JP2016518893A - 生理学的特徴をモニタリングするシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

着用可能な生理学的モニタリングシステムが、少なくとも着用者の胸部領域及び背中の上部を覆うように構成されたガーメントと、該ガーメントに取り付け可能で、呼吸検出システム（借用者の胸壁の軸線方向の変位を検出するように構成される）及び一体の信号伝送用導体を含む伸縮性周囲バンドと、前記ガーメントに着脱自在に取り付け可能で、呼吸検出システムを制御し、そこからの信号を処理し、処理された信号をワイヤレスで送信する電子モジュールと、電子モジュールを前記バンド、従って信号伝送用導体に取り外し可能に連結する自己整列磁気接続システムと、を含む。

Description

本発明は、被験者の生理学的特徴をモニタリングするシステム及び方法に関するものである。特に、本発明は、複数の生理学的特徴、特に呼吸の特徴をリアルタイムで決定する装置、システム及び方法に関する。

被験者の医学的診断及び治療において、一つ以上の生理学的特徴、特に呼吸の特徴を評価することがしばしば必要である。重要な呼吸の特徴は呼吸空気の量（または一回換気量）である。

様々の従来の方法及びシステムが、このように一回換気量を測定（又は決定）するために用いられてきた。一つの方法が、患者又は被験者を、流量測定機器に接続されたマウスピースに呼吸させることを含む。流量は次に空気体積変化を提供するために統合される。

当技術分野でよく知られているように、マウスピースを使用することに関連したいくつかの欠点及び不利な点がある。マウスピース及びノーズクリップ測定機器の重要な欠点は、上記アイテムが、モニタリングされる被験者の呼吸（すなわち、流量及び容積）のパターンに変化を起こすことである。マウスピース及びノーズクリップに基づく一回換気量の決定はしばしば不正確である。

一回換気量を決定するための他の従来の装置には、呼吸モニターがある。この装置は、米国特許第3831586号及び同第4033332号に開示されている。

上記システムがマウスピースに関連する欠点の多くを排除するが、そのシステムは、一般的には、一回換気量の正確な測定を提供しない。さらに、そのシステムは、典型的に、被験者の呼吸活動が急激に変化し、または停止したときに付き添い者に通知するために使用されるものである。

一回換気量を決定するためのさらなる手段は、胸郭及び腹部のサイズの変化（又は変位）（肺の容積がこれら二つのパラメータの関数であることが知られている）を測定することである。多くのシステム及び装置は、肺ベルト（pneumobelts）及び呼吸誘導プレチスモグラフ（RIP）ベルトを含む胸郭（及び/又は腹部）のサイズ（すなわち、円周）の変化を測定するために使用されてきた。

RIPベルトは、胸郭及び腹部の断面積の変化を測定するために用いられる一般的な手段である。RIPベルトは、伸縮自在なベルトに縫われたコイル状の伝導性ワイヤのループを含む。コイルは被験者の胸腔のサイズの変化に応じて伸び縮みするので、磁場がワイヤの変化によって生成される。RIPベルトの出力電圧は一般的に、ベルトの拡張長さの変化、したがって、断面積の変化に関連する。

実際、腹部の断面積における変化の測定は、RIPベルトシステムの精度を高めることができる。胸郭及び腹部の断面積の変化を測定するために、第一のベルトが典型的に、中間胸部のまわりに巻かれて、確保され、第二のベルトが典型的に中間腹部のまわりに巻かれる。

RIPベルトはまた、シャツ又はベストのようにガーメントに埋め込まれ、さらに、胸郭及び腹部の変位、他の解剖及び生理学的パラメータを測定するためにその中に配置される。米国特許第6551252号にそのシステムが図示されている。

しかし、RIPベルトシステムに関連したいくつかの欠点がある。主な欠点は、 RIPベルトが材料構成の点から、さらにそれらを動作させるのに必要な電気的及び計算能力の観点から一般的に高価となっていることである。

RIPベルトシステムに関連する欠点を是正しようとする試みにおいて、種々の磁力計をベースとしたシステムが、最近、胸郭及び腹部の変位、種々の呼吸パラメータの変位を測定するために開発されてきた。上記磁力計をベースとしたシステムは典型的には、少なくとも一対の同調空心磁力計又は電磁コイルを含む。対となった磁力計は、その間の離間距離の変化に応答し、その変化は、対となった磁力計の間の磁場の強さの差に影響される。

胸郭の前後径の変化（又は変位）を測定するために、第一の磁力計が典型的に、胸骨の上で４番目の肋間のスペースに最も近いレベルに配置され、第二の磁力計が同じレベルの背骨の上に配置される。

いくつかの磁力計をベースとしたシステムにおいて、追加の磁力計がシステムの精度を増大させるために使用される。例えば、腹部の前後方向の直径の変化を測定するために、臍のレベルで３番目の磁力計が腹部に置かれて、４番目の磁力計が同じレベルの背骨の上に配置される。磁力計をベースとしたシステムの実例が、米国特許公開第2011/0054271号に開示されている

