるようプロセッサが構成されている。送信器と受信器との間の距離が時間と共に変化しないことを確実にすることが重要である。当該距離を補正するために、確認目的のための第3のトランスデューサを送信器と受信器との間の距離の1/2のところに使用することが可能である。このトランスデューサは、送信器と受信器の間で認知された動きのどのような変化も補正するために用いることができる確認信号を出力できる。

好ましい実施例では、送信器、受信器、及びプロセッサが単一のデバイス内に形成される。システムは二つのセンサ、即ち送信器と受信器との間の伝達関数を分析する。送信器及び受信器として同時に動作する単一のセンサを用いて幾つかの情報を得ることも可能である。患者の身体組成、例えば水分量に応じて、これを反映する信号は、音波の送信における種々異なる周波数の種々異なる特徴、例えばより大きな遅延若しくは減衰、又はより小さな遅延若しくは減衰を示すことであろう。全てのコンポーネントを含んだ単一のデバイスを用いることによって、デバイス内で距離が固定されるので送信器と受信器の間の移動距離を補正する必要がない。

理想的には、複数の異なる伝送技術を使用して信号を生成するよう送信器が構成される。この場合システムは、バイオ・インピーダンスに基づく現行のシステムなどの単一の技術を用いるシステムの使用により提供される実際の測定を改善するために、身体結合通信（BCC）、身体音響通信（BSC）、又はバイオ・インピーダンスを含む複数の異なる通信技術を使用することであろう。複数のパラメータに対して種々異なる技術が応答するために、複数の伝達関数が生成されることであろう。応答が種々異なる測定システムから生成されるので、応答の数がより多く且つ相関をもたないという理由から、応答を組み合わせて、より正確な結果を得ることが可能である。

ここで本発明の実施例が、添付の図面を参照して例の態様のみにて説明されることであろう。

媒体を通して信号を送信するためのシステムの実施例の概観図である。媒体を通して信号を送信するためのシステムの代替実施例の概観図である。図1のシステムを使用している患者の概観図である。伝達関数の線図である。システムの更なる概観図である。システムの更なる実施例の概観図である。異なる時刻に得られた異なる伝達関数を示している概観図である。システムを作動させる方法のフロー図である。

図1a及び図1bは本システムの二つの実施例を示し、同実施例は、媒体14を通して信号12を送信するよう構成された送信器10と、媒体14中を伝播した後の信号12を受信するよう構成された受信器16と、受信器16に接続しているプロセッサ18と、を有する。媒体14を通して送信される信号12は複数の異なる周波数成分を含んでいる。これらの異なる周波数成分が信号12内に並存してもよいし、又は媒体14中を伝播する種々異なる周波数成分を生成するために、信号12の周波数が時間と共に変化してもよい。信号12が媒体14を通過した後、受信器16が当該信号12を受信して、プロセッサ18が、この受信信号にアクセスする。

図1aに示すように、送信器10及び受信器16が別々のデバイスとして形成されて、プロセッサ18が受信器16と共に存在してもよい。代替的には図1bに示すように、送信器10、受信器16、及びプロセッサ18が全て同じデバイス15内に形成されてもよい。信号12が通過する経路は媒体14の種類に依存することであろう。上で説明したように、図1a及び図1bのシステムの一つのアプリケーションは、患者の一つ以上の身体特性、例えば含水量（水和レベル）の測定であり、又は患者の一つ以上の身体特性の異常レベルの検出である。この場合、媒体14は患者の身体の少なくとも一部を構成する。送信器10が患者の身体の一部分に取り付けられてもよいし、又は患者の身体の一部分と接触していてもよく、更に受信器16が患者の身体の異なる部分に取り付けられてもよいし、又は患者の身体の異なる部分と接触していてもよい。

プロセッサ18が、第1の時刻において信号12から一つ以上の伝達関数を生成するよう構成され、各々の伝達関数は、予め決められた信号パラメータ対して異なる周波数における値を規定する。このプロセスが以下で更に詳細に説明されよう。プロセッサ18は、この後、第2の時刻において受信信号から一つ以上の更なる伝達関数を生成するよう構成される。プロセッサ18は次に（第1の測定時刻から得られた）同じ信号パラメータに対して伝達関数を（第2の測定時刻から得られた）更なる伝達関数と比較して、この比較により、伝達関数と更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超える場合には、出力信号を生成する。

