JP2015077395A - 生理測定のための検出システムと方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生理測定のための検出システムと方法を提供する。【解決手段】生理測定のための検出システムは、伝送端２１０、受信端２２０、及び複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールを包含する。伝送端は、オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を具えた測定信号発生モジュール２１４、及び少なくとも一つの発射アンテナを具えた伝送アンテナモジュールを包含する。受信端は複数の受信アンテナを具え、各受信アンテナはターゲットオブジェクトが発射した反射信号を受信する。信号分析モジュールは、受信アンテナからの反射信号を分析し、複数のオブジェクト活動状態信号を発生し、複数のオブジェクト活動状態信号をデジタル信号処理装置に伝送する。オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路は、パルス幅変調信号に基づいて測定信号を発生し、発射アンテナは、測定信号をターゲットオブジェクトへと発射する。【選択図】図３

Description

本発明は、一種の生理測定(physiology measurement)のための検出システムと方法に関する。

現在、カフ(cuff)を具えた血圧測定装置、聴診(anscultation)、及び電子共鳴（electron resonance)は、動脈(artery)の収縮期血圧(systolic blood pressure)と拡張期血圧(diastolic blood pressure)を測定するのに広く応用されている。これにより、カフが充気(inflated)と放気(deflated）されることで、間接的に非連続性の血圧が測定される。しかし、連続性の血圧を測定する時には、カフを正確に設置し、並びに重複して充気と放気を行なわねばならず、これは使用者に極めて大きな不便をもたらす。これにより、カフを有する血圧測定装置の実行性と実用性は明らかに下がる。

検出器システムはターゲットの生理測定、モニタリング、或いは、たとえば、腕動脈(wrist artery)、胸動脈（chest artery)、肺活動（lung activity)等の活動測定のために設計され得る。

本発明は、一種の生理測定のための検出システムと方法を提供することを目的とする。

本発明はある実施例において、生理測定のための検出システムを提示する。この生理測定のための検出システムは、伝送端（transmission end)、受信端（receiving end)、及び複数のセンサー(sensor)内に包含される複数の信号分析モジュール(signal analyzingmodule)を包含する。この伝送端は、一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路（overshoot and undershoot wave generating circuit)を具えた一つの測定信号発生モジュール(measuring signal generating module)、及び、少なくとも一つの発射アンテナを具えた一つの伝送アンテナモジュール(transmitting antenna module) を包含する。各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation,PWM)信号に基づいて、一つの測定信号(measuring signal)を発生し、各一つの発射アンテナは、この測定信号を、ターゲットオブジェクト（target object)へと発射し、この測定信号は同時にパルス波(pulse wave)及びこのパルス波上のオーバーシュート及びアンダーシュート波の特性を有している。この受信端は、複数の受信アンテナ(receiving antenna)を具え、そのうち各受信アンテナは、このターゲットオブジェクトが発射した反射信号(reflected signal)を受信する。この複数の信号分析モジュールは、この各一つの受信アンテナからの該反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号(object active state signal)を発生し、並びに同時に或いは非同時にこの複数のオブジェクト活動状態信号をデジタル信号処理(Digital Signal Processing,DSP)装置に伝送する。

本発明のもう一つの実施例は、生理測定のための検出方法を提示する。この生理測定のための検出方法は、伝送端にあって、複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路の各オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を利用し、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づき測定信号を発生し、並びに少なくとも一つの発射アンテナの各発射アンテナを利用してこの測定信号を一つのターゲットオブジェクトに発射し、そのうち、この測定信号はパルス波とこのパルス波上のオーバーシュート波及びアンダーシュート波の特性を同時に有し、受信端にあって、複数の受信アンテナの各受信アンテナを利用して、このターゲットオブジェクトにより反射された反射信号を受け取り、及び、複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールを利用し、この各受信アンテナからの該反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号を発生し、並びに同時或いは非同時に、この複数のオブジェクト活動状態信号を一つのデジタル信号処理（ＤＳＰ）装置に伝送し、以上を包含する。

ここに記載の実施例は、少なくとも以下のような特徴を有している。
（１）この生理測定のための検出技術、たとえば、血圧測定は、ＰＷＭ、オーバーシュート及びアンダーシュートパルス、及び一つの非対称式櫛形アンテナモジュール或いはその各種の変化を使用することで実現され得る。
（２）その出力、たとえば、複数のセンサーからの複数のオブジェクト活動状態信号は同時に或いは非同時にデジタル信号処理装置に伝送されて、後続の処理及び又は分析に用いられる。
（３）該測定信号発生モジュールと該伝送アンテナモジュールは、ｎ組に拡張可能で、各一組は、オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路と発射アンテナを具え、それぞれｎ個のセンサーの各一つのセンサーに提供する。
（４）一つ或いは複数の圧力の各一つの圧力は、該圧力とパルス波速度の間の線形関係を表現することにより算出され得る。

