JP2017500938A - 心拍モニタに関する対向する加速度計 - Google Patents
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Abstract
人１０のパルスを検出する心拍モニタ４０が、プラットフォーム４３、複数の多軸加速度計４１Ｒ、４１Ｌ及びパルス検出器４４を使用する。多軸加速度計４１Ｒ、４１Ｌは、上記プラットフォーム４３に接合され、加速度検出軸４２Ｒ、４２Ｌに対する上記人１０の生理的運動１２の上記加速度計４１による検出を示す差分モード信号ＡＺＲ、ＡＺＬを生成し、及び上記加速度検出軸４２Ｒ、４２Ｌに対する上記人１０による外部の運動の上記加速度計４１Ｒ、４１Ｌによる検出を示す共通モード信号ＡＸＲ、ＡＸＬ、ＡＹＲ、ＡＹＬを生成する。パルス検出器４４は、上記多軸加速度計４１Ｒ、４１Ｌに動作可能に接続され、上記差分モード信号ＡＺＲ、ＡＺＬを組み合わせ、上記共通モード信号ＡＸＲ、ＡＸＬ、ＡＹＲ、ＡＹＬをキャンセルすることにより、上記加速度検出軸４２Ｒ、４２Ｌの垂直整列の機能として、パルス信号ＰＳを生成する。
Description
本発明は一般に、患者のパルスを検出する基礎として加速度計を使用する心拍モニタに関する。本発明は特に、角度方向において多軸加速度計を使用する心拍モニタに関する。これは、患者の外来の運動から得られる運動アーチファクトと患者のパルスとの区別を容易にする。
従来において知られる心拍モニタは、リアルタイムに患者の心拍の測定を実行する。特に、トリアージ及び心臓治療の案内に関連付けられる緊急ケアに関して、心拍モニタは、簡単に使用でき、非侵襲性で、パルス検出目的に関して信頼性が高いよう設計される。このため、図１に示されるように、現在の心拍モニタは、人１０の複数の容易にアクセス可能な動脈のいずれかにわたり、人１０の胸部に対して巻かれる多軸（ＸＹＺ）加速度計２０を使用することが知られている。これにより、人１０のパルスを検出する基礎として、人１０の循環系１１により生成される人１０の波打つ生理的運動１２が検出される。
しかしながら、加速度計２０のＸＹＺ軸２１は、人１０の全体の運動から得られる加速度を経験する。こうして、人１０のパルスが測定可能な生理的運動１２を生成する一方、人１０に対して外部の運動ソースは、より大規模な波打つ外来の運動１３からより大きい運動アーチファクトを生成する場合がある。これは、人１０の生理的運動１２（例えば、人１０上の心肺蘇生術（「ＣＰＲ」）努力、人１０の輸送／運動等）を隠す。結果的に、運動アーチファクトは、パルス検出に関して人１０の胸部に対して巻かれる加速度計２０の適用性を制限する。
加速度計２０の欠点を解決するため、図２に示される本発明は、角度方向において人１０の体表上に、２つの多軸（ＸＹＺ）加速度計２０Ｒ及び２０Ｌの配置を含む。これにより、加速度計２０Ｒ及び２０Ｌの個別のＸＹＺ軸２１Ｒ及び２１Ｌが、循環系１１により生成される生理的動作１２Ｒ及び１２Ｌを個別に検出し、外来の運動１３から生成される運動アーチファクトを等しく検出する。特に、個別の垂直軸ＺＲ及びＺＬは、人１０の体表に対して垂直であり、個別の生理的動作１２Ｒ及び１２Ｌから主に、そうでなければ完全に得られる加速度を個別に経験する。逆に、個別の長手軸ＸＲ及びＸＬ及び個別の水平軸ＹＲ及びＹＬは、患者の体表に対して平行であり、外来の運動１３から主に、そうでなければ完全に得られる加速度を共通して経験する。例えば、本書に更に説明されるように、加速度計２０Ｒ及び２０Ｌは、図２に示されるように人１０の鼻１５に取り付けられることができるか、又は図２に示されるように人１０の頭部１６に対して巻かれることができ、個別の生理的運動１２Ｒ及び１２Ｌを個別に検出し、外来の運動１３を共通して検出する。加速度計２０Ｒ及び２０Ｌの角度方向についての知識は、加速度計２０Ｒ及び２０ＬのＸＹＺ軸２１Ｒ及び２１ＬのベースラインＸＹＺ軸２１Ｂに対する数学的回転を容易にする。これは、加速度計２０Ｒ及び２０Ｌにより検出される運動の全体により及ぼされる力の方向における差が原因で、外部の運動１３のキャンセル及び生理的運動１２の補強を可能にする。