操作上の距離範囲にわたって、出力電圧は二つの磁力計の間の距離と直線的に関連する（磁力計の軸線が互いに実質的に平行に維持されている場合）。軸線の回転が電圧を変更するので、磁力計は一般に、被験者の皮膚に、平行した状態で留め付けられ、これにより、その下の柔らかい組織の動きのために回転は最小となる。

被験者の皮膚への直接磁力計の留め付けに関連する問題を解消するために、磁力計をベースとしたシステムは、例えばシャツやベストといった着用可能なガーメントに磁力計（及び関連する生理学的センサ）を、埋め込みまたは支持するように構成されている。着用可能なモニタリング用ガーメントはまた、繰り返しの利用を容易にし、被験者の胴体上の適切な（または所望の）位置に磁力計を便利に位置決めすることを容易にする。

多くのガーメントをベースとした磁力計システムに関連する主な欠点及び不利な点は、磁力計及び他の電子素子により、されにそれらの間での通信を実現するために使用されるワイヤが、典型的にガーメントの外側に配置されるか、または内部に部分的または全体的に配置されることである。その結果、ワイヤは、多くの場合、被験者の上に引っかかったり、もつれたりする。ワイヤはまた、可動性を妨げ、重量をより重くする。さらに、ワイヤは一般に、洗濯可能ではないか、または耐腐食性がない。従って、そのようなデザインは、頑強ではない。

露出したワイヤに関連する欠点を克服するための努力において、様々なシステムが伝導性のあるガーメント生地を使用するように開発されてきた（電子回路及び/又はデータ並びに電力用導体がガーメントそれ自体内に組み込まれている。）。こうしたガーメントをベースとしたシステム実例が、米国特許第6080690号及び同第5906004号に開示されている。

しかし、そのようなシステムに関連したいくつかの欠点がある。例えば、電子部品の間でのデータ又はパワーのルーティングはガーメント布地の電気の接合点を広範囲に形成しない限り（非常に面倒な製造工程となる）制限される。さらに、そのようなガーメントはまた心地悪く、繰り返される洗浄サイクルに耐えることができない。

露出された配線だけでなく伝導性のガーメント布地を使用しているシステムのさらなる欠点と不利な点は、外部又はポータブルモジュール又はサブシステム（例えば、処理又は制御ユニット）と、集積回路及び/又は電子素子との間で効果的又は確実な機械的でかつ電気的な相互接続を達成することが困難なことである。

そのため、（i）使用者又は着用者に関連した一つ以上の生理学的特徴、特に呼吸の特徴を正確に測定し、（ii）使用者らの体に電極を留め付けること又は伝導性ジェルを使用することを使用者に要求せず、(iii) 露出する電気の回路を含まず、（iv）着用者により接続や配線されなければならないワイヤを含まず、（v）使用者による活動や義務を妨げず、（vi）美的で快いガーメントをベースとした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することが望まれている。

従って、本発明の目的は、（i）胸郭の前後径の変化（又は変位）及び胸壁の軸線方向の変位の変化を正確にモニタリングし、検出し、（ii）モニタリングされた被験者に関連した解剖学的及び生理学的情報を、前記変位を反映する信号の関数で、正確に決定する、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、使用者又は着用者に関連付けられた複数の生理学的特徴を正確に測定する、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、使用者が電極を自らの体に留め付けること、又は伝導性ジェルの使用を必要としない、改良されたガーメントをベースとした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、露出した電気回路を含まない、改良されたガーメントをベースとした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、着用者より接続され又は配線されなければならないワイヤを含まない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、外部モジュール、例えば処理ユニットを接続するための信頼性が高く、効果的な手段を含む、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、使用者の活動や義務を妨げない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、ガーメントの着用の前後での準備が最小又は全くない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、使いやすい、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、美的で快い、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供することである。

本発明は、改良された生理学的モニタリングシステム及び関連する方法に関する。本発明の好適な実施例では、本システムは、少なくとも着用者の胸部領域及び背中の上部を覆うように構成されたガーメントを含む。本ガーメントは、呼吸検出システム及びこれに関連した一体の信号伝送用導体を有する、伸縮性周囲バンドを含む。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、信号伝送用導体と通信する一つ以上の追加の生理学的センサを含む。

発明の好適な実施例では、呼吸検出システムは、使用者の胸郭の前後径の変化（又は変位）、及び使用者の胸壁の軸線方向の変位をモニタリングし、検出するために構成され、（ガーメントバンドを介して）配置される、二つの磁気コイル又は磁力計を含む。

発明の好適な実施例では、本システムは、ガーメントバンドに着脱自在に取り付けられるように構成された電子モジュールをさらに含む。

発明の好適な実施例では、電子モジュールは少なくとも処理システム及びデータ通信システムを含む。

好適な実施例では、モジュール処理システムは、呼吸検出システム及びその機能、並びに信号の伝送及びそこからの受信を制御するための、プログラム、インストラクション、並びに関連アルゴリズム及びパラメータを含む。