本発明の実施例に基づき、ＰＷＭ信号 ＰＳを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、オーバーシュート及びアンダーシュートパルスを有する測定信号を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、反射信号ＲＦＳを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、マルチシステムを集積した一つの検出構造の応用を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、生理測定のための検出システムを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、生理測定のための検出システムのシステム構造を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、測定信号発生モジュールと伝送アンテナモジュールが拡張されて二つの集合とされるのを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、一つの検出システム中の発射アンテナが二つの受信アンテナを共有する応用状況を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、一つの生理測定ための検出システムの実体レイアウトを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、発射アンテナと受信アンテナの第１種の非対称式櫛形アンテナモジュールを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、発射アンテナと受信アンテナの第２種の非対称式櫛形アンテナモジュールを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、発射アンテナと受信アンテナの第３種の非対称式櫛形アンテナモジュールを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、発射アンテナと受信アンテナの第４種の非対称式櫛形アンテナモジュールを説明する図である。 本発明の実施例に基づき、非対称式櫛形アンテナモジュールの多種の変形を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、検出システムの実体回路と血管の間の応用関係を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、図１０中のデジタルサンプリング後に、センサー１及びセンサー２に受け取られる信号を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、図１１の点線ブロック中で、累計されて得られる波形を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、デジタル処理期間にあって、センサー１及びセンサー２により受け取られた波形を累計と分析することで獲得される情報を説明する図である。 本発明の実施例に基づき、生理測定のための検出方法を説明する図である。

以下に本発明を、ここに記載の実施例により、図面を参照して詳細に説明し、本技術領域における通常の知識を有する者が簡単に理解できるようにする。ここに述べられる発明の創意は多種の変化の実現方式を採用でき、このような実施例に限定されるわけではない。ここでは本技術領域における通常の知識を有する者であれば熟知する部分（ｗｅｌｌ−ｋｎｏｗｎ ｐａｒｔ）の記述は省略し、並びに同じ参考符号はここでは同じエレメントを代表する。

ここに記載の実施例は、一種の生理測定に係る検出技術を提供し、それはパルス幅変調(Pulse Width Modulation,PWM)技術を応用して、オーバーシュート(overshoot)及びアンダーシュート(undershoot)パルスを有する１系列の測定信号を発生し、及び、非対称式(asymmentric)アンテナモジュールを応用して測定信号をターゲットオブジェクト(target object)へと発射し、並びに生理測定されるターゲットオブジェクトが反射する複数の反射信号を受け取る。そのうち、ＰＷＭ信号は、このＰＷＭ技術により発生する変調信号を有するパルスに限定されず、固定周期を有するパルス或いは方形波（square wave)の方式を利用して実現され得る。

このＰＷＭの特性は、ある時間単位内に、伝送パワー(transmission power)変調することにある。ＰＷＭ信号は、パルスオーバーシュート及びアンダーシュートを有する一系列の測定信号を発生するのに応用可能である。たとえば、ＮＡＮＤゲート或いはＡＮＤゲート集積回路を応用することで振動発生器(gitter generator)を実現し、ＰＷＭ信号はパルス振動を有する一系列の測定信号に変換され得る。非対称式アンテナモジュールは、一つ或いは複数の発射アンテナ及び複数の受信アンテナを包含し得る。この一つ或いは複数の発射アンテナは、測定信号をターゲットオブジェクトへと発射できる。このターゲットオブジェクトは、以下に限定されるわけではないが、人体或いは測定信号を反射できる各種オブジェクトとされる。この複数の反射信号は、該ターゲットオブジェクトにより反射された測定信号である。

図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃは、ここに記載の実施例に基づき、それぞれＰＷＭ信号ＰＳ、オーバーシュート及びアンダーシュートパルスを具えた測定信号、及び、反射信号ＲＦＳを説明する。図１Ａを参照されたい。ＰＷＭ信号 ＰＳの数値が高値から低値に切り換えられるか、或いは低値から高値に切り換えられる時、ＰＷＭ技術自身の特性により、ＰＷＭ信号 ＰＳは極めて急速に安定し得る。図１Ｂを参照されたい。一つの測定信号ＳＳの値が高値から低値に切り換えられるか、或いは低値から高値に切り換えられる時、この測定信号ＳＳは、まず短い衝撃期（ｓｈｏｃｋｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ）を経る。この衝撃期内において、この測定信号ＳＳの数値は上下に振動し、衝撃波（shock wave)に類似の波形を形成する。この衝撃期の後、測定信号ＳＳは安定する傾向にある。図１Ｃを参照されたい。反射信号ＲＦＳはオーバーシュート及びアンダーシュートパルスを有する測定信号ＳＳがターゲットオブジェクトに衝突して反射されたもので、反射されてきた反射信号ＲＦＳにも、類似の衝撃期が存在する。この衝撃期を経過した後、この反射信号ＲＦＳは安定する傾向にある。この方式により、本発明はオーバーシュート及びアンダーシュートパルスを具えた反射信号を分析することで、より正確にこのターゲットオブジェクトの活動状態を検出及び判断する。

この検出技術のある実施例構造は、一つのマルチシステム集成を応用することで実現され、図２に示されるとおりである。そのうち、このマルチシステム集成２００は、一つの伝送端２１０、受信端２２０、及び複数の信号分析モジュールを集成し、この複数の信号分析モジュールは、それぞれ複数のセンサー（たとえば、センサー１〜センサーｎ）を包含する。測定信号発生モジュール２１４が発生する一つ或いは複数の測定信号（たとえばＳＳ１〜ＳＳｎ）は、伝送端２１０よりターゲットオブジェクト（図示されず）へと発射され、並びに受信端２２０にて該ターゲットオブジェクトにより反射された一つ或いは複数の測定信号（すなわち、反射信号ＲＦＳ１〜ＲＦＳｎ）が、この複数のセンサー中の該複数の信号分析モジュールにより分析される。その後、該複数の信号分析モジュールが出力する複数のオブジェクト活動状態信号２３１〜２３ｎが、同時に或いは非同時に、デジタル信号処理(Digital Signal Processing,DSP)装置に伝送されて、後続処理に用いられる。

