JP2015521064A - 生理パラメータを特定するシステム、方法および装置 - Google Patents
生理パラメータを特定するシステム、方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
電子装置の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子機器の制御方法、システム、および関連装置を提供するものであり、外部センサを駆動する音声インターフェースの第1の接触子に第1のハーモニックドライブ信号を、第2の接触子に第2のハーモニックドライブ信号を供給し、前記音声インターフェースの第3の接触子で応答信号を受信し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号の少なくとも一方を調整し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号および応答信号の特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定し、特定された1またはそれ以上の生理パラメータを出力する。【選択図】図1
Description
本開示は、一般に患者の生理パラメータを特定することに関する。より具体的には、本開示は、電子デバイスの音声インターフェースに連結されたセンサで生理パラメータを特定するシステム、方法および関連する装置に関する。
従来の体温計、血圧測定装置、肺活量計、ECG、EEG、および生理パラメータを測定する他の装置は、通常スタンドアロンのユニットである。スタンドアロン型の生理パラメータを測定する電子装置は通常、電源、マイクロコントローラ、ローカルストレージ、およびカスタムディスプレイ機構と、検査を行うのに必要な基本回路とを具える。これは比較的に複雑なシステムとなり、製造が高価で、潜在的な故障の多くの点がある。これらはしたがって機能に制限があり、アップグレードが困難で、および/または、比較的高価である。
このため、生理パラメータを特定する改良したシステムおよび方法の提供が望まれていた。
いくつかの態様は、電子装置の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子装置の制御方法、システム、および関連装置を提供するものであり、外部センサを駆動する音声インターフェースの第1の接触子に第1のハーモニックドライブ信号を、第2の接触子に第2のハーモニックドライブ信号を適用し、前記音声インターフェースの第3の接触子で応答信号を受信し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号の少なくとも一方を調整し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号および応答信号の特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定し、特定された1またはそれ以上の生理パラメータを出力する。
一態様では、前記外部センサを駆動する音声インターフェースの前記第1の接触子に第1のハーモニックドライブ信号を、前記第2の接触子に第2のハーモニックドライブ信号を適用し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号の少なくとも一方を調整するドライブ信号生成器と、前記音声インターフェースの第3の接触子で応答信号を受信する応答信号検出部と、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号と応答信号との特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定する生理パラメータ抽出部と、特定された1またはそれ以上の生理パラメータを出力する出力部とを具える。
他の態様では、電子装置の音声インターフェースに接続するための温度計が提供され、この温度計は、前記電子装置から第1および第2のハーモニックドライブ信号を受信する第1および第2の接触子と前記電子装置に応答信号を返信する第3の接触子とを有するジャックプラグ、および、前記第1および第3の接触子の間に接続されたサーミスタと、前記第2および第3の接触子の間に接続された基準抵抗とから実質的になる温度センサを具える。
他の態様では、電子装置の音声インターフェースに接続するアダプタが提供され、このアダプタは、前記電子装置から第1および第2のハーモニックドライブ信号を受信する第1および第2の接触子と前記電子装置に応答信号を返信する第3の接触子とを有するジャックプラグと、圧力検知領域を有する圧力センサとを具え、当該圧力センサは、第1および第3の接触子の間で、前記第1および第2の接触子にまたがるブリッジとして接続されて前記第3の接触子に応答信号を提供し、前記第1および第3の接触子の間に接続された基準抵抗を具える。
本開示の他の態様および特徴は、当業者によって添付の図面とともに特定の実施例に関する以下の説明を読むことにより明らかになろう。
本発明の実施例を、あくまでも例示として、添付の図面を参照しながら説明する。
図1は、一実施例にかかる電子装置の音声インターフェースを通して外部センサを制御する方法を説明するフローチャートである。
図1Aは、別の実施例にかかる電子装置の音声インターフェースを通して外部センサを制御する方法を説明するフローチャートである。
図1Bは、一実施例にかかる例示的な温度計を制御するために接続された電子装置の概略図である。
図1Cは、一実施例にかかる例示的な脈拍計を制御するために接続された電子装置の概略図である。
図1Dは、一実施例にかかる例示的な肺活量計を制御するために接続された電子装置の概略図である。
図1Eは、一実施例にかかる例示的な会陰圧測定器を制御するために接続された電子装置の概略図である。
図2は、一実施例にかかる電子装置の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子装置を制御する例示的なシステムの概略図である。
図2Aは、別の実施例にかかる電子装置の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子装置の例示的な制御システムの概略図である。
図3は、一実施理恵にかかる例示的な温度センサ回路の概略図である。
図3Aは、一実施例にかかる温度センサを動作させるレジ的な制御システムの概略図である。
図3Bは、一実施例にかかる温度センサを動作させる例示的な制御システムの概略図である。
図3Cは、図3Bの制御システムの例示的なドライブ信号の概略図である。
図3Dは、図3Bの制御システムの例示的な応答信号の概略図である。
図4は、一実施例にかかる血圧計または肺活量計の例示的な圧力センサ回路の概略図である。
図4Aは、一実施例にかかる血圧計センサを動作させる例示的な制御システムの概略図である。
図4Bは、一実施例にかかる音声インターフェースを通して駆動される血圧計センサからの例示的な血圧出力を示すグラフである。
図4Cは、一実施例にかかる肺活量計を動作させる例示的な制御システムの概略図である。
図5は、一実施例にかかる例示的な血圧測定音声インターフェースアダプタを示す図である。
図6は、一実施例にかかる肺活量測定音声インターフェースアダプタを示す図である。
図7は、一実施例にかかる例示的な心電図(ECG)センサ回路の概略図である。
一般に、本開示は、電子装置の音声インターフェースを通じて外部センサを制御する方法およびシステムを提供する。複数の実施例がスマートフォン等のハンドヘルド装置に関して本書で説明されているが、本システムおよび方法は音声インターフェースと適切な信号生成・処理機能を有する様々な種類の電子装置に実装することができ、限定しないが、スマートフォン、フィーチャーフォン、パーソナルデジタルアシスタント、タブレットコンピュータ、ネットブックコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ポータブルゲームシステム、プロセッサ付のポータブルミュージックプレイヤー、デスクトップコンピュータ等が含まれると解されるべきである。