本システムは、水分、脂肪、筋肉、又は骨のパーセンテージを含む患者の身体組成を測定するために、種々異なる身体通信技術を使用する。本システムの実際の、より具体的な貢献は身体組成を測定するために、身体結合通信（BCC）、身体音響通信（BSC）などの身体を通じた身体通信技術の使用である。これらの用語が以下で更に詳細に規定されている。一実施例では、BCC、BSC、又はバイオ・インピーダンスなどの複数の身体通信技術の組合せが、患者の身体組成の測定を改善するために用いられることができる。測定の僅かな変化を検出することによって、患者の身体組成の差分計算が用いられ、これにより、異なる時刻に行われた複数の測定を比較する。

患者の身体組成を決定するために生体電気インピーダンス分析を用いる代わりに、本システムは身体通信技術を使用している。二つの考え得る技術が、身体結合通信（BCC）及び身体音響通信（BSC）である。図2に示すようにBCCは、容量的に結合された送信器10及び受信器16を用いた身体上での情報伝送のことを指す。本願明細書では、送信器10及び受信器16がヒト20の両手に装着されることができると想定すれば、送信器10を有する手から受信器16を有する手へと身体に沿って通信が進行する。詳しい情報は、例えば、http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1460273.にてオンラインで入手可能な「身体センサネットワーク用の身体結合通信」において見つけることができる。

BSCとは、何らかの周波数をもつ音波の伝送媒体として人体を使用することを指す。この設定において送信器10及び受信器16が与えられると、通信は実際のところ送信器10と受信器16との間の身体を進行する。この詳細は、Lin Zhong, Dania El-Daye, Brett Kaufman, Nick Tobaoda, Tamer Mohamed, Michael Liebschnerによる「骨伝導：骨伝導に基づいた無線による身体-エリア通信」、BodyNets 2007年会報中で見つけることができる。BCCの場合、通信技術の特定の特徴に起因して、通信は皮膚の下の数mmに限定される。BSCの場合、測定目的に応じて多くの異なる組織中を通信が進行できる。典型的な設定では通信は、患者20の骨の中を主に進行できる。何故ならば骨は音波を実際に非常によく伝送する固形物だからである。この設定では、残りのヒト組織も通信に関与する。例えばBSCの場合、骨を囲んでいる筋肉及び脂肪組織が、異なるファクタ、例えば周波数に応じて種々異なる量のエネルギを音波から吸収する。この設定では、骨の周囲の水分の変化に応じた特定の伝達関数の変化を測定することによって水分量を測定するために、本システムを使うことができる。本システムが、損傷又は骨粗鬆症などの疾患によって生じた骨構造の変化を測定するために使われることもできる。

単純な態様では、患者20の身体組成を測定するために、身体通信技術又はバイオ・インピーダンスを含む技術の組合せを使用することが考えられる。この方法は、選択された通信技術に基づいた送信器10及び受信器16に対するシステム全体の要求条件があると、送信器10は、身体14中を又は身体14の上を特定のプロトコルに従って信号12を受信器16へと送信する。送信アルゴリズムはプロセッサ18により操作され、周波数又は信号振幅など異なるパラメータの関数として、患者の身体組成をモデル化して分析するために使われる。一つ以上の伝達関数が受信信号12から生成される。

図2は、患者20の身体中の信号12の経路の観点からは送信器10と受信器16との間の位置にあるトランスデューサ19の使用も示している。トランスデューサ19は、媒体中を部分的に伝播した後の信号12を受信し、確認信号をプロセッサ18へと送信する。種々異なる時刻に得られた複数の伝達関数を比較する場合、トランスデューサ19から受信された確認信号に従って当該比較を適応するようプロセッサ18が構成される。トランスデューサ19はシステム内での補正機能を提供しており、トランスデューサ19からのデータは、送信器10から受信器16へと通過する信号12の経路の変化を結果として生じる患者20の動きに影響された、受信器16とプロセッサ18とで得られる、測定を修正するために使用できる。