この例の構造を利用し、図３は、ここに記載の実施例に基づき、生理測定のための検出システムを説明する。この生理測定のための検出システムは、この伝送端２１０、この受信端２２０、及び複数のセンサー（たとえば、センサー１〜センサーｎ）に包含される複数の信号分析モジュールを包含する。そのうち、該伝送端２１０はさらに、伝送アンテナモジュール３２２、及び、一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を具えた一つの測定信号発生モジュール２１４を包含する。この測定信号発生モジュール２１４は、オーバーシュート及びアンダーシュートパルスを具えた一つ或いは複数の測定信号を発生することができ、そのうち、各一つの測定信号ＳＳは、入力されたＰＷＭ信号 ＰＳに基づき発生する。言い換えると、この測定信号ＳＳは同時にパルス波及びこのパルス波上のオーバーシュート及びアンダーシュート波の特性を有している。測定信号発生モジュール２１４が包含する各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路は、測定信号ＳＳを発生することができる。伝送アンテナモジュール３２２は、少なくとも一つの反射アンテナＴＸを包含する。各一つの発射アンテナは、測定信号ＳＳを一つのターゲットオブジェクトへと発射できる。受信端２２０は複数の受信アンテナを具えた一つの受信アンテナモジュール３２４を包含する。この複数の受信アンテナの各一つの受信アンテナは、ＲＦＳ信号（該ターゲットオブジェクトに反射された測定信号）を受け取り、関係するセンサー中に包含される信号分析モジュールにより分析する。分析の後、各一つの信号分析モジュールより出力される各一つのオブジェクト活動状態信号ＢＳを受け取り、その後に、この複数の信号分析モジュールは複数のオブジェクト活動状態信号を出力し、並びに同時に或いは非同時にこの複数のオブジェクト活動状態信号をデジタル信号処理（ＤＳＰ）装置に伝送し、後続処理に供する。

伝送アンテナモジュール３２２が輻射の形式で、続けて測定信号ＳＳを発射する時、一旦測定信号ＳＳが該ターゲットオブジェクトにぶつかると、該反射信号ＲＦＳは続けて反射され、その後、受信アンテナモジュール３２４が続けて反射信号ＲＦＳを受け取る。該ターゲットオブジェクトの活動状態或いは移動状態に変化が発生する時、この測定信号ＳＳが該ターゲットオブジェクトにぶつかる角度及び位置（ｈｉｔｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）にも変化が発生し、これにより、受信アンテナモジュール３２４が受け取る反射信号ＲＦＳの周波数、波形或いは受信時間もそれに伴い変化する。言い換えると、本実施例に基づき、これら反射信号ＲＦＳを分析することにより、有効に該ターゲットオブジェクトのリアルタイム活動状態情報が得られる。

ある応用例中、伝送アンテナモジュールは、一つの発射アンテナにより実現可能である。この応用状況下で、複数の受信アンテナが受信する複数の反射信号は、該発射アンテナより該ターゲットオブジェクトに発射される複数の測定信号が、該ターゲットオブジェクトにより反射されることで得られる。もう一つの応用例において、この伝送アンテナモジュールはまた、複数の発射アンテナにより実現され得て、並びに該複数の受信アンテナが受信する複数の反射信号は、該複数の発射アンテナが発射する複数の測定信号が、該ターゲットオブジェクトに至り、さらに該ターゲットオブジェクトが該複数の測定信号を反射することにより得られる。

ある応用例において、測定信号発生モジュール２１４は、複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路により実現可能である。各オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路は、それぞれ複数のセンサー中の、一つの関係する(associated)センサーの信号分析モジュールに接続され、該関係するセンサーに使用される測定信号を発生する。別の応用例中では、この測定信号発生モジュールは、複数の信号分析モジュール中のそのうち一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路に接続されて実現し、複数の測定信号を発生し、この複数の信号分析モジュールは、一系列の入力されたＰＷＭ信号に基づいて、この複数の測定信号を発生し、その後、該伝送アンテナモジュールがこの複数の測定信号を該ターゲットオブジェクトに発射する。

二つのセンサー（センサー１とセンサー２と称する）を以て例とする。図４はここに記載の実施例に基づき、生理測定のための検出システムのシステム構造を説明する図である。図４に示されるように、伝送端２１０はさらに、測定信号発生モジュール２１４に接続されたＰＷＭ回路モジュール４１２を包含し、クロック信号(clock signal)ＴＳに基づいて、ＰＷＭ信号 ＰＳを発生し、これによりＰＷＭ信号 ＰＳを該測定信号発生モジュール２１４に提供する。受信端２２０中、各一つのセンサーは、受信アンテナ（センサー１とセンサー２に対してそれぞれＲＸ１とＲＸ２と称される）より反射信号ＲＦＳを受け取り、並びに遅延回路(delay circuit)１１６及び信号分析モジュールを包含する。この信号分析モジュールはさらに、混波回路（mixer circuit)１３２、信号増幅回路（signal amplifying circuit)１３４、バンドパスフィルタ回路(band pass filtering circuit)１３６、及びサンプリング回路(sampling circuit)１３８を包含する。遅延回路１１６は測定信号発生モジュール２１４に接続されて、測定信号ＳＳに基づいて参考信号(reference signal)ＲＳを発生する。混波回路１３２は受信アンテナモジュール３２４及び遅延回路１１６に接続されて、反射信号ＲＦＳと参考信号ＲＳを混合して、一つの混波信号（mixing signal)ＭＳとなす。信号増幅回路１３４は混波回路１３２に接続されて、混波信号ＭＳを増幅して、増幅混波信号(Amplified mixing signal)ＡＭＳとなす。バンドパスフィルタ回路１３６は信号増幅回路１３４に接続され、増幅混波信号ＡＭＳに対してろ波操作（filtering operation)を実行して、ろ波済み信号(filtered signal)ＦＳを発生する。サンプリング回路１３８はバンドパスフィルタ回路１３６に接続され、ろ波済み信号ＦＳに対してサンプリング操作(sampling operation)を実行し、これにより、オブジェクト活動状態信号ＢＳを獲得する。信号増幅回路１３４、バンドパスフィルタ回路１３６、及びサンプリング回路１３８は実際或いは設計の必要に基づいて調整する。これらの回路は本発明の焦点ではなく、並びにここではその細部の説明は省略する。