携帯電話などのポータブル機器で医療センサ測定を行うことは、測定値の記録や伝送、センサへの電力供給、データ保存、発展した分析用の強力なプロセッサ、アップグレードやアプリケーション構成の追加の簡便さとともに、良好なユーザインターフェースを得る目的で優れている。拡大するユーザの相互作用が携帯電話の多目的入出力機構を通して可能となり、たとえば患者情報の入力支援、最適なセンサ配置を確実にすべく患者に案内したり、豊富なフィードバックと結果が実現し、これには治療オプション、履歴データの推移や他の関連する環境などのグラフ化が含まれる。
携帯電話や他の電子装置に直接センサを接続することにより、携帯電話自身が多くの機能を内包しているため、本書に開示する実施例では典型的なスタンドアロン型装置においてバイタルサインや他の生理パラーメータに必要な多くの部品(例えば別の電源、マイクロコントローラ、カスタムディスプレイ等)を省略することができる。これらの実施例は、センサの設計の複雑性を緩和し、センサ製造のコストを低減する。ソフトウェアの更新が比較的容易であるため、センサを制御するアプリケーションは漸次的に改良して更新することができる。本書開示の実施例は、最新の電子装置の音声インターフェースの高度な万能性を利用するよう構成されている。特定の実施例はまた、音声ジャックやジャックプラグの比較的高度な標準化を活用する。さらに、多くの電子機器の消費者グレードの音声コーデックは、16ビット(15ppm)またはそれ以上のレゾリューションを得るために精密な信号コンバータを用いる。これは、典型的に10ビット(1000ppm)のレゾリューションを有する多くのカスタムマイクロコントローラの実装でみられるコンバータを遙かにしのぐものである。このハードウェアレベルの進歩は信号品質を約100倍であり、センサの読みの正確さを飛躍的に向上させるのに活用できる。さらに、標準的な音声入出力信号レベルとインピーダンス範囲は、幅広いセンサ種類に直接互換性がある。とりわけ特定の実施例は、後述するように圧力や温度測定の場合には、測定に受動素子のブリッジ回路を具えるセンサを用いる。
しかしながら、音声インターフェースと通常のセンサインターフェースには重要な違いがあり、音声信号チャネルは厳密にAC信号で動作するよう設計されているのに対し、従来のセンサインターフェースはセンサ動作や検出ににDC信号に頼っている。音声信号ラインでも、音声チャネルの両端部で符号・復号されるACキャリア信号の増幅および/または周波数の変調によりDCセンサ信号を用いることは可能であるが、これはセンサと電話機の音声コネクタとの間に付加的な変換用電子部品が必要となり、電話機や他の電子機器を用いてカスタム電子部品を排除する目的を害するとともに、別個のセンサ電源が必要となる問題がある。
携帯電話のヘッドセットジャックのような音声インターフェースの標準的なマイク接続の出力は低電圧であり、よくヘッドセットにみられるエレクトレットマイクを駆動するのに用いられる。この「マイクバイアス」は単一のトランジスタまたは単一の超低電力デバイスを駆動するには十分であるが、典型的なフルセンサインターフェースや信号変換回路に電力供給するには足りない。
特定の実施例は、本質的にACであるセンサ制御方法およびシステムを搭載することにより最新の電子デバイスの利点や機能を全体的に利用するものであり、追加の信号変換または調整を行うことなく、またマイクバイアスの他の電源を要することなく、センサの入出力を音声チャネルに直接接続することができる。これにはセンサの動作、信号検出および処理に新規なアプローチが必要となる。
図1は、一実施例にかかる音声インターフェースを通して外部センサを制御する例示的な方法100を示す。以下に詳述するように、方法100は多様なセンサを駆動する電子機器で実行することができ、これには限定しないが体温計、血圧計、会陰圧測定器、ECGやEEGモニタ、および肺活量計が含まれる。いくつかの実施例では、センサ回路が音声インターフェースの接触子にまたがるACブリッジとして接続され、ドライブ信号はブリッジのアームに供給され、ブリッジの中心点から検出される応答信号が最小となるよう調整される。
方法100は、ブロック102で音声インターフェースの一対の接触子にハーモニックドライブ信号を供給する。ブロック104で、音声インターフェースの他の接触子で受信された応答信号が測定される。ブロック105で、方法100は応答信号が所定のゼロの閾値の範囲内かを判定する。違う場合、方法100はブロック106で応答信号が低くなるようにドライブ信号の一方または双方を調整する。当業者であれば、ブロック104−106が応答信号を最小限とするためのフィードバックループを構成し、ほぼ同時に実行され、様々な方法で実装できることを理解するであろう。
応答信号が最小限となったら、方法100はブロック108に進み、応答信号を最小限とするのに適用されたドライブ信号の特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータが特定される。いくつかの実施例では、生理パラメータは適用されたドライブ信号の増幅率に基づいて特定される。いくつかの実施例では、方法100はさらに応答信号の小さな変化を検出し、ブロック108で応答信号の変化に基づいて生理パラメータを特定する。ブロック109で、生理パラメータが患者および/または他のユーザへと出力される。例えば、生理パラメータの出力は、電子機器のディスプレイ上に生理パラメータを表示したり、電子機器の内蔵スピーカで音声信号を生成したり、触覚信号を生成したり、電子機器のメモリに生理パラメータを保存したり、生理パラメータを1以上の他のデバイスに電子機器が利用可能な適切な通信プロトコルを用いて送信したり、プログラムされたインターフェースを介して他のアプリケーションに生理パラメータを渡したり、あるいは他の形態で出力したりすることを含む。
図1Aは、別の実施例にかかる音声インターフェースを通して外部センサを制御する例示的な方法100Aを示す。方法100Aは、多様なセンサを駆動する電子機器で実行することができ、これには限定しないが体温計、血圧計、会陰圧測定器、EEGやECGモニタ、および肺活量計が含まれる。いくつかの実施例では、体温計の場合を図3Bに示すように、センサ回路が音声インターフェースの接触子にまたがるACブリッジとして接続され、ドライブ信号はブリッジのアームに供給され、所定の増幅プロファイルを適用することにより調整され、ブリッジの中心点から検出される応答信号が最小となった場合が特定される。
方法100Aは、ブロック102で、音声インターフェースの一対の接触子にハーモニックドライブ信号を供給する。ブロック103で、所定の増幅プロファイルに従って一方のドライブ信号の強度が調整され(例えば、後述する図3Cの例では直線傾斜、あるいは他の予想可能な変化する振幅で)、他方のドライブ信号の強度は一定に保たれる(例えば、後述する図3Cの例では最大強度の約1/2、あるいは他のほぼ一定の強度)。ブロック104で、音声インターフェースの他方の接触子で受信される応答信号が測定される。後に詳述するように、ブロック104で応答信号が局所極小を示す時間が検出され、この応答信号が局所極小となるタイミングから、局所極小を呈するドライブ信号の増幅率が特定される。ブロック107で、応答信号が局所極小となるタイミングに基づいて1以上の生理パラメータが特定される。ブロック109で、方法100に関して上述したおうに生理パラメータが患者および/または他のユーザへと出力される。
図1B−Eは、電子機器110が多様な外部センサを駆動するのに用いられる実施例を示す。図1B−Eの実施例は、温度測定、血圧測定、肺活量測定、および会陰圧測定への応用を示すが、他の実施例は他のアプリケーションに用いることができることを理解されたい。例えば、他の種類のセンサとしては、限定しないが、心電図(ECG)や脳波図(EEG)センサを他の実施例の電子機器の音声インターフェースに接続してもよい。
図1Bは、一実施例にかかる例示的な温度計120に接続された電子機器110を示す。温度計120は、コネクタ122、ケーブル124、およびプローブ126を具える。ケーブル124は、プローブ126を配置するのに有利に柔軟性を提供するが、別の実施例では必須ではない。例えば、いくつかの実施例では、プローブ126はコネクタ122に直接取り付けられたり、コネクタ122に組み込まれたり、他の手段でコネクタ122に連結されてもよい(例えば、コネクタ122に取り付けられた合成または可撓性部材に連結される)。プローブ126は、後述するように、機器110により制御され温度測定値を得るための温度検知回路素子を具える。