本発明の１つの形は、複数の多軸加速度計を含む心拍モニタにより人のパルスを検出する方法である。この方法は、加速度検出軸に対する人の生理的運動の上記加速度計による検出を示す差分モード信号を上記加速度計が生成するステップと、上記加速度検出軸に対する上記人による外部の運動の上記加速度計による検出を示す共通モード信号を上記加速度計が生成するステップとを含む。この方法は更に、上記差分モード信号を組み合わせ、上記共通モード信号をキャンセルすることにより、上記加速度検出軸の垂直整列の機能として、上記心拍モニタがパルス信号を生成するステップを含む。
本発明の目的のため、「生理的運動」という用語は、自然である（例えば、自己制御鼓動によるパルス）又は誘導される（例えば、ＣＰＲ胸部圧迫によりもたらされるパルス）かに関係なく、体の循環系により生成される任意の程度の体又はその部分の任意の運動として本書において広く規定され、「外来の運動」という用語は、体の外のソースからの力の印加から生じる、体又はその部分の任意の運動として本書において広く規定される。
本発明の第２の形は、人のパルスを検出する心拍モニタであって、プラットフォーム、複数の多軸加速度計及びパルス検出器を使用する心拍モニタである。動作において、複数の多軸加速度計が、上記プラットフォームに接合され、加速度検出軸に対する上記人の生理的運動の上記加速度計による検出を示す差分モード信号を生成し、上記加速度検出軸に対する上記人による外部の運動の上記加速度計による検出を示す共通モード信号を生成する。上記パルス検出器は、上記差分モード信号を組み合わせ、上記共通モード信号をキャンセルすることにより、上記加速度検出軸の垂直整列の機能としてパルス信号を生成する。
本発明の第３の形は、心臓治療システム（例えば、自動体外式除細動器又は高度生命維持装置除細動器／モニタ）であり、上述した心拍モニタと、パルス信号に基づき、患者のパルスをモニタするパルスモニタとを使用する。
本発明の前述及び他の形式並びに本発明の様々な特徴及び利点が、添付の図面と共に、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明から更に明らかになる。詳細な説明及び図面は、本発明を限定するものではなく、単に説明するものである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲によって規定される。
本発明の理解を容易にするため、本発明の心拍モニタの例示的な実施形態は、スタンドアロンモニタ、及び本発明の心拍モニタの心臓治療デバイス（例えば、自動体外式除細動器又は高度生命維持装置）への組み込みに関連して、本書において提供される。
図３を参照すると、本発明の心拍モニタ４０は、一対の多軸（ＸＹＺ）加速度計４１Ｒ及び４１Ｌ、プラットフォーム４３、パルス検出器４４及びディスプレイ４５を使用する。
加速度計４１Ｒは構造的には、従来において知られるよう構成され、ＸＹＺ軸４２Ｒに作用する運動力の検出に基づき、長手方向加速度検出信号ＡＸＲ、横方向加速度検出信号ＡＹＲ及び垂直加速度検出信号ＡＺＲを生成する。
加速度計４１Ｌは構造的には、従来において知られるよう構成され、ＸＹＺ軸４２Ｌに作用する運動力の検出に基づき、長手方向加速度検出信号ＡＸＬ、横方向加速度検出信号ＡＹＬ及び垂直加速度検出信号ＡＺＬを生成する。
実際には、心拍モニタ４０は、追加的な加速度計４１を使用することができる。