ここに記載の実施例に基づき、測定信号発生モジュール２１４及び伝送アンテナモジュール３２２は、拡張されてｎ組とされ得て、そのうち、各一組は、オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路及び発射アンテナを包含し、並びにそれぞれセンサー１〜センサーｎを提供して使用される。二つのセンサーたとえば、センサー１とセンサー２を例とする。図５に示されるように、測定信号発生モジュール２１４は、第１オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５１４及び第２オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５２４を包含する。伝送アンテナモジュール３２２は、第１発射アンテナ５１２及び第２反射アンテナ５２２を包含する。第１オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５１４及び第１発射アンテナ５１２で構成される第１組は、センサー１に使用され、第２オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５２４及び第２発射アンテナ５２２で構成される第２組はセンサー２により使用される。言い換えると、この実施例によると、各一つのセンサーは各自のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路及び各自の発射アンテナを使用する。本実施例中、センサー１とセンサー２はＰＷＭ回路モジュール４１２を共用し、このＰＷＭ回路モジュール４１２は、入力されたＰＷＭ信号を、第１オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５１４と第２オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路５２４に提供する。

別の実施例によると、この複数のセンサーは伝送アンテナモジュール３２２中の発射アンテナを共用してもよい。図６はここに記載の実施例に基づき、検出システム中の一つの発射アンテナが二つの受信アンテナを共有する応用状況を示す。図６に示される例を参照されたい。ある検出システム中、受信端は第１受信アンテナＲＸ１及び第２受信アンテナＲＸ２を具え、発送端は発射アンテナ６２２を具えている。発射アンテナが輻射の形式で測定信号ＳＳを持続的に発射するとき、一旦測定信号ＳＳがターゲットオブジェクト（図示せず）の測定点(measuring point)に当たると、反射信号ＲＦＳは続けて反射され、その後、２本の受信アンテナ中の１本の受信アンテナが続けて反射信号ＲＦＳを受け取る。たとえば、第１測定信号ＳＳ１が発射アンテナ６２２より発射される時、測定信号ＳＳ１がターゲットオブジェクトの第１測定点６３１に当たると、第１反射信号ＲＦＳ１が反射され、その後、第１受信アンテナＲＸ１がこの第１反射信号ＲＦＳ１を受け取る。同様に、第２測定信号ＳＳ２が発射アンテナ６２２より発射される時、測定信号ＳＳ２がターゲットオブジェクトの第２測定点６３２に当たると、第２反射信号ＲＦＳ２が反射され、その後、第２受信アンテナＲＸ２がこの第２反射信号ＲＦＳ２を受け取る。この第１受信アンテナ及びこの第２受信アンテナは、それぞれ一つのアンテナにより実現される。

図７はここに記載の実施例に基づき、生理測定のための検出システムの実体レイアウトを説明する図である。図７に示されるように、検出システムは、回路エリア(circuit area)７１０、及び複数のアンテナエリア（antenna area)、たとえば、二つの受信アンテナエリア７０１及び７０２及び発射アンテナエリア７０３にレイアウトされる。この測定信号発生モジュール２１４とこの複数の信号分析モジュールは、回路エリア７１０中に配置され得て、この複数の受信アンテナは、発射アンテナエリアを囲む複数の受信アンテナエリア中に分布する。二つのセンサーを例とする。二つの受信アンテナは、それぞれ二つの受信アンテナエリア７０１と７０２に配置される。伝送アンテナモジュール３２２は、二つの受信アンテナエリア７０１と７０２の間に配置され、そのうち、Ｄは、二つの受信アンテナの間の距離である。言い換えると、生理測定のための検出システムはさらに、測定信号発生モジュール２１４及び複数の信号分析モジュールを含む回路エリアと、複数の受信アンテナ及び複数の受信アンテナに囲まれた伝送アンテナモジュール３２２を含む複数のアンテナエリアに配置され得る。

以下にアンテナ設計について説明する。伝送アンテナモジュールの発射アンテナ及び受信端の受信アンテナに対して、非対称式櫛形(comb-shaped)アンテナモジュールが、発射と受信アンテナとして用いられ得る。図８Ａ〜図８Ｄは、ここに記載の実施例に基づき、４種類の、発射アンテナ及び受信アンテナとして用いられる非対称式櫛形アンテナモジュールを説明する図である。各一つの例の非対称式櫛形アンテナモジュールは、受信端に二つの受信アンテナを有し、伝送アンテナモジュール中に１本の発射アンテナを有する。図９は、ここに記載の実施例に基づき、非対称式櫛形アンテナモジュールの多種の変形を説明する図である。ここに記載の実施例に基づき、図９中の非対称式櫛形アンテナモジュールの各種の変化のいずれのアンテナの組み合わせも、発射と受信アンテナとして用いられ得る。言い換えると、伝送アンテナモジュールの少なくとも一つの発射アンテナ及び受信端の複数の受信アンテナは、それぞれ櫛形構造を有し得る。