図1Cは、一実施例にかかる血圧計130に接続された電子機器110を示す。血圧計130は、コネクタ132、圧力チューブ134、膨張カフ136、および圧力源138を具える。圧力源138は図示する実施例では手動ポンプであるが、他の電動ポンプや他の圧力源であってもよい。チューブ134にはリークバルブ135が設けられている。代替的に、後述するように他の実施例ではリークバルブはコネクタ132や機器の別の場所に組み込まれてもよい。カフ136は患者の肢(例えば腕)に巻かれ、圧力源138がカフ136を膨らませるのに用いられ、カフ136内の圧力がチューブ134を通してコネクタ132内の圧力センサに伝えられる。コネクタ132内の圧力センサは機器110に制御され、カフ136内の圧力変化を測定し、これが多様な生理パラメータを抽出するのに分析され、それには後述するように血圧の収縮期、平均、および拡張期、呼吸レート、および心拍レートが含まれる。他の実施例では圧力センサは機器のどこでも配置することができる。例えば、圧力センサはカフ136に、またはその近くに配置して配線でコネクタ132に接続されてもよい。
図1Dは、一実施例にかかる例示的な肺活量計140に接続された電子機器110を示す。肺活量計140は、コネクタ142、一対の圧力チューブ144および146、および内部に部分的な閉塞部149を有する呼吸チューブ148を具える。チューブ144、146は、閉塞部149の両側からコネクタ142内の差圧センサに圧力を伝える。閉塞部149は、患者が図1Dの矢印で示す方向に呼吸チューブ148に息を吐くと、チューブ144内の圧力がチューブ146の圧力より大きくなる。コネクタ142内の差圧センサは機器110に制御され、閉塞部149にまたがる圧力変化を測定し、これが後述するように肺活量や気流測定を含む多様な生理パラメータを抽出するために分析される。
図1Eは、一実施例にかかる例示的な会陰圧測定器150に接続された電子機器110の例を示す。会陰圧測定器150は、コネクタ152、圧力チューブ154、および膣に挿入される膨張部材156とを具える。チューブ154は部材156からの圧力をコネクタ152内のセンサに伝える。会陰圧測定器150はまた、任意で圧力チューブ154への手動式空気バルブ158を接続する別の圧力チューブ157を具えてもよい。空気バルブ158は部材156を膨らますのに用いられ、圧力解放バルブ159を圧力チューブ157に設けて過膨張を防ぐようにしてもよい。コネクタ152内の圧力センサは機器110に制御され、部材156にかかる圧力変化を測定し、これが後述するように骨盤底筋の随意収縮を含む多様な生理パラメータを抽出すべく分析される。代替的に、膨張部材156の代わりに機械的収縮部材を設けてもよい。この機械的収縮部材は、コネクタ152や適切な配線を介して聞き110の音声インターフェースに接続された1またはそれ以上の圧電素子またはピエゾ抵抗素子といったひずみゲージ型圧力センサを具えてもよい。
図2は、一実施例にかかる例示的なシステム200を示す。システム200は電子機器110内に実装され、音声インターフェース115を制御して外部センサを動作させ、センサからの応答信号を処理する(ドライブ信号を変調するフィードバックとして用いる場合に従来は「エラー信号」と呼ばれ、通常フィードバック処理により最小限となるよう求められる)。図示する実施例では、音声インターフェース115はTRRS(チップ、リング、リング、スリーブ)音声インターフェースを具え、ここでチップと最初のリングはスピーカ接触子SPKを具え、二番目のリングは接地接触子GNDを具え、スリーブはマイク接触子MICを具えるが、異なる種類の音声インターフェースを用いてもよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施例は接触子の構成が異なるTRRS音声インターフェースを具える。いくつかの実施例は一対のTRS型インターフェースを用いてもよい(例えば、スピーカ出力インターフェースとマイク入力インターフェース)。いくつかの実施例は電気信号を送受信する複数の接触子を有する別の構成の音声インターフェースを用いてもよい。図示する実施例では、システム200はスピーカ接触子SPKにハーモニックドライブ信号を供給するドライブ信号生成部202と、マイク接触子MICで受信される応答信号を検出する応答信号検出部204とを具える。内部接地206が接地接触子GNDに接続されている。
応答信号検出部204は、応答信号が最小となるようにドライブ信号を調整するためにドライブ信号生成部202にフィードバックを提供する。ドライブ信号生成部202は、応答信号(例えば位相と振幅)を最小にするドライブ信号の特性を生理パラメータ抽出部208に提供する。いくつかの実施例では、生理パラメータ抽出部208はドライブ信号の増幅率を示すバランス信号を受信する。いくつかの実施例では、生理パラメータ抽出部208はまた、応答信号検出部204で受信された応答信号に基づいて生成される1以上の信号を受信し、これが応答信号検出部204と生理パラメータ抽出部208を接続する点線で示されている。生理パラメータ抽出部208は、後述するようにドライブ信号の特性に基づき、および任意で応答信号に基づいて1以上の生理パラメータを特定し、出力210の出力として特定された生理パラメータを提供する。
図2Aは、一実施例にかかる例示的なシステム200Aを示し、これも電子機器110に実装し音声インターフェース115を制御して外部センサを動作させ、センサからの応答信号を処理するものである。図2のシステム200と同様に、システム200Aはハーモニックドライブ信号をスピーカ接触子SPKに供給するドライブ信号生成部202Aと、マイク接触子MICで受信される応答信号を検出する応答信号検出部204Aと、接地接触子GNDに接続された内部接地206とを具える。システム200Aはシステム200と異なり、ドライブ信号生成部202Aがフィードバックを受け取らず、代わりにドライブ信号の一方を予め規定されたパターンで調整する。この予め規定されたパターンは固定でもよいし、何らかの検出された状況や信号に応じて選択されてもよい。例えば、最小値といった応答信号の特定の特徴が検出されたら、振幅範囲を狭めて当該最小値が生じた領域に近い値をスイープする所定のパターンが選択されるようにしてもよい。
応答信号検出部204Aは、応答信号の振幅が局所極小となるのを検出し、そのタイミング情報を特定する。この応答信号の局所極小のタイミング情報は、応答信号検出部204Aによって局所極小を生ずるドライブ信号の比率を特定するためにドライブ信号の所定の特性とともに用いられ、このドライブ信号の比率は生理パラメータ抽出部208Aに提供される。あるいは、タイミング情報は生理パラメータ抽出部208Aに直接提供されてもよい。生理パラメータ抽出部208Aは、後述するように、応答信号検出部204Aからの信号に基づいて1以上の生理パラメータを特定し、特定した生理パラメータを出力部210からの出力として提供する。別の実施例では、応答信号の特性として、限定しないが、最大値、反曲点、または特定のゼロ以外の値を検出して生理パラメータ抽出部208Aに提供する。
[例示的な温度測定の実施例]
臨床用の体温計が、人間の体温を測るのに用いられる。体温は関連する健康度を反映し、顕著な温度の上昇や下降は疾病を表す。従来の電子的な臨床用温度計はサーミスタプローブを用いて、典型的には口内、脇の下あるいは直腸などの最も体幹温度に近い場所の温度を測定し、通常0.1度の単位で結果を表示する。これらの機器の正確性は一般に低く、通常は+/−0.2度である。基礎体温(BBT)を測るのに十分に正確な体温計を用いると女性の受精周期を予測するのに役立つ。BBTは安静時での最低温度であり、起床後の朝に測定される。BBTは一般に、排卵が生じてから48時間にわたり平熱より少なくとも0.4度高止まりする。女性はこの方法を用いて複数周期の体温をチャート付けして排卵期を予測し、最適な受精見込みを予測する。正確な体温計は、当該分野で知られているように他の様々な状況に有用である。