本発明の実施例において、システムが正しく動作するよう校正のフェーズを実施することが必要である。校正フェーズでは、異なる既知の身体組成パターンを示す異なる患者20で、送信器10及び受信器16が試みられる。校正フェーズにおいては、実際の患者の身体組成に対応する伝達関数を、図3に示すように異なるパラメータの、例えば周波数の関数としてモデル化することが可能である。伝達関数22は、実際の伝送媒体14に応じて入力がどのように変化するかを測定する。これは、群速度、位相速度、分散、波形速度、減衰量、遅延量、及び/又は波形振幅などの種々異なるパラメータにより測定されることができる。三つの伝達関数22が、二人の異なる患者Pa及び患者Pbに対して示されている。パラメータ1乃至パラメータNが伝達関数22としてモデル化されることができる。

上で記した測定パラメータに関して、波の群速度とは、空間を伝播する、例えばBSCの場合は筋骨格系を伝播する（波の変調又は波の包落線として知られた）波の振幅の形状の変化に伴う速度のことである。波の位相速度（又は位相スピード）とは、波の位相が空間中を伝播する割合である。これは、波のどれか一つの周波数成分の位相が進行する際の速度である。分散とは、波の位相速度が波の周波数に依存する現象である。波の速度とはエネルギが媒体中を、繰り返すが例えばBSCの場合は筋骨格系を移動する際の速度である。波の振幅とは、波が有する振幅である。伝わり且つ反射された波の振幅は、伝送媒体と周波数とに依存する。

ユーザ20の身体組成の測定を必要とする場合に、身体組成の分析が生じる。図4は、（BSCの場合）音波を患者の体に送信するために、どのようにユーザ20がトランシーバ10を使用するかについて示している。受信デバイス24は、受信器16及びプロセッサ18の両方と、これらに加えてメモリ17とを有し、受信信号から情報を取得し応答を分析することであろう。受信信号と比較する際に、プロセッサ18により用いられる既知のモデルを記憶するためにメモリ17が必要とされる。デバイス24は受信波形を分析することができ、校正フェーズの間に得られた既存のモデルと比較する。校正フェーズは当該ユーザ20に特有のものでもよいし、又は年齢及び性別などによって、類似するタイプのユーザへと一般化されてもよい。

（身体10に伝播した後のオリジナル信号12である）受信した波形の分析の結果は、例えば送信信号の周波数に応じた（上で説明したように群速度、位相速度、分散、波形の速度、波形の振幅等々の）複数のパラメータの集合として見られることが可能である。送信信号12は、BSCの場合は音波である。実際にはヒト20の身体組成の特徴である、デバイス24により受信された応答は、種々異なる身体パラメータ、例えばユーザ20の水分及び/又は脂肪のパーセンテージか、又は骨構成若しくは病変の早期発見のためのなどの他のパラメータを決定するために、既存のモデルと比較される。この態様で、プロセッサ18は受信信号に対する伝達関数を生成することであろう。

デバイス24は出力デバイス21も有し、これは例えば音声デバイス及び/又は（タッチスクリーンなどの）表示デバイスのこともある。この出力デバイス21は、フィードバックを直接ユーザ20又は適切な資格のある医師へと提供するよう設計されている。当該出力デバイス21は、プロセッサ18の管理下で出力信号を出力する。異なる時刻に得られた複数の伝達関数間の差が予め設定された閾値を超える場合に、プロセッサ18が出力信号を生成するよう構成される。この態様でデバイス24が患者20を直接モニタし、リアルタイムの測定、処理、及び出力信号を提供する。例示的な実施例では、フィードバックを直接提供するために、図1及び図2のデバイスは出力デバイス21も具備している。代替的には、又は上記に加えて、プロセッサ18はデスクトップPCなどのローカルなシステムと通信するために（ブルートゥース・トランシーバなどの）短距離の無線送信器へと接続している。

本システムが、送信器10がいかなる情報も送信しないサイレント・モードで動作するよう構成されることもでき、この場合は送信器10が存在せず、受信器16のみが動作する。この方法が図5に示されており、身体組成を分析するため、及び例えば病変部の損傷を防ぐためにも本方法が使うことができる。当該システムは更に、媒体20中を伝播した後の信号を受信するよう構成されていて、プロセッサ18へと接続している第2の受信器26を有する。プロセッサ18は第1の受信器16及び第2の受信器26の出力を比較して、しかるべく出力信号を生成するように構成されることができる。信号12が第2の場所で受信され、プロセッサ18は異なる場所での受信信号12を比較して、異なる場所で信号の差に基づいた出力信号を生成する。