モジュール処理システムはまた、呼吸検出システムからの伝送又は信号の取得及び処理を行うように、さらに、モニタリングされる被験者に関連した解剖学的及び生理学的情報、並びに少なくとも1つの呼吸特性を決定するように、好適にプログラムされ、適合される。

好適な実施例では、データ通信システムは、処理された信号をワイヤレスで送信するために好適に構成された送信機を含む。

発明の好適な実施例では、モニタリングシステムは、ガーメントバント、したがって信号伝送用導体、呼吸検出システム、及び追加の生理学的センサー（使用される場合）と電子モジュールによる、さらにそれらの間の通信を容易にするユニークな自己整列磁気接続システムを含む。

好適な実施例では、ガーメントバンドは、第一の磁気コネクタサブシステム（ガーメントの外から接続可能）を含む、電子モジュールは、第一の磁気コネクタサブシステムと嵌合する第二の磁気コネクタサブシステムを含む。

いくつかの実施形態では、モニタリングシステムは、伝送された処理信号を受信するようにプログラムされ、構成された受信機を有する遠隔ディスプレイユニットを含む。遠隔ディスプレイは、表示部に受信され処理信号を表示するようにプログラムされている。

さらなる特徴及び利点は、添付の図面に示されるように、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。図面をとおして、同じ部品、要素には同じ符号が参照される。
図１は本発明に従った生理学的モニタリングシステムの略図である。 図２は本発明に従った電磁コイル、すなわち磁力計の構成の略図である。 図３は、本発明の一実施形態に従った被験者における図２に示された対の電磁コイルの配置の位置を示す被験者の側面図である。 図４は、本発明の一実施形態に従った被験者の前面上における第一の電磁コイルの位置を示す被験者の斜視図である。 図５は、本発明の一実施形態に従った第二の電磁コイルの位置を示す被験者の背中の平面図である。 図６は、本発明に従った被験者に着用可能な生理学的モニタリングシステムの一実施形態の斜視図である。 図７は、本発明に従った、図６に示された着用可能な生理学的モニタリングシステムへの取り付けのために構成されている伸縮システムバンドの一実施形態の平面図である。 図８は本発明に従った電子モジュールの一実施形態の斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態に従ったモジュール磁気コネクタサブシステムを示す、図８に示された電子モジュールの背面図である。 図１０は、本発明の一実施形態に従った、図９に示されたモジュール磁気コネクタサブシステムと嵌合するように構成されたバンド磁気コネクタサブシステムを示す、図６に示された着用可能な生理学的モニタリングシステムの他の斜視図である。 図１１は、本発明の一実施形態に従った、取り付けられた図８及び図９に示された電子モジュールを示す、図６に示された着用可能な生理学的モニタリングシステムの他の斜視図である。 図１２は本発明に従った磁気コネクタの一実施形態の組立斜視図である。 図１３は本発明の一実施形態に従った、図１２に示された磁気コネクタの分解斜視図である。 図１４は、本発明の一実施形態に従った係合端部上にある伝導性パッドを示す、磁気コネクタの上部部材の一実施形態の平面図である。 図１５は、本発明の一実施形態に従った、ベース上の伝導性パッドと嵌合する磁気コネクタの底部部材の一実施形態の平面図である。 図１６は、本発明の一実施形態に従った、係脱方向を示す図１３に示された磁気コネクタの部分縦断面図である。 図１７は、本発明の一実施形態に従った、係脱方向を示す図１３に示された磁気コネクタの部分縦断面図である。

本発明を詳細に説明する前に、本発明は、特に例示の装置、システム、構造又は方法（もちろん種々の変形できる）に限定されないことが理解されるべきである。本明細書に記載のものと類似又は等価の多数の装置、システム及び方法が、本発明を実施するために使用することができるが、好適な装置、システム、構造及び方法が、本明細書に記載される。

また、本明細書で使用される用語は、本発明の特定の実施形態を説明する目的のためのものであり、限定することを意図するものではないことを理解すべきである。

特に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、一般的に、本発明が属する当業者によって理解されるのと同じ意味を有する。

さらに、ここで引用されたすべての刊行物、特許及び特許出願は、上記または下記にかかわらず、本明細書にその全体が参考として組み込まれる。最後に、本明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、単数形式の表現は、内容を明確に指示しない限り、複数の場合を含む。従って、例えば、「センサ信号」への言及は、2つ以上のそのような信号等を含む。

定義
ここで使用される用語「呼吸パラメータ」及び「呼吸特性」は、呼吸器系及びその機能に関連付けられた特性を意味し、含み、限定ではないが、呼吸頻度、一回換気量、吸気量、呼気量、毎分換気量、吸気呼吸時間、呼気呼吸時間、及び流速（例えば胸壁の容積の変化率）を意味し、含む。

用語「呼吸パラメータ」及び「呼吸特性」はさらに、胸壁の区画の同期又は非同期運動からの換気力学に関連するパラメータを意味し、含む。

本発明に従って、流速及び呼吸加速は容量信号から決定できる。また、換気力学に関する多くの推測が、胸壁を構成する個別の区画の間に発生する動きの非同期性の程度から導出できる。

