JP2014522682A - 個人健康データの収集 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図5
Description
本発明の第1の態様では、ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置(以下、「PHHCD」に一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(以下、「PHHM」)を提供する。
・ ユーザの1本又はそれ以上の指、特に1本又はそれ以上の手指
・ 頸動脈付近の皮膚
・ ユーザの胸部、有利には心臓近く、及び/又は、
・ ユーザの耳又は口の内部
信号取得装置は、局所体温(すなわち、センサを身体に適用した場所に近い温度)の測定結果をPHHCDのプロセッサによって導出できる信号を取得するための温度センサを含むことができる。信号取得装置は、周囲温度の測定結果をプロセッサによって導出できる信号を取得するためのセンサも含むことが有利である。このセンサは、局所体温の測定に関連して使用するものと同じセンサであっても、又は別個のセンサであってもよい。プロセッサは、温度センサによって取得した信号からユーザの中核体温を導出するようになっていることが好ましい。
心臓は、皮膚上で検出できる電気信号がトリガーとなり、これが心電図(ECG)の基準である。心電図の単純版では、2つの別個の身体部分間の電位差を測定することにより、心拍を開始する電気信号が生じた時点を検出することができる。適切な電子処理により、各開始信号の発生時点を数ミリ秒内まで測定することができる。
信号取得装置は、ユーザの身体の一部を通る血流を制限又は完全に遮断するための血流閉塞手段と、血流閉塞手段によって又は血流閉塞手段に対して加わる圧力を求めるための圧力センサとを含むことができる。従来の血流閉塞手段は、身体部分を取り囲む膨張式カフである。
血流閉塞手段は、身体部分に押し付けられるボタンを含むことができる。このボタンはプレートの一部であり、このプレートの一部はプレートの残り部分とは無関係に動くことができ、力センサに接続されることが好ましい。力センサは、ボタンに加わる力を測定するが、ボタンが動ける距離を最小化するようになっている。通常、このプレートは、典型的には5mm直径の円形ボタン又は同じ面積の非円形ボタンを備えた10mm×20mmのものである。身体部分の力を受けた時にボタンが動く距離は0.1mm以下であることが好ましい。
血流閉塞手段は、ユーザの身体の一部、特に指、好ましくは手指の片側を押し付けて、この身体部分を通る血流を閉塞させることができる液体充満パッドと、パッド内の圧力を示す信号を供給するための圧力センサとを含むことができる。このパッドは、PHHMのノッチ内に位置することが好ましい。使用時には、身体部分をパッド上に押し付けることにより、又は身体部分上にパッドを押し付けることにより、パッドに圧力を加えることができる。
さらなる代替例では、血流閉塞手段が、ユーザの身体の一部、特に指、好ましくは手指の片側を押し付けて、この身体部分を通る血流を閉塞させることができるストラップと、ストラップに加わる圧力を示す信号を供給するための力センサとを含むことができる。
PPGを使用するパルス酸素濃度計は、1980年代から市販されている。これらを使用して、動脈血中の酸素化の度合いを推定する。身体部分に向けて赤色光及び赤外光を伝送する。赤外光は、非酸素化血液よりも酸素化血液の方に強く吸収され、赤色光は、酸素化血液よりも非酸素化血液の方に強く吸収される。心収縮中の赤外吸収の変化は、酸素化血液の量の尺度である。心収縮間の赤色光吸収のレベルは、照明されている総血液量の尺度であり、較正に使用される。
PHHMは、心拍によって生じる音に関する信号を取得するための音響センサを含むことができる。この音響センサは、単独のマイク、受振器又は振動センサであってもよく、又は音声を受け取るために標準的な携帯電話又はタブレットコンピュータに備えられるマイクであってもよく、或いは動脈閉塞中における身体部分の圧力を測定するために使用される力センサ又は圧力センサであってもよい。PHHMのプロセッサは、音響センサにより取得した信号を処理して心拍の時点を判断するようになっていることが好ましい。
PHHMは、信号取得装置を配置したユーザの身体部分の位置を検出するようになっている動きセンサを含むこともできる。PHHMのプロセッサは、この動きセンサからの信号を圧力センサからの信号に相関付けて血圧測定の較正を可能にするようになっていることが好ましい。PHHMのプロセッサは、このような較正を行えるように身体部分を動かすための命令をユーザが聞こえるように又は見えるように発するようになっていることが好ましい。動きセンサは、PHHCDの既存の構成要素とすることができる。この動きセンサは、PHHCDの加速による慣性力又は高度による圧力変化を検出することもできる。