臨床用の体温計が、人間の体温を測るのに用いられる。体温は関連する健康度を反映し、顕著な温度の上昇や下降は疾病を表す。従来の電子的な臨床用温度計はサーミスタプローブを用いて、典型的には口内、脇の下あるいは直腸などの最も体幹温度に近い場所の温度を測定し、通常0.1度の単位で結果を表示する。これらの機器の正確性は一般に低く、通常は+/−0.2度である。基礎体温(BBT)を測るのに十分に正確な体温計を用いると女性の受精周期を予測するのに役立つ。BBTは安静時での最低温度であり、起床後の朝に測定される。BBTは一般に、排卵が生じてから48時間にわたり平熱より少なくとも0.4度高止まりする。女性はこの方法を用いて複数周期の体温をチャート付けして排卵期を予測し、最適な受精見込みを予測する。正確な体温計は、当該分野で知られているように他の様々な状況に有用である。
特定の実施例は、低価格で、丈夫で正確な、電子機器の音声インターフェースに接続可能な体温計を提供する。測定体温を処理、保存、および表示するのに要するすべてのハードウェアを排除することにより、携帯電話や他の携帯型電子機器の音声ポートにサーミスタを直接インターフェースする代わりに、臨床グレードの体温計に必要だった複雑性、価格、および材料が顕著に削減できる。
図3は、電子機器110の2つのスピーカ接触子SPKとマイク接触子MICに接続された例示的な温度計回路305を示す。温度検出回路素子310が、第1のスピーカ接触子とマイク接触子MICの間に接続され、基準回路素子320が第2のスピーカ接触子SPKとマイク接触子MICの間に接続される。いくつかの実施例では、回路305は温度検出回路素子310として単に1つのみのサーミスタを具え、基準回路素子320として単一の基準抵抗を具える。このような構成にすると、回路305の価格を有利に最小化することができる。しかしながら、他の実施例では更なる要素を具えてもよく、例えば、直列または並列に接続された1以上の追加の抵抗やサーミスタを具えてもよい。いくつかの実施例では、図3Aに示すように、回路305はまた接地接続330を具えてもよい。
図3Aは、温度計回路305で温度測定を得る例示的な制御システム300を示す。制御システム300は、通常約100Hzから約10000Hzの範囲の選択された周波数のハーモニックドライブ信号D1、D2で音声インターフェースの接触子(例えば左右の音声出力ポート)を駆動する信号源340A、340Bを具える。応答キャンセルブロック350が、マイク入力が記録する応答信号RESが最小となるまでこれらの信号の一方(または双方)の振幅を調整する。応答キャンセルブロック350はまた、例えば素子310、320のインピーダンスを補償するためにドライブ信号の一方(または双方)の位相を調整する。ドライブ信号の増幅率A(D1)/A(D2)は、素子310、320の抵抗率に比例し、これが温度計算ブロック360に提供されて温度が決定される。
2つの電気素子のみを有する実施例に関しては、これらは可変抵抗Rを有するサーミスタと、既知の抵抗Rrefを有する基準抵抗となる。この基準抵抗は、所望の温度でサーミスタに近い抵抗を有するように選択される。所望の温度とは、温度計の使用目的による。例えば、いくつかの実施例では所望温度はおよそ室温であったり、およそ体温であったり、これらの間であってもよい。駆動増幅率A(D1)/A(D2)は、抵抗bのバランス(b=R/Rref)と等しくなり、温度は以下の式で求まる:
ここでTはケルビンの温度であり、R=bRrefは測定温度におけるサーミスタの抵抗であり、R0は基準ケルビン温度T0のときのサーミスタの抵抗であり、βはサーミスタの熱材料定数である。ゼロ指示計の特性により、携帯機器の出入力ゲインは測定に入らない。
ここでTはケルビンの温度であり、R=bRrefは測定温度におけるサーミスタの抵抗であり、R0は基準ケルビン温度T0のときのサーミスタの抵抗であり、βはサーミスタの熱材料定数である。ゼロ指示計の特性により、携帯機器の出入力ゲインは測定に入らない。
ブリッジ収束係数が、制御システムを実装するのに用いる電子機器の音声インターフェースでの電気ノイズとレイテンシーに基づいて特定される。例えば収束係数が大きすぎると、音声インターフェースの出力の一つに供給される調整されたドライブ信号が不安定に発振あるいは発散する。
超低コストに加え、図3Aの実施例のような制御システムを有する実施例にかかる温度センサのさらなる利点は、音声インターフェースが高レゾリューションであり、温度測定の精度が0.01度のオーダーとなり、従来の多くの独立型温度計より顕著によいことである。これにより、このような実施例にかかる温度計が基礎体温や他の様々な温度測定において有用となる。
図3Aのシステム300のような動的な温度検知制御システムは、温度値の連続的な更新を提供する。しかしながら、このようなシステムは音声出入力信号のレイテンシーと同期生が敏感となる。このため、応答信号フィードバックに頼る動的温度検知制御システムまたは方法は、劣等な、可変または未知の音響性能を有する電子機器に実装された場合に反対に作用する。このような場合、フィードバックを用いない制御システムまたは方法の方が好ましくなる。
温度はブリッジの平衡点の測定から査定するのが好ましく、そうでないと音声信号チャネル内の利得要素や非線形性が読み出しに影響する。フィードバックを用いない場合、制御システムは最小平衡点を特定するのにスイープを実施する。これは様々な波形振幅形状で行うことができ、スイープの最初は入出力信号間の位相関係の知識無く特定することができるように構成される。いくつかの実施例では、このような制御システムは0.1度のオーダーの制度で温度測定可能である。このような制御システムの例が、図3B−Dを参照して後述される。
図3Bは、温度計回路305で温度測定を得る例示的な制御システム300Aを示す。制御システム300Aは、例えば約1000Hzから約5000Hzの範囲の選択された周波数のハーモニックドライブ信号D1、D2で音声インターフェースの接触子(例えば左右の音声出力ポート)を駆動する信号源340A、340Bを具える。ドライブ信号D1は、図3Cの左のプロットに示すようにほぼ一定の振幅で供給される。ドライブ信号D1の振幅は、例えば音声出力接触子に供給可能な最大振幅の約半分である。ドライブ信号D2は、図3Cの右のプロットに示すように、ほぼ一定の振幅で供給され、その後時間t1でドライブ信号D2の振幅が最大振幅に調整され、その後時間t2で最小振幅(すなわち0)に線形に下降し、その後にほぼ一定の振幅に戻る。図3Cの右のプロットに示す線形下降はドライブ信号D2に周期的に、および/または温度測定を開始する信号に応じて提供されてもよい。
図3Cに示す例示的な振幅プロファイルに線形傾斜が示されているが、他の実施例では別の振幅プロファイルを提供してもよい。例えば、いくつかの実施例ではドライブ信号の一方の振幅は、音声出力接触子に供給できる全範囲の振幅より小さくスイープしてもよい。いくつかの実施例では、線形傾斜の代わりに振幅が対数的、指数的、あるいは他の規定されたパターンに変化してもよい。
マイク入力で受信される応答信号RESが図3Dに示されており、これは時間tminで局所極小となり両側の時間t1、t2でピークとなる。応答測定ブロック350Aは、t1で最初の応答信号のスパイクを検出し、tminで局所極小を検出する。応答測定ブロック350Aは、tminでの最小とt1の最初のスパイクの相対的なタイミング(または、tminでの最小とt2の次のスパイク)に基づいてドライブ信号の増幅率A(D1)/A(D2)を特定する。ドライブ信号の増幅率A(D1)/A(D2)は温度計算ブロック360に供給され、上述したように温度が特定される。代替的に、一方または双方のスパイクの最小値の相対的なタイミングが直接的に温度計算ブロックに供給されてもよい。
図3Cの実施例のドライブ信号の周波数は好適には1000−5000Hzであり、図3Cの右のプロットに示す線形傾斜は約0.05−0.5秒の長さである。このようなドライブ信号によると、1秒間で複数のデータポイントのセットを取得できる。例えば、移動平均過程やメジアンフィルタリング、これらの組み合わせ、有限インパルス応答(FIR)フィルタリング、無限インパルス応答(IIR)フィルタリング等の基本的なフィルタリングで温度測定値を抽出することができる。
感温素子を有するプローブの温度はしばしば接触する身体の部分の温度と平衡になる。いくつかの実施例では、例えば米国特許第7,318,004号に開示されるような予測アルゴリズムを用いて温度を予測してもよい。