同様に実際には、心拍モニタ４０は、２つ又はこれ以上の多軸（ＸＹ）加速度計を代替的に又は並行して使用することができ、多軸加速度計として機能するシングル軸（Ｘ）加速度計の２つ又はこれ以上のグループ化を代替的に又は並行して使用することができる。
プラットフォーム４３は構造的には、本発明に基づき構成され、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの個別の垂直軸ＺＲ及びＺＬを人の体表に垂直に配置し、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの個別の長手軸ＸＲ及びＸＬ及び個別の水平軸ＹＲ及びＹＬを人の体表に平行に配置する。図２に示される例として、プラットフォーム４３は構造的に、ＸＹＺ軸４２Ｒ及びＸＹＺ軸４２Ｌを角度的に方向付けるよう更に構成され、これにより、個別の垂直軸ＺＲ及びＺＬは、人の体表に対して垂直であり、個別の生理的運動１２Ｒ及び１２Ｌから主に、そうでなければ完全に得られる加速度を個別に経験し、個別の長手軸ＸＲ及びＸＬ及び個別の水平軸ＹＲ及びＹＬは、患者の体表に対して平行であり、外来の運動１３から主に、そうでなければ完全に得られる加速度を共通して経験する。結果的に、本発明の目的を達成するため、垂直加速度検出信号ＡＺＲ及び垂直加速度検出信号ＡＺＬは、差分モード信号とみなされ、一方長手方向加速度検出信号ＡＸＲ、横方向加速度検出信号ＡＹＲ、長手方向加速度検出信号ＡＸＬ及び横方向加速度検出信号ＡＹＬは、共通モード信号とみなされる。
プラットフォーム４３の一実施形態は、図５に示されるようにヒンジ結合又は継ぎ合わされた鼻クリップ４３ｎである。これは人の鼻梁の対向する右側と左側に加速度計４１Ｒ及び４１Ｌを柔軟に固定するよう構造的に構成される。これにより、基礎をなす鼻骨が、互いに対する及び人の鼻に対する加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの角度方向をしっかりと維持する。より詳細には、人の鼻背動脈は、眼の動脈を介して内部頸動脈に、及び従って、脳の血液供給に親密に接続される。パルスが、生理的苦痛においてどこかに保存される場合、及び特に緊急ケアを必要とする患者において一般的な周縁シャットダウンに支配されない場合、鼻梁でのパルスは保存される。結果的に、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの個別の垂直軸ＺＲ及びＺＬ（図３）は、主に側頭骨の平面に垂直な鼻背動脈の脈動からの生理的運動を経験し、個別の長手軸ＸＲ及びＸＬ及び個別の水平軸ＹＲ及びＹＬは、主に鼻骨の平面に沿った人の鼻の運動アーチファクトを経験する。
プラットフォーム４３の別の実施形態は図７に示されるようにヘッドバンド／頭部ストラップ４３ｈである。これは構造的には、人の対向する左右のこめかみに対してそれぞれ加速度計４１Ｒ及び４１Ｌを固定する硬化した表面４９Ｒ及び４９Ｌを具備する。これにより、表面４９Ｒ及び４９Ｌは、互いに対して及び人のこめかみに対して加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの角度方向をしっかりと維持する。鼻背動脈と同様に、側頭動脈が実質的に保存され、緊急ケアを必要としている患者において一般的な周縁シャットダウンに支配されない。結果的に、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの個別の垂直軸ＺＲ及びＺＬ（図３）は、主に鼻骨の平面に垂直な側頭動脈の脈動からの生理的運動を経験し、個別の長手軸ＸＲ及びＸＬ及び個別の水平軸ＹＲ及びＹＬは、主にこめかみの平面に沿って人のこめかみの運動アーチファクトを経験する。
