JP2021523760A - 能動的聴診を遂行し音響エネルギー測定値を検出するためのシステム、デバイス、及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年4月27日出願の「能動的聴診デバイス及び音響エネルギー測定センサ」(“ACTIVE AUSCULTATION DEVICE AND SONIC ENERGY MEASUREMENT SENSOR”)と題された米国仮特許出願第62/663,262号の非仮特許出願であり、同仮特許出願に対する恩典を主張するとともに、本願は、2018年11月29日出願の「能動的聴診を遂行し音響エネルギー測定値を検出するためのシステム、デバイス、及び方法」(“SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR PERFORMING ACTIVE AUSCULTATION AND SONIC ENERGY MEASUREMENTS”)と題された米国仮特許出願第62/773,002号の非仮特許出願であり、同仮特許出願に対する恩典を主張するものであり、上記両仮出願を参考文献としてそっくりそのまま本明細書に援用する。
方程式1
ここに、vは音の速さ、Lは管の長さ、dは一端が閉鎖された管についての管の直径(2端が閉鎖された管についてはd=0)である。20°Cの空気中の音の速さは343メートル/秒である。37°C(音が通って進んでゆくヒトの体温)の空気では音の速さは方程式2を用いて推定することができる。
v=331.4+0.6Tc 方程式2
ここに、Tcは摂氏温度である。37°Cの空気での音の速さは353.6m/sとなる。
v=353.6m/s
右肺L=0.025m
左肺L=0.05m
右肺d=0.014m
左肺d=0.010m
表1:左右気管支の気道についての予想共鳴周波数の推定
同様のプロセスに従って他の気道全てを表2に示されている様に算定することができる。
表2:気道についての推定共鳴
方程式3
ここに、
v=ガス中の音の速さ
D=球の直径
d=開口部の直径、である。
様々な例示としての大きさの閉じ込められた空気の体積の共鳴周波数が、方程式3とv=300m/sを使用して計算され、下表3に提供されている。
表3:閉じ込められた空気の体積についての推定共鳴
方程式4
ここに、
x(n)=ビン番号nの加重周波数値又はマグニチュード、
f(n)=当該ビンの中心周波数。
このスペクトル中心は、例えば、能動的聴診システム100、200、及び/又は201の様な能動的聴診システムによって検出及び/又は受信される周波数の範囲をモニターするために経時的に追跡されてもよい。
105 ハウジング
110 発信器
115、115A、115B、115C 受信器
120 標的領域の中へ進むソース信号
125、125A、125B、125C 受信される音響エネルギー信号
130 皮膚層
135 身体
150 機械的ノイズ低減機構
155 ライニング
160 プロセッサ/メモリ
200 能動的聴診システム
201 能動聴能力システム
205 ハウジング
210 能動的/電気音響的ノイズ低減システム
310、310A、310B、310C、310N 通信デバイス
410A、410B 通信ネットワーク/リモートサーバ
415 第1のデータベース
420 サーバ
425 匿名化された及び/又は集計されたユーザーデータ
430 第2のデータベース
435 ユーザーデータ
440 モデル
445 パブリックアクセス端末
455 プライベートアクセス端末
501 比較的健康な肺の画像
502 COPDに冒された肺の画像
605A 左肺
605B 右肺
610 気管支を表現した管
615 閉じ込められた空気の体積を表現した円
701 受信音のスペクトルキャプチャー3次元グラフ
702 呼吸サイクル推定のグラフ
800 受信音の一連のグラフ
810 生の受信音の波形のグラフ
815 周波数スペクトル変化のグラフ
820 推定呼吸サイクルのグラフ
900 肺共鳴シグネチャ(LRS)データのグラフ
910 閉じ込められた空気ありの肺の周波数及び強度の範囲を示す第1の線
915 閉じ込められた空気なしの肺の周波数及び強度の範囲を示す第2の線
1100 システム
1102 バス
1104 プロセッサ
1106 主メモリ
1108 ROM
1110 記憶デバイス
1112 ディスプレイ