例えば（年配の）ヒトが歩いているか、又はスポーツ（例えばランニング）をしているシナリオが適用される場合、受信器16及び同26は、動作の際の歩調から生じる音をモニタするよう構成されることができる。例えば周波数の変化が疲労を示すかもしれないし、又は2台の受信器16及び同26が（各足に1台）用いられる場合、片方の足から来る音がより大きいかどうかを区別することが可能であり、これは有り得る病変を示すかもしれない。更に受信器16及び同26は、膝などの関節から生じた異常な音から生じた音を分析するために高い感度をもつよう構成されてもよい。受信器が心拍数を測定するために使われることもある。

図3に例示された応答（又は特徴）の比較は、異なる身体組成をもつ2人の異なるヒト20に対する二つの異なる応答又は特徴を、受信器16がどのように受信するかを例示している。一定の周波数又は一定の周波数範囲に対する複数のパラメータに対して当該応答が測定され、既存のモデルと比較される。図3に示されている伝達関数22は、受信信号の種々異なる周波数にまたがる特定のパラメータを表す一つ以上の伝達関数をプロセッサ18が生成するであろうことを示す。当該パラメータは波形の振幅と同程度に単純なものであり、伝達関数22は、受信信号に対する周波数対振幅のグラフを表す。これが例えばパラメータ1であり、図3の上部の二つの伝達関数22の場合、2人の特定の個人20に対するパラメータ1の伝達関数22を表している。

異なる技術の通信の特徴を更に利用することを意図して、組み合わされた方法を使用することも可能である。これは、実際の身体組成をモデル化するために使うことができる異なる通信技術が、完全に異なる伝達関数を呈するという考えを利用している。例えばバイオ・インピーダンスを使用する場合、システムは電気信号の受信量を測定する。この量は体組織と信号周波数とに依存する。しかしながら、測定される唯一のものは、送信された電気信号である。身体中の音の透過に関して、電気信号の代わりに音波をシステムが受信するので、システムは完全に異なる態様でモデル化されるようになる。この観点から、異なる通信技術による複数の伝達関数が互いを補足する。

これゆえ、好ましい実施例においては、バイオ・インピーダンスに基づく現行のシステムなど単一の技術を使用するシステムを用いて提供される実際の測定を改善するために、BCC、BSC、又はバイオ・インピーダンスを含む複数の通信技術を本システムが使用することであろう。図3に示されたものと同様の伝達関数22が、複数のパラメータに対する種々異なる技術に対する応答として生成されることだろう。応答の数がより多いので、関与する技術は完全に異なり、パラメータの全数もより多く、これゆえ本システムはより詳細な結果を得ることができる。特定のシステムに対するモデルが、幾つかの設定に対しては、身体の幾つかの成分（例えば、正確な水分量）を識別しないかもしれないので、上記は容易に理解できる。追加の送信技術が加えられた場合、第2の技術のモデルが、決定された特定の身体特徴に対する身体組成を正しく測定するだろうから、最終結果を改善することが可能である。例えば、バイオ・インピーダンスに基づく現行のシステムは、身体中の水分の同一のパーセンテージ値に関して不正確なことがある。即ち、(i) 水分が細胞内部の水分のこともあり、細胞間の水分のこともある。また(ii) 身体中の電解液の濃度が異なることが考えられる。これ故同一の水分パーセンテージ値が、異なるバイオ・インピーダンスの結果となるかもしれない。このシステムでは、例えば身体音響通信などの他の技術を用いて細胞内又は細胞間の水分の量を決定することによって、幾つかの不確定性を取り除くことが可能である。したがって、全体のシステムがより正確であることが可能である。