本明細書で使用される用語「呼吸器系障害」、「呼吸器疾患」、及び「呼吸有害事故」は、正常な呼吸又は換気プロセスを妨げる呼吸器系の機能不全を意味し、含む。

本明細書で使用される用語「生理学的パラメータ」および「生理学的特性」は、限定されないが、心臓の電気的活動、他の筋肉の電気的活動、脳の電気的活動、脈拍数、血圧、血中酸素飽和度、皮膚温度、及び深部体温を意味し、含む。

以下の開示はさらに、本発明の1つ以上の実施形態を実施する最良の形態を実施できるように、説明するために提供される。本開示は、本発明を限定するのではなく、その発明の原理及び利点のための理解と認識を高めるために提供される。本発明は、本出願の係属及び発行されたこれらの請求項の全てについて行われる補正を含む特許請求の範囲によってのみ規定される。

また、本発明の生理学的モニタリングシステム及び関連する方法は、人体内の生理学的パラメータ及び特性のモニタリングとの関連で本明細書に記載されているが、本発明はそのような使用に限定されるものでないことは理解されよう。生理学的モニタリングシステム及び関連した本発明の方法はまた、ヒト以外の体における生理学的パラメータをモニタリングするために使用することができる。

磁力計及び磁力計システムに関連して本発明が記述されるが、システム内の二つ以上のセンサ間の距離の変化を測定することが可能な他のタイプのセンサシステムが、磁力計に代えて、又はこれとともに使用できることは理解されよう。従って、本発明は、胸郭の前後径の変化及び/又は胸壁の軸線方向の変位における測定された変化を表す信号を取得するためには、電磁コイル又は磁力計の使用に限定されない。実際には、前記解剖学的パラメータを測定するように容易に適合できる様々な更なる手段及びデバイスが、本発明の範囲内で使用することができる。このような手段及びデバイスとして、限定されないが、ホール効果センサが挙げられる。

一つのセンサから他のセンサに送信した信号の時間遅延を測定でき、従って、二つのセンサ間の距離を決定できる無線センサは、本発明に従って、磁力計と置き換えることができ、又はこれに加えて提供され得る。

本発明の生理学的モニタリングシステム及び関連する方法はまた、液体及び/又は気体を含めるために使用される伸張性ブラダー（bladder）内の容積の変化を決定するような非医療の環境で使用することができる。

上述のように、本発明は、改良された生理学的モニタリングシステム及び関連する方法に関するものである。好ましい実施形態において、そのモニタリングシステムは、少なくとも胸部領域及び着用者の背中上部を覆うように構成されたガーメント（衣服）を含み、さらに伸縮性の周囲バンドを含む。

好ましい実施形態では、バンドはガーメントの内部に取り付けられる。本発明に従って、バンドは、ガーメントに固定されてもよく、又は、例えばジッパーやVelcro（登録商標）システムを介してガーメントに着脱自在に取り付けられてもよい。

図１に示されているように、本発明の好ましい実施形態では、モニタリングシステムは、呼吸検出システム20、信号伝送用導体10及び電子モジュール40を含む。図1に示されるように、システム100はさらに電源60を含む。

本明細書で詳述されるように、本発明の好ましい実施形態において、呼吸検出システム20は、伸縮性の周囲ガーメントバンドによって固定され、位置決めされている電磁コイル又は磁力計の対を含む。

好ましい実施形態において、システム100はさらに、電子モジュール40を含む。モジュール40は、好ましくは、プログラムとその呼吸検出システム20及び機能、並びにそこからの信号の送信および受信を制御するようにプログラムされ、構成された処理システムを含む。

モジュール処理システムはまた、呼吸検出システム20からの伝送及び信号を取得し、処理するため、さらに、少なくとも一つの呼吸の特徴を含む、モニタリング対象被験者と関連付けられた解剖学的及び生理学的情報（信号の関数）を決定するために、好適にプログラムされ、適合されている。

好ましい実施形態では、電子モジュール40は、例えばベースモジュールといった遠隔信号受信デバイス又はスマートフォン、タブレット、コンピュータ等のような携帯式電子デバイスに、処理された信号をワイヤレスで伝送するようにプログラムされ、構成された送信機を有するデータ伝送システムを、さらに含む。

好ましい実施形態においては、このことは、医療専門家への分析及び再送信のためのスマートフォン又はタブレットに医療用の生理学的信号を伝達するのに十分な帯域幅を提供するために、Blue-toothLow Energyのものとは区別される、標準的Blue-tooth通信プロトコルを使用して達成される。

好ましい実施形態では、Blue-tooth送信は、エネルギーを維持してバッテリー寿命を延ばすために中間待機期間をもちながら行われる。好ましい実施形態では、このために、送信が時間の20％未満を発生し、電力が時間の80％の間スタンバイモードとなるプロトコルが利用される。