[例示的な血圧測定、肺活量測定、および会陰圧測定]
血圧計は血圧を測定するのに広く用いられており、血流を制限するための膨張可能なカフと、圧力を測定する水銀または機械式の圧力計とからなる。手動式または半自動の機器は通常バルブで膨らませ、自動(デジタル)モデルは通常モータ式の膨張/収縮を行ってデンしセンサで圧力を読む。血圧計で圧力を測定すると、血圧の収縮期、平均、および拡張期、および心拍レートを含む血管の血液循環に関する多様な生理パラメータを特定するのに用いられる。これは例えば呼吸レートなど他の生理パラメータの測定にも用いることができる。
血圧計は血圧を測定するのに広く用いられており、血流を制限するための膨張可能なカフと、圧力を測定する水銀または機械式の圧力計とからなる。手動式または半自動の機器は通常バルブで膨らませ、自動(デジタル)モデルは通常モータ式の膨張/収縮を行ってデンしセンサで圧力を読む。血圧計で圧力を測定すると、血圧の収縮期、平均、および拡張期、および心拍レートを含む血管の血液循環に関する多様な生理パラメータを特定するのに用いられる。これは例えば呼吸レートなど他の生理パラメータの測定にも用いることができる。
肺活量計は、患者の呼吸の様々な気流特性を測定するのに用いられる。典型的な肺活量計は単位時間の吸気および呼気量を測定する流量計として機能する。肺活量計は、例えば、多様な呼吸のパラメータを測定するのに利用可能である。例示的な測定は、
・TLC 全肺容量:最大膨張したときの肺の中の空気量
・RV 残気量:最大呼気した後の肺に残る空気量
・ERV 予備呼気量:呼気終期から排出可能な最大空気量
・IRV 予備吸気量:吸気終期レベルから吸入可能な最大空気量
・IC 深吸気量:IRVとTVの合計
・IVC 努力肺活量:最大呼気点から吸入される最大空気量
・VC 肺活量:TLC−RVと等しい量
・VT 一回換気量:安静呼吸時に肺から出入りする空気量
・FRC 機能的残気量:呼気終期における肺の容量
・RV/TLC% TLCをパーセントで表した残量
・VA 肺胞ガス量
・VL 気管の容量を含む肺の容量
・FVC 強制肺活量:(例えば最大限強制した呼気力)
・FEV1 強制呼気した最初の一秒の終わりに排出された量
・FEFx FVCカーブのいくつかの部分に関する強制呼気流
・FEFmax FVC動作中に得られる最大瞬間気流
・FIF 努力性呼気流量
・PEF ピークフローメーターで測定される最大強制呼気流量
・MVV 最大随意換気量:繰り返し最大努力中の特定期間の呼気量
・TLC 全肺容量:最大膨張したときの肺の中の空気量
・RV 残気量:最大呼気した後の肺に残る空気量
・ERV 予備呼気量:呼気終期から排出可能な最大空気量
・IRV 予備吸気量:吸気終期レベルから吸入可能な最大空気量
・IC 深吸気量:IRVとTVの合計
・IVC 努力肺活量:最大呼気点から吸入される最大空気量
・VC 肺活量:TLC−RVと等しい量
・VT 一回換気量:安静呼吸時に肺から出入りする空気量
・FRC 機能的残気量:呼気終期における肺の容量
・RV/TLC% TLCをパーセントで表した残量
・VA 肺胞ガス量
・VL 気管の容量を含む肺の容量
・FVC 強制肺活量:(例えば最大限強制した呼気力)
・FEV1 強制呼気した最初の一秒の終わりに排出された量
・FEFx FVCカーブのいくつかの部分に関する強制呼気流
・FEFmax FVC動作中に得られる最大瞬間気流
・FIF 努力性呼気流量
・PEF ピークフローメーターで測定される最大強制呼気流量
・MVV 最大随意換気量:繰り返し最大努力中の特定期間の呼気量
会陰圧測定器は、骨盤底筋の自発収縮を測定する機器である。会陰圧測定器は、膨張可能な気嚢、膣に挿入されたバルブまたはチューブ、あるいは膣に挿入された機械的収縮可能な部材の歪みゲージからの機械的歪みの変化から、空気圧変化を測定するのに用いられる。会陰圧測定は、ケーゲル試験あるいは類似の筋肉機能の測定の目的として用いられる。センサ測定データは筋肉収縮の強さや他の生理パラメータを特定するのに分析される。別の実施例では、適切に圧搾または圧縮可能な多様な器具内の気圧または機械的な歪みゲージを構成することにより測定される他の様々な筋肉の収縮強度を特定してもよく、限定しないが、グリップで手の前腕の強さの測定などが含まれる。
本書に開示される実施例は、機器の音声インターフェースに直接的に圧力センサをインターフェースすることによりスマートフォンやメディアプレイヤーなどの電子機器に接続可能な圧力センサ駆動用の方法とシステムを提供することにより、デジタル血圧計、肺活量計または会陰圧測定器の従来のカスタム電子部品を不要としている。いくつかの実施例は、後述するように、標準的な音声信号レベルのACモードで動作するピエゾ抵抗ブリッジを有する商業的に入手可能な圧力センサを用いる。
図4は、電子機器110の2つのスピーカ接触子SPK、マイク接触子MIC、および接地接触子に接続された圧力センサ410を示す。圧力センサ410は、例えば、ゲージ圧、差圧、および/または絶対圧のいずれかを測定するよう構成されたピエゾ抵抗ブリッジを具える。圧力センサ410は、例えば、商業的に入手可能な圧電センサを具える(例えば、Freescale Semiconductor,IncのMPX2010シリーズ圧力センサ、またはOmron Electronic Components LLCの2SMPP MEMS ゲージ圧センサ)。このような圧力センサは、DC供給電圧が供給されるが、後述するようにハーモニックドライブ信号D1、D2を供給して音声インターフェースを通して応答信号を測定することにより運用可能である。いくつかの実施例では、圧力センサからの信号を処理するのに用いられるシステムは、マイク入力のブリッジ応答信号を最小化するために2つの音声出力チャネルの振幅と位相関係を連続的に調整するAC自動平衡ブリッジと、応答信号自体の位相ロック検出を行う二重相ロックイン増幅器とを具える。
図4Aは、ドライブ信号D1を受信すべく接続された第1の対の素子412、414と、ドライブ信号D2を受信すべく接続された第2の対の素子416、418とを具える圧電センサ410Aで血圧測定を得る例示的な制御システム400を示す。制御システム400は、例えば約100Hzから約10000Hzの範囲の選択された周波数のハーモニックドライブ信号D1、D2で音声インターフェースの接触子(例えば左右の音声出力ポート)を駆動する信号源420A、420Bを具える。
応答キャンセルブロック430が、センサ410Aからの応答信号を受信し、応答信号が最小となるよう信号源420Aおよび/または420Bを制御する。応答信号はまた、それぞれ乗算器440A、440Bにより、ドライブ信号の一方(図示する実施例ではD1)と(位相シフトブロック425で生成された)位相シフトドライブ信号に乗算される。この乗算された応答信号はフィルタブロック450A、450Bでローパスフィルタにかけられ、その後血圧抽出ブロック460の応答入力として提供される。血圧抽出ブロック460にはまた、応答キャンセルブロック430から平衡入力が提供される。
血圧抽出ブロック460では、平衡入力が所定時間での絶対圧を特定するのに利用可能である。応答信号のロックイン増幅を用いて、血圧変化の高レゾリューションの読みが提供される。図4Bは、システム400といったシステムで測定される血圧変化の例示的な出力であり、実線(図4Bの凡例のラベルA)が例示的なロックイン増幅された応答信号の同相分を示し、点線(図4Bの凡例のラベルB)が例示的なロックイン増幅された応答信号の異相分を示す。標準的な公知の技術を用いて、収縮期、平均、および拡張期の血圧が、心拍レートとともにこの出力から抽出される。呼吸レートといった他の生理パラメータを抽出してもよい。
図4Aのシステム400のようなシステムは、肺活量測定用の差圧センサに接続されてもよく、この場合は血圧抽出ブロック460は多様な呼吸パラメータを特定するよう構成された気流および/または空気量計算ブロックと置換あるいは補完される。あるいは、差圧センサ410Cは、図4Cに示すような簡略化した気流測定用の制御システム470に接続されてもよい。制御システム470は一対の信号源475A、475Bと、応答キャンセルブロック480とを具え、これらは図3Aに関して説明した信号源340A、340B、ブロック350とほぼ同様であり、そのため再度の説明はしない。制御システム470はまた、ドライブ増幅率A(D1)/A(D2)から多様な呼吸パラメータを特定するよう構成された気流/量計算ブロック490を具える。