信号取得装置は、動脈の断面画像を形成するための、及び/又はドップラー干渉法を使用して動脈内の血液の流速を推定するための超音波センサを含むことができる。この超音波センサは、アレイを形成する個々の要素の組で構成することができる。
PHHMは、個人データ入力手段を含んで他の個人データを記憶するようになっていることが好ましい。個人データ入力手段は、キーパッド又はタッチ画面であることが好ましく、PHHCDの標準キーパッド又はタッチ画面であることが有利である。これらの手段により入力できるデータとしては、以下に限定されるわけではないが、身長、体重、胴囲、指の直径及び年齢を挙げることができる。
PHHMは、例えば肥満度指数などの身体特性を測定するために、ユーザの身体に電気信号を与えるための手段、及びこれらの信号に応答して生成される信号を検出するための手段をさらに含むことができる。
上述したセンサ及び手段を様々な組み合わせで使用して、様々な健康関連データの取得を可能にすることができる。PHHMは、温度センサ、電気センサ、血流閉塞手段、PPGのための血液光センサ、音響センサ、動きセンサ、超音波センサのうちの1つ又はそれ以上を含むことができ、これらの少なくとも最初の4つを含むことが好ましい。以下の表に、センサ及び手段の好ましい組み合わせ、並びにこれらの組み合わせを用いて導出できる健康関連データの指標を示す。しかしながら、当業者には、他の組み合わせを使用してさらなる健康関連データを提供することもでき、本発明は、以下の表に示す組み合わせに限定されないことが明らかであろう。
例えば、PHHMがユーザの耳に接しており、センサが最も温度の高い場所に向くようにPHHMを動かす場合、最大限の温度読み取りが行われるようにPHHMを動かすようユーザに命令するための可聴フィードバック又は視覚フィードバックを提供するようにPHHCDのプロセッサを構成することにより、中核体温の推定精度を高めることができる。
各脈拍の時間は、心収縮の開始を示す電気信号から求めることができ、また閉塞手段内の圧力センサ又は力センサに加わる圧力、及び存在する場合には光学センサ及び/又は音響センサにより検出される吸収ピークによって示される、装置を押し付けた身体部分に収縮期パルスが到達した時点からも求めることができる。
不整脈は、脈拍間隔の変化を示すために使用される用語である。このような変化のパターンは、有益な診断ツールである。
血圧は、脈波伝播速度、脈容量、血圧測定及び脈拍数という4つの異なるタイプの根拠からのデータを組み合わせることにより推定することができる。血圧測定は、それ自体が2つの異なる測定結果から、すなわち圧力センサからの高周波数信号及び(単複の)血液光センサからの高周波数信号から導出される。ユーザの身長、体重、年齢及び性別などの外部データを利用することもできる。従って、最も信頼できる血圧推定を得るためには、ベイズ推定器などの最適化数学アルゴリズムを用いて5つの別個の測定結果及び複数のデータを組み合わせることができる。
脈波伝播速度(PWV)は、脈波伝播時間(PWTT)から導出することができる。
脈容量は、血液光センサ(PPG)から導出することができる。BPを推定するためのPPGの使用は、IEEE EMBS、メキシコ、カンクン、2003年9月、17〜21ページにおいて、X.F.Teng及びY.T.Zhangによりレポートされている。この基礎技術は、1992年8月25日付けの米国特許第5,140,990号の主題である。心収縮中における赤外吸収の変化は、被照明中の動脈容積の変化の尺度であり、動脈内圧力に関連する。
血圧測定は、100年以上にわたって使用されているBP測定の成熟技術である。内部を動脈が走っている身体部分の周囲をカフで覆って可変的な外圧を加える。この圧力により動脈の断面が収縮して、心収縮中における血流を制限する。
脈拍数は、単独で測定し、血圧の指標として使用することができる。Al Jaafreh(「1回拍出量を変化させた心拍数の影響により平均血圧を推定するための新たなモデル(New model to estimate mean blood pressure by heart rate with stroke volume changing influence)」、第28回IEEE EMBS国際会議議事録、2006年)は、「心拍数(HR)と平均血圧(MBP)の関係は非線形である」と結論付けている。この論文には、1回拍出量の許容がその非線形性の一部をいかに補償できるかがさらに示されている。1回拍出量は単独で推定され(以下を参照)、個人データを使用することもできる。
血液光センサは、PPGを使用して血中酸素レベルを推定することができる。2つの波長における測定された吸収から、少なくとも4つの変数を導出することができる。これらの変数は、収縮期及び収縮期間の各波長における検出信号の振幅である。図2の矢印は、これらから導出できる値の1つを示しており、ピークの高さは、収縮期における酸素化血液信号の変化に対応する。これらの4つの値を分析して血液の酸素化を推定できることが実証されている(例えば、Azmal他、「光電式容積脈波記録法信号を使用した酸素飽和レベルの連続測定(Continuous Measurement of Oxygen Saturation Level using Photoplethysmography signal)」、生物医学及び薬品製造工学に関する国際会議、2006年、504〜507ページを参照)。