好ましい実施形態では、電子モジュールは、生理学的波形及び関連する分析が遠隔健康モニタリングサービスによって見ることができるように、Safari、Google Chrome、Firefox、又はWindows（登録商標） Explorerといったウェブブラウザを介してアクセスするために生理学的データをワイヤレスで再送信することができる。好ましい実施形態では、この再送信プロトコルは、802.11（様々な形態及びデータレート（802.11 b,g,nなど））のような標準的な通信フォーマットを使用して、又は電話システムを介したデータ通信用の規格である3Gや4Gのような無線データフォーマットを利用して、行われる。

上述したように、本発明のいくつかの実施形態では、モニタリングシステム100は、パルスオキシメータ（SpO₂）45a又はコア体温センサ45b（信号伝送用導体10と通信する）のような一つ以上の生理学的センサを、さらに含む。

好ましい実施形態では、モニタリングシステム100は、自己整列磁気接続システム30をさらに含む。このシステム30は、ガーメントバンドと、信号伝送用導体10、呼吸検出システム20及び追加の生理学的センサ（使用される場合）、並びに電子モジュール40の接続、従ってそれらによる、さらにそれら間の信号通信を容易にする。

いくつかの実施形態では、モニタリングシステム100は、さらに、送信された処理信号を受信するように、プログラムされ、構成された受信機を有する遠隔ディスプレイユニット102を含む。遠隔ディスプレイユニット102も、受信された処理信号をディスプレイユニット102に表示するためにプログラムされた第二の処理システムを含む。

図１−１１を参照して、本発明の生理学的モニタリングシステムの例示的な実施形態が詳細に説明される。上述したとおり、モニタリングシステム100は、（i）胸郭の前後径の変化（又は変位）及び胸壁の軸線方向の変位をモニタリングし、検出するため、及び（ii）上記解剖学的な変位を反映する信号の関数として、モニタリング被験者に関連付けられる解剖学的及び生理学的情報を決定するために、適合されている。

いくつかの実施形態では、モニタリングシステム100は、さらに、モニタリング被験者に関連する一つ以上の追加の生理学的特徴をモニタリングするように構成される。

図１、図６及び図７に示されているように、生理学的モニタリングシステム100は、好ましくは、伸縮性周囲バンド105を含むガーメント（一般に、符号101で示されている）を含む。好ましい実施形態において、バンド105は、図６に示されているように、ガーメント101の内側部分に取り付けられている。上記のとおり、バンド105は、ガーメントに固着してもよく、ジッパーやVelcro（登録商標）システムなどを介してガーメントに着脱自在に取り付けてもよい。

本発明に従って、ガーメント101は、可変なロフト及び厚さの繊維を有する種々の従来の織物からなってもよい。本発明のいくつかの実施形態では、ガーメントは、Lycra等の材料で構成された体形フィットガーメントを含む。

本発明のいくつかの実施形態では、ガーメント101の肩部110の少なくとも一方が、例えば、高齢者の着用者に、ガーメント101を容易に着せられるように、二つの部分、すなわち重ね合わせストラップの構成を含んでよい。上述の実施形態において、その二つの部分は、ガーメント101が着用者の身体上に配置された後、重ね合わせストラップの端部を固定するために、従来のVelcro（登録商標）システム又はフック又はスナップを含んでもよい。本発明の好ましい実施形態において、ガーメント101は、例えば電子モジュール40（後述）、診断装置などの電子部品を、ガーメントバンド105に容易に取り付けるために、ガーメント101の正面に好適に位置する少なくとも一つの開口部を含む。

好ましい実施形態では、ガーメントバンド105は、呼吸検出システム20及び一体的な信号伝送用導体10を柔軟な構成（図７を参照）で有する。システム100は、バッテリーのような電源60をさらに含む。

本発明のいくつかの実施形態では、信号伝送用導体10は伝導性織物を含む。いくつかの実施形態では、信号伝送用導体10は、細い線状部材、例えば導線で包まれているスレッドやコードからなる。好ましくは、線状部材は伸縮性部材からなり、すなわち、少なくとも部分的に伸縮性材料から構成され、導線は伸縮性部材の周りに螺旋状に巻かれている。

図３−６に示されているように、呼吸検出システム20は、伸縮性バンド105によって固定され、位置決めされている電磁コイル又は磁力計22a、22bの対を含む。本発明のいくつかの実施形態では、バンド105は、磁力計22a、22bを着脱自在に収納、すなわち配置するように構成されたポケットを含む。いくつかの実施形態では、磁力計22aは、22bはバンド105に固着されている。

好ましい実施形態では、対の磁力計22aと22bは、被験者200、すなわちシステム100の使用者の胸郭201の前後径の変化（または変位）及び胸壁の軸方向変位をモニターするために構成され、配置される。

図示の実施形態では、第一の磁力計22aは送信磁力計を含み、第二の磁力計22bは受信磁力計22bを含む（図２を参照）。

上述し、図３−５に示されているように、磁力計22a、22bは、好ましくは、同一面内に配置されている（線23で示されている）。好ましくは、第一の磁力計、すなわち22a又は22bが、被験者200の前面で被験者の臍の近くに配置され、対となる第二の磁力計は、被験者200の背面で同じ軸線方向位置に配置される。