図4Cのシステム470のようなシステムは、会陰圧測定用の膨張部材に接続されるか機械的圧縮可能な部材内の圧力センサに接続されてもよく、ここでは気流/量計算ブロック490は圧力センサの読みに基づいて看者の自発筋肉収縮強度の計算機に置換あるいは補完される。
代替実施例では、会陰圧測定センサは、機械的に圧縮可能な部材内の歪みゲージを具える。この歪みゲージセンサは、筋肉収縮により加えられる機械的に歪みの度合いを記録する。歪みゲージは、機械的、電気抵抗または電気容量、ピエゾ抵抗、光ファイバを含む多様な形態で実装することができ、同じ機能の他の実装でもよい。歪みゲージセンサは、図4に似た回路内の気圧センサとしてアナログ方式で実装されてもよい。
実施例では、センサのブリッジにわたりAC電圧を供給するのにステレオ音声出力を用いており、ブリッジ応答信号はマイク入力で記録される。これらの回路に追加の要素は不要である。本書に開示する方法とシステムにより、従来の血圧計のマノメータまたは肺活量計のセンサ回路を、モバイル機器または他の電子機器の音声インターフェースに直接プラグ接続する小さく安価なアダプタで置換することが可能となる。
図5は、一実施例にかかる例示的な血圧測定用音声インターフェースアダプタ500を示し、図6は一実施例にかかる例示的な肺活量計用の音声インターフェースアダプタ600を示す。図5のアダプタ500は膨張部材を有する肺活量計としてともに用いることもでき、リークバルブ550を有しても有さなくてもよい。各アダプタ500、600は、一端に標準TRRS型音声プラグ510または610を具える。上述したように、他の実施例では他の種類の音声インターフェースコネクタを用いてもよいことを理解されたい。各アダプタ500、600はまた、圧力センサ530/差圧センサ630を有するハウジング520/620を有する。図示する実施例では、圧力センサ530と差圧センサ630はそれぞれプラグ510、610に直接配線されている。
図5のアダプタ500は、センサ530の圧力感知領域と流体接続する通路540を具える。チューブコネクタ542(例えば、1/4インチ タケノコホースアダプタ)が設けられ、カフ(図示せず)に接続された圧力チューブを通路540に連結するのを補助している。アダプタ500はまた、空気を圧力チューブから逃がすリークバルブ550を具える。カフには電動ポンプで膨張/収縮するのが便利だが、有意な力を消費するため別個の電源が必要となる。この理由から固定の抜去スキームを実装し、これは対象の収縮期血圧より高く手動で拡張されると、リークバルブが臨床的に適切な形式で徐々に圧力を下げるものである。代替的に、リークバルブを圧力チューブ内に設けてもよい。別の実施例では、例えばセンサがジャックプラグや他のアダプタに電気ケーブルや他の手段を介して接続される場合には、圧力センサを音声ジャックプラグアダプタ500の外側に設けてもよい。
図6のアダプタ600は、センサ630の対の圧力感知領域と流体接続する一対の通路640A、640Bを具える。チューブコネクタ642(例えば、1/4インチ タケノコホースアダプタ)が設けられ、圧力チューブ650A、650Bをそれぞれ通路640A、640Bに連結するのを補助している。圧力チューブ650A、650Bは上述したように、部分閉塞部670の両側の呼吸チューブ660に流体接続している。
[他の実施例]
上述した実施例は温度計、血圧計、肺活量計、および会陰圧測定アプリケーションに関するが、他の実施例を他のアプリケーションに利用可能であることを理解されたい。例えば、他の種類のセンサは、限定しないが、ECGセンサ、EEGセンサを含み、別の実施例で電子機器の音声インターフェースに接続することができる。
上述した実施例は温度計、血圧計、肺活量計、および会陰圧測定アプリケーションに関するが、他の実施例を他のアプリケーションに利用可能であることを理解されたい。例えば、他の種類のセンサは、限定しないが、ECGセンサ、EEGセンサを含み、別の実施例で電子機器の音声インターフェースに接続することができる。
図7は、一実施例にかかる電子機器110の接触子に接続される心電図(ECG)センサ700の概略図である。センサ700は、看者の身体に接続されるリード701、702、703、および704(すなわち電極)を具える。リード701−704には増幅回路710、712が接続され、リード間の差圧を測定する。特に、回路710はリード701と702間の差圧に基づいて応答信号711を生成し、回路712はリード703と704間の差圧に基づき手応答信号713を生成する。応答信号711、713はそれぞれトランジスタ716、718に供給される。音声出力ポート(例えば100Hz−100kHzの周波数帯)で生成されるハーモニックドライブ信号D1、D2もトランジスタ716、718にそれぞれ供給され、ここでドライブ信号D1、D2は応答信号711、713で変調される。得られた上位の変調信号がマイク入力で応答信号として受信され、この応答信号はソフトウェアで実装された制御システムで復調されて元のECG波形が回復される。このような構成によると、音声システムのハイパス入力フィルタの制限が解消され、これがないと通常0.1Hz−50HzのECG波形といった低周波信号に歪みが生じてしまう。従来のいくつかのシステムは、元のECG信号を変調してアナログシステムを通して伝送できるようにしている。しかしながら、これらは通常センサ内で変調周波数を生成するものであり、音声システムの変調回路を駆動するものではない。同様の実装を、EEGセンサでEEG信号を受信するのに利用することができる。
添付の図面を参照して複数の実施例を説明したが、本発明はこれらの構成や動作そのものに限定されると理解されてはならず、当業者は本発明の範囲と意図を逸脱することなく多様な他の変更や変形を行うことができる。
本発明の実施例は、特別に設計されたハードウェア、設定可能なハードウェア、データプロセッサで実行可能なソフトウェア(任意で「ファームウェア」を含む。)で構成されたプログラム可能なデータプロセッサ、本書に詳述された方法の1以上のステップを実行するように特別にプログラムされ、構成され、あるいは構築された特定目的のコンピュータやデータプロセッサ、および/または、これらの2以上の組み合わせで実装することができる。特別に設計されたハードウェアの例は、論理回路、特定目的用集積回路(ASIC)、大型集積回路(LSI)、超大型集積回路(VLSI)等を含む。設定可能なハードウェアの例は、プログラム可能なアレイ論理(PAL)といった1以上のプログラム可能な論理デバイス、プログラム可能な論理アレイ(PLA)、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)である。プログラム可能なデータプロセッサの例は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、埋込型プロセッサ、グラフィックプロセッサ、数値演算プロセッサ、汎用目的コンピュータ、サーバーコンピュータ、クラウドコンピュータ、メインフレームコンピュータ、コンピュータワークステーション等である。例えば、機器用の制御回路内の1またはそれ以上のデータプロセッサが、プロセッサにアクセス可能なプログラムメモリのソフトウェア命令を実行することにより、本書記載の方法を実現するようにしてもよい。
処理は集中型でも分散型でもよい。処理が分散型である場合、ソフトウェアおよび/またはデータを含む情報は集中しても分散していてもよい。このような情報は異なる機能ユニット間で、例えばローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、またはインターネットといった通信ネットワーク、有線または無線のデータリンク、電磁信号、または他のデータ通信チャネルにより交換される。