図３に戻って参照すると、パルス検出器４４は、図４に示されるフローチャート５０により表される本発明のパルス検出方法を実行するハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア及び／又は回路を構造的に具備する。
フローチャート５０の段階Ｓ５１は、パルス検出器４４が、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌに関して必要とされるように加速度検出信号ＸＲ、ＹＲ、ＺＲ、ＸＬ、ＹＬ及びＺＬを調整する技術を実現するステップを含む。既知の信号調整の例は、信号増幅及びアナログデジタル変換を含むが、これに限定されるものではない。
フローチャート５０の段階Ｓ５２は、パルス検出器４４が、ベースライン軸（例えば、ＸＹＺ軸４２Ｒ又はＸＹＺ軸４２Ｌの１つ又は例えば図２に示される２１Ｂといった異なるベースラインＸＹＺ軸）に対するＸＹＺ軸４２Ｒ及び４２Ｌの角度方向を空間的に分析する技術を実現するステップを含む。ある実施形態において、ＸＹＺ軸４２Ｒ及び４２Ｌの重力加速度ベクトルは、垂直軸ＺＲ及びＺＬを整列配置するため３次元すべてにおいてＸＹＺ軸４２Ｒ及び４２Ｌの数学的回転を容易にするよう、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌの間のタイル角度又は異なるベースライン軸（例えば、図２に示されるベースラインＸＹＺ軸２１Ｂ）に対するタイル角度を決定するための励起場として使用される。これにより、個別の生理的運動ベクトル、共通の運動アーチファクトベクトル及び重力加速度ベクトルが、パルス検出器４４により識別可能である。
フローチャート５０の段階Ｓ５３は、パルス検出器４４が、ディスプレイ４５に対してパルス信号ＰＳ（図３）を通信するため、生理的運動ベクトルを抽出する技術を実現するステップを含む。一般に、パルス検出器４４は、差分モード信号ＡＺＲ及びＡＺＬを組み合わせて、共通モード信号ＡＸＲ、ＡＸＬ、ＡＹＲ及びＡＹＬをキャンセルすることにより、垂直に整列配置されたＸＹＺ軸４２Ｒ及び４２Ｌから、対応する生理的運動ベクトル、運動アーチファクトベクトル及び重力ベクトルを抽出する。
具体的には、垂直軸ＺＲ及びＺＬが人の体表において対向する方向を指すものではないとき、信号を組み合わせる／キャンセルするのに、従来技術において知られる高度な信号処理方法（例えば、主成分分析法（ＰＣＡ）又は独立成分分析（ＩＣＡ））が、垂直に整列配置されたＸＹＺ軸４２Ｒ及び４２Ｌから生理的運動ベクトルを抽出するのに利用されることができる。例えば、ＰＣＡは、信号要素を最大のものから最小のものへとソートすることができる。重力加速度ベクトル及び共通の運動アーチファクトベクトルは、生理的運動ベクトルより大きい信号であり、重力加速度ベクトル及び共通の運動アーチファクトベクトルがＰＣＡにより特定されて、除去される。更なる例では、独立要素が線形結合される場合、ＩＣＡはこれらの独立要素を抽出することができる。生理的運動ベクトル、重力加速度ベクトル及び共通の運動アーチファクトベクトルが互いに独立しており、加速度計４１Ｒ及び４１Ｌによる記録は、線形和であるので、生理的運動ベクトルは、ＩＣＡ結果から特定されることができる。更に、鼻梁の両側からのパルスが相関及び同期化されるので、ＩＣＡにより抽出された生理的運動ベクトルはデフォルトで、２つの加速度計４１Ｒ及び４１Ｌにより記録される血液パルスの合計でなければならない。
図３に戻って参照すると、実際には、パルス検出器４４は、１つ又は複数のモジュールを使用することができる。各モジュールは、スタンドアロンハウジングにおいてプラットフォーム４３に固定され、又はディスプレイ４５に組み込まれる。
例えば、それぞれ図６及び図８における心拍モニタ４０ｎ及び４０ｈに関して示されるように、パルス検出器４４は、鼻クリップ４５ｎ及びヘッドバンド／頭部ストラップ４５ｈに固定される信号調整器４６Ｒ及び４６Ｌ、空間アナライザ４７及びパルス抽出器４８の形でモジュールを使用する。