ここに実現される例に基づき、検出システムは、結果の圧力を測定するのに応用され、たとえば、以下に限定されるわけではないが、動脈の収縮期血圧と拡張期血圧を測定するのに用いられる。図１０は、ここに記載の実施例に基づき、検出システムの実体回路と血管の間の応用関係を説明する図である。図１０の実現例中、検出システムの実体回路は、二つのセンサーたとえばセンサー１とセンサー２、二つの受信アンテナたとえばＲＸ１とＲＸ２、及び少なくとも一つの発射アンテナたとえばＴＸを使用して、血管１０１０の圧力１と圧力２、たとえば動脈の収縮期血圧と拡張期血圧を測定する。検出システムの測定信号発生モジュールは、入力されたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいて、第１測定信号及び第２測定信号を発生する。少なくとも一つの発射アンテナＴＸは、それぞれ第１測定信号と第２測定信号を、血管１０１０に発射して、それぞれセンサー１とセンサー２に使用二つの受信アンテナＲＸ１とＲＸ２の各一つの受信アンテナは、それぞれ血管１０１０により反射された反射信号ＲＦＳを受信して、センサー１とセンサー２に使用及び分析させる。時間差ｔ２が時間差ｔ１（すなわち、第１散乱(scattered)パルス信号の受信時間−第１輻射(radiated)パルス信号の発射時間）より大きい時、パルスピーク（pulse peak)が発生し得て、そのうち、時間差ｔ１は時間差ｔ２の前時間差(previous time difference)であり、並びにピーク１は、センサー１のＲＸ１が受信するパルスピークに対応し、ピーク２はセンサー２のＲＸ２が受信するパルスピークに対応する。

図１１はここに記載の実施例に基づき、図１０のデジタルサンプリング後に、センサー１及びセンサー２に受信される信号を説明する図である。図１１を参照されたい。時間間隔(time lapse)△Ｔ（すなわち、センサー１とセンサー２に受信される第１パルスピークと第２パルスピークのパルス時間差(pulse time difference)）が存在し、それはパルスが伝送過程中に時間滞留(lagging)を経るためである。言い換えると、時間間隔△Ｔは、二つの異なったアンテナが二つの異なるパルスピークを受け取る二つの異なる発生時間により獲得され、図１１の状況に対しては、以下の公式により示されるとおりである。
△Ｔ＝第２パルスピークの発生時間−第１パルスピークの発生時間

以下に、血圧測定を例として収縮期血圧と拡張期血圧の計算を記載する。信号処理中、パルスの受信時間ｔ１とｔ２がパルス波速度(Pulse Wave Velocity,PWV)を計算するのに用いられる。たとえば、ＰＷＶは、二つの異なる受信アンテナの間の距離Ｄ、及び異なるセンサーが受信する二つの信号の時間差の関数として表示され得る。そのうち、一つの例によると、ＰＷＶ＝Ｄ／△Ｔ である。言い換えると、時間間隔△Ｔは、時間差として用いられる。デジタル信号処理（ＤＳＰ）中、図１１に示される点線ブロック中の波形は、累計して図１２に示される波形を獲得できる。波形伝送(waveform transmission)と反射理論(reflection theory)に基づき、手腕より得られる圧力検出波形(pressure sensing waveform)は二つの部分に分けられ、そのうち、この波形の第１部分は、主動脈の経路に沿って手腕に到達するパルス（すなわち、図１２中の高さａを有する波形）である。この波形の第２部分は、片手の微脈管(micro-vascular)に到達し、その後、手腕上へと反射されるパルス（すなわち、図１２中の高さｂを有する波形）である。

主波と反射波の間の時間間隔△ｔ（血管硬度指数(vascular stiffness index)ＳＩ＝△ｔ）、及び主波と反射波の高さ比（血管反射指数（vascular reflection index)ＲＩ＝ａ／ｂ）がこの動脈の硬化程度を計算するのに用いられ得て、また血圧を測定するのに用いられ得る。上述の方法に基づき、ある実施例によると、センサー１とセンサー２が受信した波形は、デジタル信号処理過程中で累計と分析され、その後、図１３に示されるような情報が獲得され得る。言い換えると、波形伝送と反射理論たとえばベルノウリ(Bernoulli)原理を応用し、血圧（ＢＰ）とパルス波速度（ＰＷＶ）の間の線形関係は以下のように表示可能である。
ＢＰ＝ａ×ＰＷＶ＋ｂ
そのうち、ａとｂは、センサーが検出するオリジナルパルス信号より算出する血管パラメータ(vascular parameter)であり、パルス波速度（ＰＷＶ）はターゲットオブジェクト（たとえば動脈）の第１測定点と第２測定点で測定される。

すでに測定された波及び血管パラメータに対して分析することにより、血管硬度指数（ＳＩ）、血管反射指数（ＲＩ）、及び心拍数（ＨＲ）の関数を算出でき、すなわち、
ＢＰ＝Ｆ（ＰＷＶ，ＳＩ，Ｉ，ＨＲ）。
ゆえに、上述の方法は、ここに記載の検出システム及び血流速度演算法を結合することにより、血圧、たとえば収縮期血圧と拡張期血圧を測定できる。並びに、動脈の収縮期血圧ＢＰ_Sys と拡張期血圧ＢＰ_Dia は、以下の公式を包含する演算法を使用することにより獲得され得る。
ＢＰ_Sys ＝ａ１×ＰＷＶ＋ｂ１
ＢＰ_Dia ＝ａ２×ＰＷＶ＋ｂ２
そのうち、パルス波速度（ＰＷＶ）は、公式ＰＷＶ＝Ｄ／△Ｔ を利用することで算出でき、ａ１とｂ１は、センサー１が検出したオリジナルパルス信号より算出する血管パラメータであり、ａ２とｂ２は、センサー２が検出したオリジナルパルス信号より算出する血管パラメータである。ゆえに、これにより、ＰＷＶより変換する血圧測定の正確度をアップでき、並びにクライアントの実行可能性と実用性に対して明らかに有効である。