例えば、処理やブロックが所定の順番で照会されているが、他の実施例では異なる順番のステップを有するルーチンを実行したり、異なる順番のブロックを有するシステムを設けてもよく、いくつかの処理やブロックを削除、移動、追加、細分化、組み合わせ、および/または変更して、代替例やサブコンビネーションを作成してもよい。また、プロセスやブロックは一度に順番に実行されるように示したが、これらのプロセスやブロックは並行して行ったり、異なる時間に実行されてもよい。
さらに、構成要素は連続的に実行するように示しているが、これらは同時あるいは異なるシーケンスで実行されるようにしてもよい。このため、添付のクレームはこれらのバリエーションをその範囲内に含むと解されるべきである。
いくつかの実施例では、本発明はソフトウェアで実装することができる。より明確にするため、「ソフトウェア」はプロセッサで実行される様々な命令を含み、(限定しないが)ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む。当業者は理解するように、処理用のハードウェアとソフトウェアの双方が、その全体または部分が、集中型であっても分散型(またはその組み合わせ)であってもよい。例えば、ソフトウェアと他のモジュールはローカルメモリを介して、ネットワークを介して、分散コンピューティングの場合はブラウザ又は他のアプリケーションを介して、あるいは上述した目的に適した他の手段を介してアクセス可能にできる。
ソフトウェアや他のモジュールはサーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、データエンコーダ、データデコーダ、PDA、携帯電話、メディアプレイヤー、または上述した目的に適した他のデバイスにあってもよい。関連分野の当業者は、このシステムの態様は、インターネット機器、携帯デバイス(パーソナルデータアシスタント(PDA)を含む)、ウェアラブルコンピュータ、すべての種類の携帯またはモバイル電話、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサ型またはプログラム可能な消費者用電子機器(例えばビデオプロジェクタ、AVレシーバ、テレビなどのディスプレイ等)、セットトップボックス、ネットワークPC、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ等を含む様々な適切な通信、データ処理、またはコンピュータシステム構成で実現可能であることを理解するであろう。
上述した構成要素(例えば、ソフトウェアモジュール、プロセッサ、コントローラ、アセンブリ、デバイス、回路等)は、特に示さない限り、その構成要素(「手段」の意味も含む)は当該構成要素と同等で上述した構成要素の機能を実行する要素(すなわち機能が同等)を含み、それには開示した構造とは構造が等しくないが本発明の実施例で説明した機能を実行するものが含まれる。
本開示の実施例は、装置可読媒体(またはコンピュータ可読媒体、プロセッサ可読媒体、あるいはコンピュータ可読プログラムコードを格納したコンピュータ利用可能媒体とも称する。)に保存されたコンピュータプログラム製品として実現できる。この装置可読媒体は、様々な適切な有形の、不揮発性媒体であってよく、これには磁気的、光学的、または電気的保存媒体が含まれ、ディスケット、コンパクトディスクリードオンリーメモリ(CD−ROM)、メモリ装置(揮発性あるいは不揮発性)、または類似の保存機構が含まれる。装置可読媒体は多様な命令のセット、コードシーケンス、構成情報、または他のデータを含み、実行されると、プロセッサに本開示の実施例にかかる方法のステップを実行させる。当業者は、上述した手段を実現するのに必要な他の命令や動作が装置可読媒体に保存されてもよいことを理解するであろう。装置可読媒体に保存された命令はプロセッサまたは他の適切な処理装置で実行され、上述のタスクを実行する回路構成にインターフェース可能である。
システム、方法、および装置の特定の実施例はここに説明の目的で記載している。これらは単なる例である。本書記載の技術は、上述した実施例のシステム以外にも適用可能である。多くの変更、変形、追加、省略、および入れ替えが本発明を実践するなかで可能である。本発明は、当業者によって明白な上記実施例の変形例を含み、これには構成、要素および/またはステップを同等の構成、要素および/またはステップに置換したり、構成、要素および/またはステップを別の実施例と混ぜたり合致させたり、上述した実施例の特徴、要素および/またはステップを組み合わせたり、および/または、上述した実施例の構成、要素および/またはステップを省略することが含まれる。
したがって、添付のクレームはこれらすべての合理的に推測できる変形例、組み合わせ、追加、省略、およびサブコンビネーションを包含すると解される。クレームの範囲は実施例で示した好適な例に限定されず、記載全体から最も広く解釈されるべきである。上記の描写は、説明のためであり、実施例が完全に理解されるべく多くの詳細が記載されている。しかしながら、当業者はこれらの特定の詳細が必ずしも必要ではないことを理解する。他の例では、理解の妨げとならないように公知の電気構成や回路がブロック図で示されている。例えば、本書記載の実施例がソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、あるいはこれらの組み合わせであるか否かの特定の詳細を提供していない。
上記実施例は例示的なものに過ぎない。当業者は、添付のクレームにのみ規定される範囲を逸脱することなく特定の実施例に変更、変形、およびバリエーションを施すことができる。
Claims (40)
- 電子機器の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子機器制御方法であって、前記音声インターフェースが複数の接触子を具え、前記方法が、
前記外部センサを駆動するために、音声インターフェースの第1の接触子に第1のハーモニックドライブ信号を、第2の接触子に第2のハーモニックドライブ信号を供給するステップと、
前記音声インターフェースの第3の接触子で応答信号を受信するステップと、
前記第1および第2のハーモニックドライブ信号の少なくとも一方を調整するステップと、
前記第1および第2のハーモニックドライブ信号と応答信号との特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定するステップと、
特定された1またはそれ以上の生理パラメータを出力するステップと、
を具えることを特徴とする方法。 - 請求項1の方法において、前記調整するステップは、前記応答信号に基づいて、当該応答信号を最小にするために前記ドライブ信号の一方を変調するためのフィードバックを提供するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1の方法において、前記調整するステップは、前記第1のドライブ信号の振幅をほぼ一定に維持しつつ、前記第2のハーモニックドライブ信号の振幅を所定の範囲でスイープするステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項3の方法において、前記振幅をスイープするステップは、前記音声インターフェースの最大振幅とゼロの間の範囲でスイープすることを含み、前記ほぼ一定の振幅は前記最大振幅の約半分であることを特徴とする方法。
- 請求項3または4の方法において、前記スイープするステップは、前記振幅を線形に傾斜させるステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項3乃至5のいずれかの方法において、受信された前記応答信号の局所極小のタイミング情報に基づいてドライブ信号の比率を特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項3乃至6のいずれかの方法において、前記外部センサが温度センサを含み、受信された前記応答信号の局所極小のタイミング情報に基づいて温度を特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6のいずれかの方法において、前記外部センサが温度センサを含み、前記ドライブ信号の比率に基づいて温度を特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項7または8の方法において、前記温度センサは本質的にサーミスタと基準抵抗からなることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至6のいずれかの方法において、前記外部センサが圧力センサを含むことを特徴とする方法。