脈波伝播時間は、上述したように測定して脈波伝播速度の推定に変換することができる。この情報は、特に本発明の信号取得装置から取得できる他の全てのデータと共に考慮した場合、熟練した開業医にとって直接診断する価値がある。
呼吸サイクルの状態は、以下の本発明により測定可能なデータセットのいくつかから検出することができる。
・ 脈拍数(電気センサ及び血液光センサによって測定、上記参照)
・ 平均血圧(上記参照)、及び
・ 収縮期パルスの振幅(PPGによって測定、上記参照)。
これらの全ての測定結果を、ベイズ推定器などの最適化数学アルゴリズムを用いて組み合わせて、呼吸サイクルの振幅及び位相についての最も信頼できる説明を取得することができる。
パルス毎に心臓が拍出する量は、超音波走査を用いて従来通りに測定される。大動脈の断面積は、ドップラー偏移からの画像及び流量から推定される。この技術は、成熟した安価な技術ではあるが、診察室でしか利用できない。
PHHMは、上述した「バイタルサイン」の一部又は一部の組み合わせ又は全部の測定を、外部データ処理を全く伴わずに行って表示することができる。PHHCDのインターネット、携帯電話ネットワーク又はその他の通信手段に接続する通信能力を用いて、外部データ処理によりさらなる特徴及び精度の向上をもたらすこともできる。
PHHMには、上述したような複数の異なるセンサ及び手段を組み込むことができる。これらのセンサ及び手段は、単独で、或いは2又はそれ以上のセンサを任意に組み合わせて組み込むことができる。例えば、パッド、ストラップ又はボタンによって加えられた、或いはパッド、ストラップ又はボタンに対して加えられた圧力を測定するためのセンサと、圧力が加わった身体部分の血流を測定するための光センサと、脈拍数を測定するための電気センサとの組み合わせは、血圧を求めるためのデータの精度を高めるために特に有用である。PHHMは、1又はそれ以上の特定用途向け集積回路(ASIC)、1又はそれ以上の微細加工測定システム(MEMS)、及び/又は発光体及び/又は光検出器を一体化することが好ましい。これの要素は、単一パッケージ内の別個のシリコン素子として一体化することができ、或いはこれらの一部又は全部を1又はそれ以上のシリコン素子に組み込めることが好ましい。このような一体化により、コストの削減、信頼性の向上、サイズ及び質量の低減、並びに消費電力の削減を含む複数の利点がもたらされるようになる。
2 発光体
3 光センサ
4 圧力センサ
5 温度センサ
6 電子ユニット
7 ケーブル
8 第2のケーブル
9 モジュールケース
12 携帯電話ケーシング
14 パッド
15 指
16 窓
Claims (35)
- ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置(PHHCD)に一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、前記パラメータは血圧であり、前記信号取得装置は、
身体部分の片側のみに押し付けられるようになっている、又は身体部分の片側のみを押し付けるようになっている血流閉塞手段と、
前記身体部分によって加わる又は該身体部分に対して加わる圧力を測定するための圧力測定手段と、
前記血流閉塞手段に接触する前記身体部分を通る血流を検出するための血流検出手段と、
を含むことを特徴とする個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記血流検出手段は振動測定法を使用する、
ことを特徴とする請求項1に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記血流検出手段は光センサである、
ことを特徴とする請求項1に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 収縮期及び拡張期血圧の推定を可能にするのに十分な範囲の付加力で測定が行われることを確実にするように、前記PHHMからの信号に応答して、前記血流閉塞手段を前記身体部分に押し付ける力、又は前記身体部分を前記血流閉塞手段に押し付ける力を調整するための可聴命令又は視覚命令を前記ユーザに与えるようになっている、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記血流閉塞手段はボタンを含み、該ボタンの表面は、前記身体部分に接触するようになっており、前記圧力測定手段は、前記ボタンに加わる力を測定するためのセンサを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記力センサは、前記モニタを上向き及び下向きに配向して前記力センサからの信号を検出することにより較正されるようになっている、