もし、カフを具えた標準血圧計が獲得する血圧測定に対して、さらに回帰分析(regression analysis)と比較を行なうと、以下の血圧公式が得られる。
収縮期血圧ＳＢＰ＝０．０００２２３１８Ｘ²＋０．２１１０７Ｘ＋９０．３８１
拡張期血圧ＤＢＰ＝０．０００４４４５９Ｘ²＋０．２９２９５Ｘ＋３８．３３
並びに、間接的に非持続の血圧を測定する場合は、カフは充気と放気を行なわねばならない。持続する血圧を測定する時、カフは正確に設置されねばならず、並びに重複して充気と放気を行なう。ある実施例において、

そのうち、Ｃは定数である。

これにより、検出システムを応用して圧力、たとえば胸部の主動脈の血圧測定、頸部の頸動脈の血圧測定（また脳部の圧力測定にも適用）、周辺血管の血圧測定等を測定できる。検出システムは、信号処理装置をさらに包含し、この信号処理装置は、無線モジュール及びマイクロコントローラーを包含し、これにより圧力を計算する。このマイクロコントローラーは計算ユニットを具え、この計算ユニットは演算法、たとえば、上述の血流速度の演算法を具える。この信号処理装置は、この無線モジュールを使用し、無線プロトコル(wireless protocol)とが複数のセンサーを介して通信する。この無線プロトコルは、以下に限定されるわけではないが、ブルートゥースプロトコル(Bluetooth（登録商標） protocol)とされ得る。この計算ユニットは、演算法を使用して圧力、たとえば前述の血圧を計算する。この演算法は、上述の血圧（ＢＰ）とパルス波速度（ＰＷＶ）の間の関係式を包含し得る。

図１４はここに記載の実施例に基づき、生理測定の検出方法を説明する図である。図１４を参照されたい。この生理測定の検出方法は、以下を包含する。伝送端において、複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路の各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいて、測定信号を発生し（ステップ１４１０）、並びに、少なくとも一つの発射アンテナの各一つの発射アンテナを利用して、この測定信号を一つのターゲットオブジェクトに発射し、そのうち、この測定信号は、パルス波の特性を有し、オーバーシュート波及びアンダーシュート波はこのパルス波に位置する（ステップ１４１２）。受信端において、複数の受信アンテナの各一つの受信アンテナがこのターゲットオブジェクトにより反射された反射信号を受け取る（ステップ１４２０）。及び、複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールが、この各一つの受信アンテナからのが反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号を発生し（ステップ１４３０）、並びに同時に或いは非同時にこの複数のオブジェクト活動状態信号を一つの信号処理（ＤＳＰ）装置に伝送する（ステップ１４３２）。

前述されたように、測定信号は、クロック信号に基づいて発生するパルス幅変調信号に基づいて発生し、並びに、デジタル信号処理装置によりがパルス幅変調信号が変調されて、オーバーシュート及びアンダーシュートパルスを具えた測定信号となる。図８Ａ〜図８Ｄ及び図９に示される例によると、非対称式櫛形アンテナモジュール、或いは非対称式櫛形アンテナモジュールに関する各種の変化が、発送端の少なくとも一つの発射アンテナ及び受信端の複数の受信アンテナに用いられ得る。この部分の細かい説明は省略する。

この検出方法は、ターゲットオブジェクトの圧力を測定するのに用いられ得て、たとえば、以下に限定されるわけではないが、動脈の収縮期血圧ＢＰ_Sys と拡張期血圧ＢＰ_Diaを測定するのに応用され得て、これは図１０に示されるとおりである。デジタル信号処理において、ターゲットオブジェクトの圧力測定の計算は、以下を包含する。すなわち、第１パルスピークと第２パルスピークのパルス時間差を計算し、そのうち、この第１パルスピークと第２パルスピークは複数のアンテナの２本の異なるアンテナにより受信される。このパルス時間差及びが第１パルスピークと第２パルスピークの間の距離を使用することによりパルス波速度（ＰＷＶ）を計算する。及び、一つ或いは複数の圧力の各一つの圧力とがパルス波速度の間を線形関係で表現することにより、各一つの圧力を計算する。前述の例と記述のように、この圧力測定は、胸部の複数の主動脈の血圧測定、頸部の複数の頸動脈の血圧測定、脳部の圧力測定、及び周辺血管の血圧測定より、前述の測定の一種類或いは一種以上の組み合わせを選択可能である。この部分の詳細については説明を省略する。

ここに提示されるもう一つの実施例によると、生理測定のためのチップが提供され、このチップは、少なくとも一つの発射アンテナ、複数の受信アンテナ、及び集積回路(integrated circuit)を整合可能である。この集積回路は、さらに、一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路及び複数のセンサーを包含し得る。各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路及び各一つのセンサー中の各一つの回路は、上述の実施例中の関係する動作を実行するよう配置される。この生理測定のためのチップの実体レイアウトの一つの例は、一つの回路エリアと複数のアンテナエリアにレイアウトされ、図７に示される実体レイアウトの例に類似する。言い換えると、生理測定のための検出システムは、一つのチップにより実現され得て、並びにこのチップは少なくとも一つの発射アンテナ、複数の受信アンテナ、及び一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路と複数のセンサーを集積してなる一つの集積回路とされ得る。