図示の実施形態では、第一の磁力計22aは被験者200の前面に配置され、第二の磁力計22bは被検者200の裏面の上に配置される。

図８−１１に示されているように、システム100は、電子モジュール40（下述されるように、バンド105に着脱自在に取り付けられるように構成されている）。本発明の好ましい実施形態では、電子モジュール40は、少なくとも処理システム及びデータ伝送システムを含む。

好ましくは、モジュールの処理システムは、呼吸検出システム20、従って、対を成す磁力計22a、22b及びそれらの機能、そこからの信号の送信及び受信、並びにデータ伝送システムを制御するためのプログラム、命令並びに関連するアルゴリズム及びパラメータを含む。

モジュール処理システムもまた、呼吸検出サブシステム20からの送信又は信号、すなわち磁力場の変化を反映する信号（及び、対の磁力計22a、22bとの間の離間距離の変化）を取得し、処理するため、及び少なくとも1つの呼吸特性、より好ましくは複数の呼吸特性を含む、モニタリング対象の被験者に関連した解剖学的及び生理学的情報（信号の関数として）を決定するために、好適にプログラムされ、適合される。

本発明のいくつかの実施形態では、処理システム（又は、下述される遠隔ディスプレイユニット102）は、呼吸検出システム20からの信号が、呼吸速度又は他の生理学的パラメータ（モニタリングされるもの）が所定の範囲外にあることを示す場合に、警報信号が送信されるというルールを含む「ルールセット」を有する。

好ましい実施形態では、データ伝送システムは、処理された信号を遠隔信号受信装置、例えば、ベースモジュール又はスマートフォン、タブレット、コンピュータなどのような携帯電子機器にワイヤレスで送信するように、プログラムされ、構成された送信機を含む。

好ましい実施形態では、これは、医療グレードの生理学的信号を、分析及び医療専門家への再送信のためにスマートフォン又はタブレットに転送するのに十分な帯域を与えるために、Blue-tooth Low Energyとは区別される標準Blue-tooth通信プロトコルを使用して達成される。

好ましい実施形態では、Blue-tooth送信は、エネルギーを維持し、バッテリーの寿命を延ばすために中間待機期間をもって達成される。好ましい実施形態では、これは、通信が時間の20％未満で発生し、電力が時間の80％でスタンバイモードにあるプロトコルを利用する。

好ましい実施形態では、電子モジュールは、生理学的波形及び関連する分析が遠隔健康モニタリングサービスによって見ることができるように、Safari、Google Chrome、Firefox、又はWindows（登録商標） Explorerといったウェブブラウザを介してアクセスするために生理学的データをワイヤレスで再送信することができる。好ましい実施形態では、この再送信プロトコルは、802.11（様々な形態及びデータレート（802.11 b,g,nなど））のような標準的な通信フォーマットを使用して、又は電話システムを介したデータ通信用の規格である3Gや4Gのような無線データフォーマットを利用して、行われる

いくつかの実施形態では、電子モジュール40は、GPS又は他の位置検出サブシステム、及び/又は加速度計のような動き検出器を、さらに含む。加速度計は、３軸を感知する能力を備え、地球の着実な重力場とともに動きの変化を検出することができる。地球の通常の重力場が、表面に垂直で他の角度をもたないときに1ｇであることを利用し、加速度計の位置は、加速度計から読み取る低周波又はDCから導出することができる。従って、立った状態、横たわった状態、正面、側面、又は背面に対する身体の活動及び位置が導出され、表示され、電話テキストメッセージ、又は電子メールにより遠隔でモニタリングする人に伝送される。

いくつかの実施形態において、モジュール40はまた、受信され、さらに/又は処理された信号を表示するようにプログラムされ、構成される。

いくつかの実施形態では、システム100はさらに、ECG、温度またはSpO2センサのような一つ以上の追加の生理学的センサを含む。少なくとも一つの実施形態において、システムは温度センサを含む。

上記に示したように、好ましい実施形態では、モニタリングシステム100は、自己整列磁気接続システム30をさらに含む。このシステム30は接続を容易にし、これによりガーメントバンド105、したがって信号伝送用導体10、呼吸検出システム20及び追加の生理学的センサ（使用される場合）と、電子モジュール40とによる、さらにそれら間の信号通信を容易にする。

本発明の好ましい実施形態では、磁気接続システム30は、協働する磁気コネクタサブシステムを含む。図7に示されているとおり、好ましい実施形態では、ガーメントバンド105は、第一の磁気コネクタサブシステム32を含む。第一の磁気コネクタサブシステム32は、好ましくは、少なくとも一つ、より好ましくは、複数の伝導性パッド（又はピン、例えばポゴピン）（信号伝送用導体10と通信する）を含む。

図9に示されているように、電子モジュール40は、第一の磁気コネクタサブシステム32と嵌合するように構成された第二の磁気コネクタサブシステム34を含む。第二の磁気コネクタサブシステム34も同様に、第一及び第二の磁気コネクタサブシステム32,34が係合するとき、第一の磁気コネクタパッド（又はピン）と嵌合するように構成され、整列した少なくとも一つ、より好ましくは、複数の伝導性パッド又はピンを含む。