図３に戻って参照すると、ディスプレイ４５は、従来において知られるように構造的に構成され、パルス信号ＰＳ又はその視覚的なインジケーションを視覚的に表示し、オプションでパルス信号ＰＳに関連付けられる音声情報を提供する。例えば、図示されるように、ディスプレイ４５は、パルス信号ＰＳの心拍読み出しを提供し、パルス信号ＰＳのインジケーションとして脈動する心臓を提供することができる。
実際には、ディスプレイ４５は、スタンドアロンハウジングにおいてプラットフォーム４３に固定される、又は心臓治療デバイスに組み込まれることができる。例えば、図６及び図８における心拍モニタ４０ｎ及び４０ｈに関してそれぞれ示されるように、ディスプレイ４５は、スタンドアロンハウジングにおいて提供される。
図９を参照すると、本発明の心臓治療デバイス６０は、従来において知られるように、一対の電極パッド／パドル６１、オプションのＥＣＧリード６２、圧迫パッド６３、パルスモニタ６４、圧迫コントローラ６６、ＥＣＧモニタ６６（内部又は外部）、除細動コントローラ６７及びショックソース６７を使用する。
動作において、ＥＣＧモニタ６６からのＥＣＧ信号に応じて、除細動コントローラ６７は、１つ又は複数のショック療法（例えば、同期化された電気的除細動）に基づき、電極パッド／パドル６１を介して患者１０の心臓１７に除細動ショックを供給することにおいて、ショックソース６８を制御する。追加的に、パルスモニタ６５からのパルス信号に応じて、圧迫コントローラ６６は、１つ又は複数の圧迫療法に基づき、圧迫パッド６３のユーザに音声命令を提供する。
パルス信号に関連付けられるように、心臓治療デバイス６０は更に、本発明の心拍モニタを使用する。これは、例えば、図９に示されるように患者１０の鼻に取り付けられる鼻クリップベースの心拍モニタ６９ｎ、又は図９に示されるように患者１０の頭部を包んで／患者の頭部周りに巻かれるヘッドバンド／頭部ストラップベースの心拍モニタ６９ｈである。心拍モニタ６９ｎ及び６９ｈに関するディスプレイ（例えば、図３に示されるディスプレイ４５）は、パルスモニタ６４に組み込まれ、心拍モニタ６９ｎ及び６９ｈに関するパルス検出器（例えば、図３に示されるパルス検出器４４）もパルスモニタ６４に組み込まれることができる。
実際には、心拍モニタ６９ｎ及び６９ｈに関するパルス検出器（例えば、図３に示されるパルス検出器４４）は、除細動コントローラ６５及び／又は圧迫コントローラ６６に対してパルス信号を同時に又は代替的に提供することができる。
同様に実際には、モニタ６４及び６６が、組み合わせられることができ、及び／又は、コントローラ６５及び６７が、組み合わせられることができる。
図２〜図９を参照すると、当業者は、本発明の多数の利点を理解されるであろう。それらは、以下に限定されるものではないが、特にトリアージ及び治療の案内に関して緊急ケアにおける、使用の簡単さ、非侵襲的で信頼性の高いパルス検出を含む。
本発明の様々な実施形態が示されて、記載されてきたが、本書に記載される本発明の実施形態が、説明的なものであること、さまざまな変更及び修正がなされることができること、及び本発明の真の範囲を逸脱することなく均等物がその要素に対して置換されることができることは当業者であれば理解されるであろう。更に、その中心の範囲を逸脱することなく、本発明の教示に適合する多くの修正がなされることができる。従って、本発明は、本発明を実行するために想定されるベストモードとして開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことが意図される。
Claims (15)
- 複数の多軸加速度計を含む心拍モニタにより人のパルスを検出する方法において、