以上は本発明の好ましい実施例の説明に過ぎず、並びに本発明を限定するものではなく、本発明に提示の精神より逸脱せずに完成されるその他の同等の効果の修飾或いは置換は、いずれも本発明の権利請求範囲内に属する。

ＰＳ パルス幅変調信号
ＳＳ 測定信号
ＲＦＳ 反射信号
２００ マルチシステム集成
ＳＳ１、ＳＳｎ、ＳＳｎ 測定信号
２１０ 伝送端
２１４ 測定信号発生モジュール
ＲＳＦ１〜ＲＳＦｎ 反射信号
２２０ 受信端
２３１、２３ｎ、２３ｎ オブジェクト活動状態信号
３２２ 伝送アンテナモジュール
３２４ 受信アンテナモジュール
１１６ 遅延回路
１３２ 混波回路
１３４ 信号増幅回路
１３６ バンドパスフィルタ回路
１３８ サンプリング回路
ＰＷＭ パルス幅変調
４１２ ＰＷＭ回路モジュール
ＡＭＳ 増幅混波信号
ＢＳ オブジェクト活動状態信号
ＲＸ１とＲＸ２ ２本の受信アンテナ
ＴＸ 発射アンテナ
ＤＳＰ デジタル信号処理
５１２ 第１発射アンテナ
５２２ 第２発射アンテナ
５１４ 第１オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路
５２４ 第２オーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路
６２２ 発射アンテナ
６３１ 第１測定点
６３２ 第２測定点
７０１ 受信アンテナエリア
７０２ 受信アンテナエリア
７０３ 発射アンテナエリア
７１０ 回路エリア
１０１０ 血管
ｔ１、ｔ２ 時間差
△ｔ 主波と反射波の間の時間間隔
ａ 主波の高さ
ｂ 反射波の高さ
１４１０ 複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路の各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を利用し、パルス幅変調信号に基づいて測定信号を発生する
１４１２ 少なくとも一つの発射アンテナの各一つの発射アンテナを利用して、この測定信号を一つのターゲットオブジェクトに発射し、そのうち、この測定信号は、パルス波の特性を有し、オーバーシュート波及びアンダーシュート波はこのパルス波に位置する
１４２０ 複数の受信アンテナの各一つの受信アンテナを利用してこのターゲットオブジェクトに反射された反射信号を受け取る
１４３０ 複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールを利用し、この各一つの受信アンテナからの該反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号を発生する
１４３２ 同時に或いは非同時に、この複数のオブジェクト活動状態信号を一つの信号処理装置に伝送する

Claims (20)