磁気コネクタサブシステム32、34は通信を容易にし、これにより、電子モジュール40と、バンド105、したがって（磁気コネクタサブシステム32、34が係合したとき）、信号伝送用導体10（及びこれに関連した電子素子）による、さらにそれらの間の通信を容易にする。

いくつかの実施形態では、システム100は遠隔ディスプレイユニット102を含む。好ましい実施形態では、遠隔ディスプレイユニットは、送信された処理信号を受信するように構成され、プログラムされた受信機、及びディスプレイユニット102に、受信された処理信号を表示するようにプログラムされた第二の処理システムを含む。

上述の実施形態では、電子モジュール40は、遠隔ディスプレイユニット102からの通信を受信するための受信機を含む。

本発明に従って、システム100は、処理された信号を表示し、格納するために、ネットワークを介してアクセス可能なウェブサイトのようなポータル（遠隔ディスプレイユニット102に応答する）を、さらに含むことができる。

図１２−１７に示されているように、本発明の接続システム30及び電子モジュール40に関連付けられる、ユニークな第一及び第二の磁気コネクタサブシステム32、34は以下で詳細に説明される。図１２及び図１３に、第一及び第二の磁気コネクタシステム32、34の一体部品である磁気コネクタ31が示されている。

図１３に示されているように、コネクタ31は、上部（または雄部）部材33aと下部（または雌部）部材33bとを含む。図１６に示されているように、上部部材33aは第一の極性を有する第一の磁石35aを有し、下部部材33bは第二の（又は反対）の極性を有する第二の磁石35bを含む。

上部部材33aは、以下にさらに説明するが、下部部材33bに位置するように構成された係合端部37を含む。図１４に示されているように、本発明の好ましい実施形態では、上部部材33aの係合端部37は、複数の伝導性パッド部39aを含む。

上部部材33aは、伝導性パッド部39aと通信する伝導性の回路接続用ポスト39cを少なくとも一つ、より好ましくは複数個、さらに含む。好ましい実施形態では、接続用ポスト39c（好ましくは、係合端部37に対向する端部に配置される）は、例えばモジュール40に関連する電子回路を上部部材33aに接続するように構成される。

図１３に示されているように、下部部材33bは、スプリングシート37内に位置するように設計され、構成されたスプリングクリップ36を含み、そのクリップ36は、上部部材33aが下部部材33b内に位置したとき（図１２を参照）、上部部材33aの係合端部37の凹部領域37aと係合する。

図１５に示されているように、下部部材33bはまた、下部部材33bの基部に配置される伝導性パッド39bを備える。下部部材のパッド39bは下部部材33b内に配置され、上部部材及び下部部材33a、33bが接続されると、上部部材のパッド39aは下部部材のパッド39bと整列し、これにより上部部材33aを介して送信された信号は下部部材33bと通信する。

下部部材33bは同様に、伝導性パッド39bと通信する伝導性の回路接続用ポスト39dを少なくとも一つ、より好ましくは複数個含む。接続ポスト39dは、例えばガーメントバンド105に関連する装置の電子回路を下部部材33bに接続するように構成されている。

下部部材33bはさらに、以下に説明されるように、上部部材33aを下部部材33bから容易に離脱できるように大きさが決められ、構成された上部部材係合解除スロット38を含む。

図１６に示されているように、上部部材及び下部部材33a、33bと係合するように、上部部材33aは、下部部材33bに近接して配置され、矢印Eの方向に移動させられる。上部部材と下部部材33a, 33bが互いに第一の間隔距離まで移動すると、反対の極性をもつ磁石35a、35bの力により、下部部材33b内の上部部材33aの係合端部37の確実な配置が容易になる。上部部材33aはスプリングクリップ36を介して下部部材33bに固定され、すなわち、矢印Eと反対方向に向かう直線運動が制限される。

図１７に示されているように、上部部材及び下部部材33a、33bの係合を解除するために、上部部材33aは、矢印Dの方向に移動させられ、これにより、上部部材33aの係合端部37は、下部部材33bの上部部材係合解除スロット38を通過する。

図９及び図１０に示されているように、本発明の一実施形態では、第一の磁気コネクタサブシステム32（接続システム30に関連する）は、少なくとも一つのコネクタ部材33a、33bを含み、第二の磁気コネクタ34（電子モジュール34に関連する）は、少なくとも一つの向かい合う部材33a又は33bを含む。

本発明のいくつかの実施形態では、第一の磁気コネクタサブシステム32は少なくとも一つの上部部材33aを有し、第二の磁気コネクタサブシステム34は少なくとも一つの下部部材33bを含む。

いくつかの実施形態では、第一の磁気コネクタサブシステム32は少なくとも一つの下部部材33bを含み、第二の磁気コネクタは少なくとも一つの上部部材33aを含む。

いくつかの実施形態では、第一の磁気コネクタサブシステム32は一つの上部部材33a及び一つの整列した下部部材33bを含み、第二の磁気コネクタサブシステム34は、嵌合する下部及び上部部材33b、33aを含む。