- 請求項10の方法において、前記応答信号を前記ドライブ信号の一方と前記ドライブ信号の一方を位相シフトさせたもので乗算して応答入力を生成するステップと、当該応答入力に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定するステップとを具えることを特徴とする方法。
- 請求項11の方法において、前記応答入力と前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて、平均血圧、収縮期血圧、拡張期血圧、および/または心拍レートを特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項10の方法において、前記圧力センサは、膨張可能な部材から圧力を受けるように接続されていることを特徴とする方法。
- 請求項10の方法において、前記圧力センサは機械的に圧縮可能な部材内にあることを特徴とする方法。
- 請求項13または14の方法において、前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて筋収縮強度を特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 請求項10の方法において、前記圧力センサは差圧センサを含むことを特徴とする方法。
- 請求項11の方法において、前記圧力センサは差圧センサを含み、前記応答入力と前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて呼吸パラメータを特定するステップを具えることを特徴とする方法。
- 電子機器の音声インターフェースに接続可能な外部センサを動作させる電子機器を制御するシステムであって、前記音声インターフェースが複数の接触子を具え、前記システムが、
前記外部センサを駆動するために、音声インターフェースの第1の接触子に第1のハーモニックドライブ信号を、第2の接触子に第2のハーモニックドライブ信号を供給し、前記第1および第2のハーモニックドライブ信号の少なくとも一方を調整するドライブ信号生成部と、
前記音声インターフェースの第3の接触子で応答信号を受信する応答信号検出部と、
前記第1および第2のハーモニックドライブ信号と応答信号との特性に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定する生理パラメータ抽出部と、
特定された1またはそれ以上の生理パラメータを出力する出力部と、
を具えることを特徴とするシステム。 - 請求項18のシステムにおいて、前記ドライブ信号生成部は、前記応答信号に基づいて、当該応答信号を最小にするために前記ドライブ信号の一方を変調するためのフィードバックを受信することを特徴とするシステム。
- 請求項19のシステムにおいて、前記ドライブ信号生成部は、前記第1のドライブ信号の振幅をほぼ一定に維持しつつ、前記第2のハーモニックドライブ信号の振幅を所定の範囲でスイープすることを特徴とするシステム。
- 請求項20のシステムにおいて、前記ドライブ信号生成部は、前記音声インターフェースの最大振幅とゼロの間の範囲で前記第2のハーモニックドライブ信号の振幅をスイープし、前記ほぼ一定の振幅は前記最大振幅の約半分であることを特徴とするシステム。
- 請求項20または21のシステムにおいて、前記ドライブ信号生成部は、前記振幅を線形に傾斜させることにより前記第2のハーモニックドライブ信号の振幅をスイープすることを特徴とするシステム。
- 請求項20乃至22のいずれかのシステムにおいて、前記応答信号検出部と前記生理パラメータ抽出部の一方が、受信された前記応答信号の局所極小のタイミング情報に基づいてドライブ信号の比率を特定することを特徴とするシステム。
- 請求項20乃至23のいずれかのシステムにおいて、前記外部センサが温度センサを含み、前記生理パラメータ抽出部は受信された前記応答信号の局所極小のタイミング情報に基づいて温度を特定することを特徴とするシステム。
- 請求項18乃至23のいずれかのシステムにおいて、前記外部センサが温度センサを含み、前記生理パラメータ抽出部は、前記ドライブ信号の比率に基づいて温度を特定することを特徴とするシステム。
- 請求項24または25のシステムにおいて、前記温度センサは本質的にサーミスタと基準抵抗からなることを特徴とするシステム。
- 請求項18乃至23のいずれかのシステムにおいて、前記外部センサが圧力センサを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項27のシステムにおいて、前記応答信号検出部は、前記応答信号を前記ドライブ信号の一方と前記ドライブ信号の一方を位相シフトさせたもので乗算して応答入力を生成し、前記生理パラメータ抽出部は前記応答入力に基づいて1またはそれ以上の生理パラメータを特定することを特徴とするシステム。
- 請求項28のシステムにおいて、前記生理パラメータ抽出部は、前記応答入力と前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて、平均血圧、収縮期血圧、拡張期血圧、および/または心拍レートを特定することを特徴とするシステム。
- 請求項27のシステムにおいて、前記圧力センサは、膨張可能な部材から圧力を受けるように接続されていることを特徴とするシステム。
- 請求項27のシステムにおいて、前記圧力センサは機械的に圧縮可能な部材内にあることを特徴とするシステム。
- 請求項30または31のシステムにおいて、前記生理パラメータ抽出部は、前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて筋収縮強度を特定することを特徴とするシステム。
- 請求項27のシステムにおいて、前記圧力センサは差圧センサを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項28のシステムにおいて、前記圧力センサは差圧センサを含み、前記生理パラメータ抽出部は、前記応答入力と前記ドライブ信号の振幅比率に基づいて呼吸パラメータを特定することを特徴とするシステム。
- 電子機器の音声インターフェースに接続するための温度計であって、
前記電子機器から第1および第2のハーモニックドライブ信号を受信するための第1および第2の接触子と、前記電子機器に応答信号を戻すたもの第3の接触子とを具えるジャックプラグと、
本質的に前記第1および第3の接触子の間に接続されたサーミスタと、前記第2および第3の接触子の間に接続された基準抵抗とからなる温度センサとを具えることを特徴とする温度計。 - 電子機器の音声インターフェースに接続するためのアダプタであって、
前記電子機器から第1および第2のハーモニックドライブ信号を受信するための第1および第2の接触子と、前記電子機器に応答信号を戻すたもの第3の接触子とを具えるジャックプラグと、
圧力感知領域を有する圧力センサであって、前記第1および第3の接触子の間で、前記第1および第2の接触子にまたがるブリッジとして接続されて前記第3の接触子に応答信号を提供し、前記第1および第3の接触子の間に接続された基準抵抗を具える圧力センサとを具えることを特徴とするアダプタ。 - 請求項36のアダプタにおいて、前記圧力感知領域を包むハウジングを具え、前記圧力感知領域に流体接続された通路を具えることを特徴とするアダプタ。
- 請求項37のアダプタにおいて、前記圧力センサは、2つの圧力感知領域を有する差圧センサを含み、前記ハウジングが2つの通路を有し、一方の通路が双方の圧力感知領域に接続されていることを特徴とするアダプタ。
- 請求項37のアダプタにおいて、前記ハウジングは、前記通路を圧力チューブに連結するチューブコネクタを具えることを特徴とするアダプタ。
- 請求項36のアダプタにおいて、機械的に圧縮可能な部材を具え、前記圧力センサは当該機械的に圧縮可能な部材内に入っていることを特徴とするアダプタ。
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