1. 生理測定のための検出システムにおいて、
   伝送端であって、一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を具えた測定信号発生モジュール、及び、少なくとも一つの反射アンテナを具えた伝送アンテナモジュールを包含し、各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路はパルス幅変調信号に基づき測定信号を発生し、各一つの発射アンテナは測定信号をターゲットオブジェクトに発射し、該測定信号は同時にパルス波と該パルス波上のオーバーシュート及びアンダーシュート波の特性を有する、上記伝送端と、
   受信端であって、複数の受信アンテナを具え、そのうち各一つの受信アンテナは該ターゲットオブジェクトが反射した反射信号を受信する、上記受信端と、
   複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールであって、該複数の信号分析モジュールは、該各一つの受信アンテナからの該反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号を発生し、並びに同時に或いは非同時に該複数のオブジェクト活動状態信号を一つのデジタル信号処理装置に伝送する、上記複数の信号分析モジュールと、
   を包含することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
2. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該伝送アンテナモジュールは、一つの発射アンテナにより実現され、並びに該複数の受信アンテナが受信する複数の発射信号は、該発射アンテナが該ターゲットオブジェクトに向けて複数の測定信号を発射し、さらに該ターゲットオブジェクトが該複数の測定信号を反射することで得られることを特徴とする、生理測定のための検出システム。
3. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該伝送アンテナモジュールは、複数の発射アンテナにより実現され、並びに該複数の受信アンテナが受信する複数の発射信号は、該複数の発射アンテナが該ターゲットオブジェクトに向けて複数の測定信号を発射し、さらに該ターゲットオブジェクトが該複数の測定信号を反射することで得られることを特徴とする、生理測定のための検出システム。
4. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該測定信号発生モジュールは、複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路により実現され、そのうち各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路はそれぞれ該複数のセンサー中の一つの関係するセンサーの信号分析モジュールに接続されて、該関係するセンサーにより使用される該測定信号を発生することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
5. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該測定信号発生モジュールは、該複数の信号分析モジュールの一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路に接続されることにより実現され、一系列の入力のパルス幅変調信号に基づき複数の測定信号を発生し、その後、該伝送アンテナモジュールが該複数の測定信号を該ターゲットオブジェクトに発射することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
6. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該伝送端はさらに、該測定信号発生モジュールに接続されたパルス幅変調回路モジュールを包含し、クロック信号に基づいて該パルス幅変調信号を発生することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
7. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該検出システムはさらに、回路エリア、及び複数のアンテナエリアにレイアウトされ、そのうち、該回路エリアは、該測定信号発生モジュール及び該複数のセンサーを包含し、該複数のアンテナエリアは該複数の受信アンテナ及び該複数の受信アンテナに囲まれた該伝送アンテナモジュールを包含することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
8. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該伝送アンテナモジュールの該少なくとも一つの発射アンテナと該受信端の該複数の受信アンテナはそれぞれ櫛形構造を具えたことを特徴とする、生理測定のための検出システム。
9. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該複数のセンサーの各一つのセンサーは、さらに、遅延回路、及び該複数の信号分析モジュールのうちの一つの信号分析モジュールを包含し、並びに該遅延回路は該測定信号に基づいて参考信号を発生することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
10. 請求項９記載の生理測定のための検出システムにおいて、該各一つのセンサーの該信号分析モジュールはさらに、
    該遅延回路と該複数の受信アンテナのうちの一つの受信アンテナに接続された混波回路であって、該反射信号及び該参考信号を混合して一つの混波信号となす、上記混波回路と、
    該混波回路に接続されて、該混波信号を増幅して増幅混波信号となす、信号増幅回路と、
    該信号増幅回路に接続されて、該増幅混波信号に対してろ波操作を行ない、それによりろ波済み信号を発生する、バンドパスフィルタ回路と、
    該バンドパスフィルタ回路に接続されて、該ろ波済み信号に対してサンプリング操作を実行し、それによりオブジェクト活動状態信号を獲得する、サンプリング回路と、
    を包含することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
11. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該検出システムは一つのチップにより実現され、並びに、該チップは該少なくとも一つの発射アンテナ、該複数の受信アンテナ、及び一つの集積回路を集積したもので、そのうち、該集積回路は、該一つ或いは複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路及び該複数のセンサーを包含することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
12. 請求項１記載の生理測定のための検出システムにおいて、該検出システムはさらに、一つの信号処理装置を包含し、該信号処理装置は、
    該複数のセンサーと通信を行なう無線モジュールと、
    計算ユニットを使用して該ターゲットオブジェクトの一つ或いは複数の圧力を計算するマイクロコントローラーと、
    を包含することを特徴とする、生理測定のための検出システム。
13. 請求項１２記載の生理測定のための検出システムにおいて、該計算ユニットは演算法を用いて一つ或いは複数の血圧を計算し、並びに該演算法は、該一つ或いは複数の圧力と一つのパルス波速度の間の関係式を包含し、並びに該パルス波速度は、該ターゲットオブジェクトの二つの測定点の一つで測定されることを特徴とする、生理測定のための検出システム。
14. 請求項１３記載の生理測定のための検出システムにおいて、該パルス幅速度は、該複数の受信アンテナの二つの異なる受信アンテナの間の距離、及び、該複数のセンサーの二つの異なるセンサーが受信する二つの信号の時間差の関数として表示されることを特徴とする、生理測定のための検出システム。
15. 請求項１４記載の生理測定のための検出システムにおいて、該時間差は該二つの異なるアンテナが受信する二つの異なるパルスピークが発生する時間により獲得される時間間隔であることを特徴とする、生理測定のための検出システム。
16. 生理測定のための検出方法において、
    伝送端にて、複数のオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路の各一つのオーバーシュート及びアンダーシュート波発生回路を利用し、パルス幅変調信号に基づいて、測定信号を発生し、並びに少なくとも一つの発射アンテナの各一つの発射アンテナを利用して、該測定信号を一つのターゲットオブジェクトに発射し、そのうち、該測定信号は同時にパルス波と該パルス波上のオーバーシュート及びアンダーシュート波の特性を有し、 受信端にて、複数の受信アンテナの各一つの受信アンテナを利用して、該ターゲットオブジェクトにより反射された反射信号を受信し、
    複数のセンサー内に包含される複数の信号分析モジュールを利用し、該各一つの受信アンテナからの該反射信号を分析することにより、複数のオブジェクト活動状態信号を発生し、
    同時に或いは非同時に該複数のオブジェクト活動状態信号を一つのデジタル信号処理装置に伝送し、
    以上を包含することを特徴とする、生理測定のための検出方法。
17. 請求項１６記載の生理測定のための検出方法において、そのうち該測定信号は、クロック信号に基づいて、該パルス幅変調信号を発生した後に、デジタル信号処理方式で該パルス幅変調信号を変調することにより、オーバーシュート及びアンダーシュートパルスを具えた該測定信号となすことを特徴とする、生理測定のための検出方法。
18. 請求項１６記載の生理測定のための検出方法において、そのうち一つの非対称式櫛形アンテナモジュール或いは該非対称式櫛形アンテナモジュールに関する変形が、伝送アンテナモジュールの少なくとも一つの発射アンテナ及び該受信端の該複数の受信アンテナに用いられることを特徴とする、生理測定のための検出方法。
19. 請求項１６記載の生理測定のための検出方法において、該検出方法はさらに、該ターゲットオブジェクトの圧力測定の計算を実行し、そのうち、該圧力測定の計算はさらに、
    第１パルスピークと第２パルスピークのパルス時間差を計算し、そのうち、該第１パルスピークと該第２パルスピークは複数のアンテナの２本の異なるアンテナにより受信され、
    該パルス時間差及び該第１パルスピークと該第２パルスピークの間の距離を使用し、パルス波速度を計算し、及び、
    一つ或いは複数の圧力の各一つの圧力と該パルス波速度の間の線形関係を表現することにより、該各一つの圧力を計算し、
    以上を包含することを特徴とする、生理測定のための検出方法。
20. 請求項１６記載の生理測定のための検出方法において、該圧力測定は、胸部の複数の主動脈の血圧測定、頸部の複数の頸動脈の血圧測定、脳部の圧力測定、及び周辺血管の血圧測定より、これらの測定の一種類或いは一種以上の組み合わせを選択することを特徴とする、生理測定のための検出方法。

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