図示の実施形態では、第一の磁気コネクタサブシステム32は二つの離間した下部部材33bを含み、第二の磁気コネクタサブシステムは二つの同様に離間した上部部材33aを含む。上記実施形態において、下部部材33b内の上部部材の係合解除スロット38は垂直軸線又は水平軸線に実質的に整列する。

上記実施形態において、下部部材パッド39bはバンド105、従って、信号伝達用導体10と通信し、上部部材パッド39aは電子モジュール40の電子機器と通信する。

好ましい実施形態では、下部部材33b内に配置された磁石35aは反対の極性を有し、これにより対となった上部及び下部部材33a、33bの磁気的係合のみが実現され、コネクタパッド39a、39bの適切な接続は確実なものとなる。

当業者には容易に理解されるように、本発明は、生理学的特性をモニタリングするため、及び/又は検出するための従来技術の方法及びシステムに比べて多くの利点を提供する。利点は、次のとおりである。
・（i）胸郭の前後径の変化（又は変位）及び胸壁の軸方向の変位を正確にモニタリングし、さらに検出し、及び（ii）モニタリングを行う被験者の解剖学及び生理学的情報を、上記解剖学的な変位を反映する信号の関数として正確に決定する、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム並びに方法の提供。
・使用者又は着用者に関連した一つ以上の追加の生理学的特徴、たとえば体温を正確に測定する、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・使用者に、自らの体に電極を確実に取り付けること、伝導性ジェルを使用することを要求しない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・露出した電気回路を含んでいない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法を提供。
・着用者によって接続されなければならない、又は経路を定めなければならないワイヤを含まない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・外部モジュール、例えば処理ユニットを接続するための信頼性が高く効果的な手段を含む、改良されたガーメントをベースとした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・両者の活動や業務を妨げない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・ガーメントの着用の前後の準備を最小とし、又は全く必要としない、改良されたガーメントをベースにした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。
・適用が容易で、美的で快い、改良されたガーメントをベースとした生理学的モニタリングシステム及び方法の提供。

本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば、種々の用途および条件に適合させるために、本発明に様々な変更及び修正を行うことができる。このように、これらの変更および修正は、適切に、公正に特許請求の範囲の同等の全範囲内にある。

Claims (8)

1. 生理学的モニタリングシステムであって、
   少なくとも着用者の胸部領域及び背中の上部を覆うように構成されたガーメントと、
   前記ガーメントに取り付け可能な伸縮性周囲バンドであって、呼吸検出システム及び柔軟な構成をもつ一体の信号伝送用導体を含む伸縮性周囲バンドと、ここで、前記呼吸検出システムは、前記ガーメントにより留め付けされ、配置される二つの磁気コイルを含み、該磁気コイルは、前記着用者の胸壁の軸線方向の変位をモニタリングし、検出するように構成され、
   前記ガーメントに着脱自在に取り付けられる電子モジュールと、ここで該モジュールは処理システム及びデータ伝送システムを含み、前記処理システムは、前記呼吸検出システムを制御し、前記呼吸検出システムにより送信される信号を取得し、処理し、前記着用者に関連した生理学的情報を、前記呼吸検出システムの信号の関数として決定するためのプログラム、インストラクション、関連するアルゴリズムを含み、前記データ伝送システムは、前記呼吸検出システムの処理された信号をワイヤレスで送信するように構成された送信機を含み、
   前記電子モジュールを前記バンドに着脱自在に取り付け、連結するように、さらに前記電子モジュールと前記バンドの前記信号伝送用導体との間に信号通信経路を与える自己整列磁気接続システムと、
   を含む、生理学的モニタリングシステム
2. 前記システムが、遠隔ディスプレイユニットを含む、請求項1に記載の生理学的モニタリングシステム。
3. 前記遠隔ディスプレイユニットが、前記電子モジュールからの処理信号を受信するように構成された受信機を含む、請求項２に記載の生理学的モニタリングシステム。
4. 前記磁気接続システムが、第一及び第二の磁気コネクタサブシステムを含み、前記第一の磁気コネクタサブシステムは、前記バンドに取り付けられ、前記一体の信号伝送用導体と通信し、前記第二の磁気コネクタサブシステムは、前記電子モジュールに取り付けられ、モジュール回路と通信する、請求項１に記載の生理学的モニタリングシステム。
5. 前記第一の磁気コネクタサブシステムが前記ガーメントの外からアクセス可能である、請求項４に記載の生理学的モニタリングシステム。
6. 前記システムが、前記信号送信導体と通信する少なくとも一つの追加の生理学的センサを含む、請求項１に記載の生理学的モニタリングシステム。
7. 前記少なくとも1つの生理学的センサが、体温センサを含む、請求項６に記載の生理学的モニタリングシステム。
8. 前記ガーメントがLycra（登録商標）で構成されている、請求項1に記載の生理学的モニタリングシステム。

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