ことを特徴とする請求項5に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記ボタンは複数の要素を含み、該要素の各々は別個の力センサに接続される、
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記血液閉塞手段は、流体で満たされたパッドを含み、前記圧力測定手段は、前記流体中の前記圧力を測定するためのセンサを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記血液閉塞手段はストラップを含み、前記圧力測定手段は、前記ストラップの張力を測定するためのセンサと、前記ストラップの偏向を測定するためのセンサとを含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMのプロセッサは、外部からの付加圧に血流量を関連付ける理論曲線に前記測定したデータを適合させることにより、収縮期及び拡張期血圧を推定するようになっている、
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置(PHHCD)に一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、前記パラメータは血圧であり、前記信号取得装置は、
身体部分を通る血流を閉塞させるようになっている血流閉塞手段と、
前記血流閉塞手段に接触する前記身体部分を通る前記血流を検出するための血流検出手段と、
前記ユーザの血圧の推定を導出できる元となる信号を提供する少なくとも1つの他の手段と、
を含み、前記PHHMのプロセッサは、前記少なくとも2つの手段からの信号を数学アルゴリズムに従って処理し、前記ユーザのより正確な血圧推定を導出するようになっている、
ことを特徴とする個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記ユーザの血圧の推定を導出できる元となる信号を提供する前記他の手段は、血圧センサ、脈波伝播速度推定手段、脈容量推定手段及び脈拍数推定手段から選択される、
ことを特徴とする請求項11に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 4つの手段を全て含む、
ことを特徴とする請求項12に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記脈波伝播速度推定手段は、心収縮を開始する電気信号と、心収縮の機械的開始との間の時間遅延を求めるようになっている、
ことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記脈波伝播速度推定手段は、前記心収縮を開始する電気信号を示す信号と、前記ユーザの身体上の2つの異なる位置における脈拍の到着を示す信号とを受け取る、
ことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記脈波伝播速度推定手段は、前記ユーザの性別、年齢、体重、身長、胴囲又はその他の物理的特性などの、前記ユーザの個人データを示す信号を受け取ることにより前記血圧推定の精度を高めることができる、
ことを特徴とする請求項12から請求項15のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMの前記プロセッサは、連続パルスの間隔の変化を分析するようになっている、
ことを特徴とする請求項12から請求項16のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMの前記プロセッサは、前記測定値から、上腕又は大動脈などの前記身体の別の部分における前記ユーザの血圧を推定するようになっている、
ことを特徴とする請求項12から請求項16のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記ユーザの血圧の独立した較正測定結果を示す信号を受け取ることにより、前記血圧推定の精度を高めることができるようになっている、
ことを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置に(PHHCD)一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
前記信号取得装置は、ある身体部分が前記モニタの対象範囲にある間に該身体部分の温度を測定するようになっている温度センサを含み、前記PHHMのプロセッサは、前記温度センサから前記信号の変化を数学アルゴリズムに従って処理し、前記ユーザの中核体温の測定結果を導出するようになっている、
ことを特徴とする個人用ハンドヘルドモニタ。 - ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置(PHHCD)に一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