前記多軸加速度計の加速度検出軸に対する前記人の生理的運動の前記加速度計による検出を示す差分モード信号を前記加速度計が生成するステップと、
前記加速度検出軸に対する前記人による外部の運動の前記加速度計による検出を示す共通モード信号を前記加速度計が生成するステップと、
前記差分モード信号を組み合わせ、前記共通モード信号をキャンセルすることにより、前記加速度検出軸の垂直整列の機能として、前記心拍モニタがパルス信号を生成するステップとを有する、方法。 - 前記加速度計が、前記人の鼻に取り付けられる、請求項１に記載の方法。
- 前記加速度計が、前記人のこめかみにわたり配置される、請求項１に記載の方法。
- 前記パルス信号に基づき、前記人のパルスを表示するステップを更に有する、請求項１に記載の方法。
- 人のパルスを検出する心拍モニタであって、
プラットフォームと、
前記プラットフォームに接合される複数の多軸加速度計であって、加速度検出軸に対する前記人の生理的運動の前記加速度計による検出を示す差分モード信号を生成し、前記加速度検出軸に対する前記人による外部の運動の前記加速度計による検出を示す共通モード信号を生成する、複数の多軸加速度計と、
前記多軸加速度計に動作可能に接続され、前記差分モード信号を組み合わせ、前記共通モード信号をキャンセルすることにより、前記加速度検出軸の垂直整列の機能として、パルス信号を生成するパルス検出器とを有する、心拍モニタ。 - 前記プラットフォームが、前記人の鼻に前記加速度計を取り付けるために動作可能な鼻クリップである、請求項５に記載の心拍モニタ。
- 前記プラットフォームが、前記人のこめかみにわたり前記加速度計を配置するために動作可能なヘッドバンドである、請求項５に記載の心拍モニタ。
- 前記プラットフォームが、前記人のこめかみにわたり前記加速度計を配置するために動作可能な頭部ストラップである、請求項５に記載の心拍モニタ。
- 前記パルス検出器に動作可能に接続され、前記パルス信号に基づき、前記人のパルスを表示するディスプレイを更に有する、請求項５に記載の心拍モニタ。
- 心臓治療デバイスであって、
人のパルスを検出する心拍モニタであって、
前記心拍モニタが、
プラットフォームと、
前記プラットフォームに接合される複数の多軸加速度計であって、加速度検出軸に対する前記人の生理的運動の前記加速度計による検出を示す差分モード信号を生成し、前記加速度検出軸に対する前記人による外部の運動の前記加速度計による検出を示す共通モード信号を生成する、複数の多軸加速度計と、
前記多軸加速度計に動作可能に接続され、前記差分モード信号を組み合わせ、前記共通モード信号をキャンセルすることにより、前記加速度検出軸の垂直整列の機能として、パルス信号を生成するパルス検出器とを含む、心拍モニタと、
前記パルス検出器に対して動作可能に接続され、前記前記パルス信号に基づき、前記人のパルスをモニタするパルスモニタとを有する、心臓治療デバイス。 - 前記プラットフォームが、前記人の鼻上に前記加速度計を取り付けるために動作可能な鼻クリップである、請求項１１に記載の心臓治療デバイス。
- 前記プラットフォームが、前記人のこめかみにわたり前記加速度計を配置するために動作可能なヘッドバンドである、請求項１１に記載の心臓治療デバイス。
- 前記プラットフォームが、前記人のこめかみにわたり前記加速度計を配置するために動作可能な頭部ストラップである、請求項１１に記載の心臓治療デバイス。
- 前記心拍モニタが、前記パルス検出器に動作可能に接続され、前記パルス信号に基づき、前記人のパルスを表示するディスプレイを更に含む、請求項１１に記載の心臓治療デバイス。
- 前記パルスモニタが、前記ディスプレイを組み込む、請求項１４に記載の心臓治療デバイス。
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