本システムは差分測定及び累進測定も使用する。これは、患者20の身体組成の差分分析及び適応分析を提供する。これは多くのパラメータが関与するので、ゼロから患者の体の実際の組成を測定することが困難であるという事実を基にしている。しかしながら、システムが例えば時刻Tにおける水分パーセンテージW_Tと、時刻Tにおける身体組成分析器の測定値V_Tとにアクセスすることができると見做され、時刻T＋δにおいて身体組成分析器の出力値V_T＋δが観察され、時刻T＋δにおける水分パーセンテージ値W_T＋δに適応させるためにこれら二つの値の差分（V_T-V_T＋δ）が使用された場合、単純なアルゴリズムが、これらの値と以前の水分パーセンテージの差の関数としてW_T＋δを、W_T＋δ＝f(W_T,(V_T−V_T＋δ)) と算出できる。この方法が他のパラメータを測定するためにも使用される。例えば、ヒトが歩く態様を測定することにも適用されてもよいし、又はこの動作から生じた音を測定することにも適用されてもよい。時刻Tにおいて、システムは左右の足の歩調から生じた音を感知する。δだけ後で、偏差を分析する測定が繰り返される。

図6は差分測定の使用例を示す。音の速度から有益な情報を得るために、システムは送信器10と受信器16の間の距離を知っていることを必要とする。幾つかのシステムでは、これは実際的ではない。この課題を解決するために、ユーザ20は送信器10及び受信器16を彼等の身体に固定する。第1の時刻t1における測定が通常の状況を表す。音響通信に対する標準遅延も測定されることができる。x秒毎にシステムは送信器10と受信器16と間の遅延を再測定する。大きな遅延は音の速度が低いことを意味し、したがって、より高い含水量を意味する。この態様で、傾向をプロットすることが可能である。第2の時刻t2において更なる伝達関数22´が測定される。トランスデューサの距離が時間と共に変化しないよう維持することが重要である。例えば図2に示すように、確認用の第3のトランスデューサ19が、送信器10及び受信器16間の1/2の距離で使用されることができる。水分補給の状況が、このトランスデューサから同じ方向にある他のトランスデューサまでの遅延時間に影響するはずであるが、しかし、送信器10及び受信器16の動きは、遅れのうちの一方のみに影響を及ぼすか、又は反対方向にある両方の遅れに影響を及ぼす。

本システムを作動させる好適な方法が図7に要約されている。本方法は、媒体14を通して複数の異なる周波数成分を有する信号12を送信するステップS1と、媒体14中を伝播した後の信号12を受信するステップS2と、を含む。本システムの受信側でステップS3が次に実行される。即ち第1の時刻t1において受信信号12から一つ以上の伝達関数22が生成され、各々の伝達関数22は、予め決められた信号パラメータに対する種々異なる周波数における値を規定するステップであり、またステップS4では、第2の時刻t2において受信信号12から一つ以上の更なる伝達関数22´を生成する。次にステップS5で、同じ信号パラメータに対して伝達関数22を更なる伝達関数22´と比較するステップが実行され、ステップS6で、伝達関数22と更なる伝達関数22´との間の差が予め設定された閾値を超える場合は出力信号を生成するステップが実行される。

送信器10及び受信器16がブレスレットなどの単一のデバイス15の一部を形成する態様で、システムが設計されることができ、送信器10と受信器16との間の距離は、最初に調節可能（しかし常時不明）である。ブレスレットをユーザ20の手首にフィットさせた後に、送信器10が受信器16へと音波のパルスを送信する。これによって、送信器10及び受信器16の両方が、遅延の変化に基づいた水分の変化の傾向を分析する。

本システムは、送信器10と受信器16との間の同期を取ることによって更に強化されることができ、この結果、送信された音波と受信した音波との間の遅延が正確に測定されることができる。送信器10及び受信器16を単に接続する電線を使用することにより、同期が取られることが可能である。代替的には送信器10及び受信器16は、両方のコンポーネントのCPUクロックの同期を取ることを可能にする無線インタフェース及びクロック同期プロトコルも有する。

関連する幾つかのアプリケーションにおいて、説明されたシステムが患者の体の異なる部分に置かれた複数の送信器及び受信器によって作動可能である。これによって、本システムが身体の異なる部分の身体組成（の相対的な変化）を測定できる。当該システムは、送信器として複数の音波又は概して圧力波を含むアクチュエータと、受信器とを用いて構築されることができる。受信器16は、例えばマイクロホン又は圧力検出器でもよい。