前記信号取得装置は、前記モニタを向けた身体部分の温度を測定するようになっている温度センサを含み、前記PHHMのプロセッサは、前記温度センサからの前記信号の変化を数学アルゴリズムに従って処理し、前記ユーザの中核体温の測定結果を導出するようになっている、
ことを特徴とする個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMは、最適な測定結果を得るように前記センサを位置決めするための可聴命令及び/又は視覚命令を前記ユーザに与えるようになっている、
ことを特徴とする請求項21に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMは、前記センサを前記ユーザの衣類に向けることにより周囲温度に関する信号を取得できるように前記センサを位置決めするための可聴命令及び/又は視覚命令を前記ユーザに与えるようになっている、
ことを特徴とする請求項21又は請求項22に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記温度センサは、前記PHHCD内で音を発生させるために使用するスピーカ又はその他の装置と併用され又は組み合わせられる、
ことを特徴とする請求項20から請求項23のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - ユーザの健康に関するパラメータの測定結果を得るために使用できる信号を取得するための、個人用ハンドヘルドコンピュータ装置(PHHCD)に一体化された信号取得装置を備えた個人用ハンドヘルドモニタ(PHHM)であって、
前記信号取得装置は、ユーザの身体部分に光を伝送するための発光体を有する血液光センサと、
前記身体部分内を伝わる光又は前記身体部分により散乱する光を検出するための光検出器と、
前記身体部分内を伝わる光又は前記身体部分により散乱する光が前記光検出器に到達する前に通過する、検出すべき検体を含む光学セルと、
を含み、前記PHHMのプロセッサは、前記光検出器から取得した信号を前記身体部分の存在中に処理し、前記ユーザの血液中の前記検体の濃度測定を前記身体部分の不在中に行うようになっている、
ことを特徴とする個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記PHHMは、前記身体部分における脈拍周期中に、収縮期のピーク又は該ピーク付近で行う少なくとも1回の測定を含む1回又はそれ以上測定を行うようになっている、
ことを特徴とする請求項25に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記検体は、グルコース、エタノール、ヘモグロビン、クレアチニン又はコレステロールである、
ことを特徴とする請求項25又は請求項26に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記検体は、違法な又は別様に禁止された薬物又は刺激剤である、
ことを特徴とする請求項25又は請求項26に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 前記光学系は一体化される、
ことを特徴とする請求項25から請求項28のいずれか1項に記載の個人用ハンドヘルドモニタ。 - 独立型ディスプレイ、制御装置、コンピュータ装置及び電力供給装置を備える、
ことを特徴とする請求項25から請求項29のいずれか1項に記載の信号取得装置。 - 前記PHHCDは、携帯電話又はタブレットコンピュータである、
ことを特徴とする請求項1から請求項29のいずれか1項に記載のPHHM。 - 前記PHHCDは、前記PHHMからのデータを解析して健康関連パラメータ又は前記PHHCDのみから利用可能な健康関連パラメータよりも正確な健康関連パラメータを抽出し、前記解析結果を前記PHHCDに戻して前記ユーザに表示するためのデータ処理システムにネットワークを介して接続されるようになっている、
ことを特徴とする請求項31に記載のPHHM。 - 前記PHHCDは、前記ユーザ又は開業医などの他の人物が後で見直せるようにデータのコピーを保持するためのデータ処理システムにネットワークを介して接続するようになっている、
ことを特徴とする請求項31又は請求項32に記載のPHHM。 - 前記データ処理システムは、前記PHHMからの前記データに対するサードパーティアプリケーションによるアクセスを、規制要件を満たすアプリケーション及び/又は前記データ処理システムによりライセンスが許可されているアプリケーションにのみ許可するように制御するようになっている、
ことを特徴とする請求項33に記載のPHHCD。 - PHHCDに一体化されて、請求項1から請求項34のいずれか1項に記載のPHHMを作製するようになっている、
ことを特徴とする信号取得装置。
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