提案されたシステムは、病院の集中治療室（ICU)及び一般病室での患者の監視、及び介護施設又は在宅の高齢者の監視を含む複数のアプリケーションを提示する。患者の身体組成を測定することは極めて重要であり、現在、必要とされる測定を実行する十分に確固とした方法又は正確な方法がない。ICUにおいて看護婦は、患者が飲み且つ排出した液体の量を書きとめねばならない。これはユーザーフレンドリな作業ではなく、発汗などの追加の現象を考慮していないので極めて不正確でもある。療養所においては、年輩者は時々飲水を忘れて健康リスクに至る。本設定では、身体の水分量を測定することが、アラームを起動させるのを助けるために使われることができる。別のアプリケーションは、体脂肪計として動作する現行のシステムの最適化である。最新の重量計は、ユーザが彼等の重量を測定できるが、しかしまた他のパラメータ、例えば水分又は体脂肪率も測定できる。骨の構造を測定するために本システムが使用されることもできる。更に別のアプリケーションとして、歩行又はスポーツなどの通常の活動の間に疾病の早期発見がある。提案されたシステムの使用は、これらのシステムを一層正確にすることができる。

Claims

媒体を伝播した後の信号を受信する受信器と、
当該受信器に結合され、第１の時刻において前記受信信号から一つ又はそれ以上の伝達関数を生成し、第２の時刻において前記受信信号から一つ又はそれ以上の更なる伝達関数を生成し、同一の信号パラメータに対して前記伝達関数を前記更なる伝達関数と比較し、該比較された前記伝達関数と前記更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超える場合には出力を生成する、プロセッサと、を有し、
前記伝達関数は、予め定められた信号パラメータに対して、様々な周波数における値を定めるものである、システム。
複数の異なる周波数成分を有する信号を、前記媒体を通して送信する送信器を更に有する、請求項１に記載のシステム。
前記媒体を部分的に伝播した後の信号を受信し、確認信号を前記プロセッサへと送信するトランスデューサを更に有し、前記プロセッサは、前記同一の信号パラメータに対して前記伝達関数を前記更なる伝達関数と比較するときに、前記確認信号に従って当該比較を適応させる、請求項１又は２に記載のシステム。
前記送信器と、前記受信器と、前記プロセッサとが単一のデバイス内に形成されている、請求項１又は２に記載のシステム。
前記送信器と前記受信器との同期が取られている、請求項２に記載のシステム。
前記送信器が、複数の異なる伝送技術を使用する前記信号を生成する、請求項２に記載のシステム。
前記プロセッサが更に、ユーザの身体組成を分析する、請求項１乃至６の何れか一項に記載のシステム。
前記媒体を伝播した後の信号を受信し、前記プロセッサに結合されている第２の受信器を更に有し、当該プロセッサは、前記第１の受信器の出力と前記第２の受信器の出力とを比較し、その結果出力を生成する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のシステム。
媒体を伝播した後の信号を受信するステップと、
第１の時刻において前記受信信号から一つ又はそれ以上の伝達関数を生成するステップと、
第２の時刻において前記受信信号から一つ又はそれ以上の更なる伝達関数を生成するステップと、
同一の信号パラメータに対して前記伝達関数を前記更なる伝達関数と比較するステップと、
前記比較された前記伝達関数と前記更なる伝達関数との間の差が予め設定された閾値を超えた場合には出力を生成するステップと、
を含み、
前記伝達関数は、予め定められた信号パラメータに対して、様々な周波数における値を定めるものである方法。
複数の異なる周波数成分を有する信号を、前記媒体を通して送信するステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
前記媒体を部分的に伝播した後の信号を受信するステップと、確認信号を送信するステップと、を更に含み、前記同一の信号パラメータに対して前記伝達関数を前記更なる伝達関数と比較するステップが、前記確認信号に従って当該比較を適応させるステップを含むことを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
複数の異なる伝送技術を使用する前記信号を生成するステップ、を更に含む、請求項１０に記載の方法。
前記送信信号と前記受信信号との同期を取るステップ、を更に含む、請求項１０に記載の方法。
第２の場所で前記信号を受信し、異なる場所における受信信号と比較して、その結果、出力信号を生成するステップを更に含む、請求項９乃至１３の何れか一項に記載の方法。