1114 入力デバイス
1116 カーソル制御デバイス
1118 通信インターフェース
Claims (28)
- 広帯域音響信号をユーザーの身体の中へ関心のある標的に向けて方向決めする段階であって、前記広帯域音響信号は複数の周波数を備えるパルスである、広帯域音響信号を方向決めする段階と、
前記ユーザーの身体からの音響信号を受信する段階であって、その受信音響信号は前記広帯域音響信号に対応している、音響信号を受信する段階と、
前記受信音響信号の特性を求める段階であって、前記特性は前記受信音響信号の強度と周波数の少なくとも一方である、特性を求める段階と、
を備えている、能動的聴診を行う方法。 - 前記広帯域音響信号は第1の広帯域音響信号であり、前記受信音響信号は第1の受信音響信号であり、前記方法は、
前記ユーザーの身体からの第2の音響信号を受信する段階であって、当該受信音響信号は前記ユーザーの身体の中へ投射された第2の広帯域音響信号に対応している、第2の音響信号を受信する段階と、
前記第2の受信音響信号の特性を求める段階であって、前記第2の受信音響信号の前記特性は前記第2の受信音響信号の強度と周波数の少なくとも一方である、特性を求める段階と、
前記第1の受信音響信号と前記第2の受信音響信号の特性を比較する段階と、
前記比較の示唆をオペレータへ提供する段階と、
を更に備えている、請求項1に記載の方法。 - 前記音響信号の前記特性を既定値に比較する段階、
を更に備えている請求項1又は請求項2の何れか一項に記載の方法。 - 前記音響信号の前記求められた特性に応じて、前記広帯域信号の持続時間、前記広帯域信号の強度、及び前記広帯域信号に含まれる周波数のうちの少なくとも1つを調節する段階、
を更に備えている請求項1に記載の方法。 - 前記広帯域信号は2,000Hzから30,000Hzの間の複数の周波数を備えている、請求項1に記載の方法。
- 前記パルスの持続時間は0.1秒から2秒の範囲内である、請求項1に記載の方法。
- 前記標的は前記ユーザーの心臓と肺の少なくとも一方である、請求項1に記載の方法。
- 前記標的は前記ユーザーの肺であり、前記方法は、
前記求められた特性に応じて前記ユーザーの肺内の閉じ込められた空気の体積を求める段階、
を更に備えている、請求項1に記載の方法。 - プロセッサによって、受信器からの検出音響信号を受信する段階であって、当該検出音響信号はパルスとしてユーザーの身体内の標的に向けて方向決めされた複数の周波数を備える音響信号に対応していて前記ユーザーから応答的に発散している、検出音響信号を受信する段階と、
前記プロセッサによって、その受信音響信号を解析して前記標的の共鳴周波数を求める段階と、
を備えている方法。 - 前記標的は前記ユーザーの肺であり、前記方法は、
前記プロセッサによって、前記共鳴周波数に応じて前記ユーザーの肺内に存在する閉じ込められた空気の体積を求める段階、
を更に備えている請求項9に記載の方法。 - 前記標的の前記共鳴周波数を既定値に比較する段階、
を更に備えている請求項9又は請求項10の何れか一項に記載の方法。 - 前記標的の前記求められた共鳴周波数に応じて、前記広帯域信号刺激の持続時間、前記広帯域信号刺激の強度、及び前記広帯域信号刺激に含まれる周波数のうちの少なくとも1つを調節する段階、
を更に備えている請求項9に記載の方法。 - 前記広帯域信号刺激は2,000Hzから30,000Hzの間である、請求項9に記載の方法。
- 発信器と通信しているプロセッサによって、前記発信器がユーザーの器官に向けて方向決めされる複数の周波数の音響エネルギーを生み出すように前記発信器へ信号刺激を提供する段階と、
前記プロセッサによって、前記プロセッサと通信している受信器を介して、前記器官に向けて方向決めされた前記複数の周波数の前記音響エネルギーに対応する音響エネルギー応答を受信する段階と、
前記プロセッサによって、その受信音響エネルギー応答を解析して前記器官についての共鳴周波数を求める段階と、
を備えている、能動的聴診を行うための方法。 - 前記器官に向けて方向決めされる前記複数の周波数は離散周波数のセットを含んでいる、請求項14に記載の方法。
- 前記信号刺激は前記発信器に既定の時間的期間に亘って前記離散周波数のセットを繰り返す音響エネルギーを生み出させる、請求項15に記載の方法。
- 前記信号刺激は前記発信器に一連の疑似ランダムに選択された周波数を含む音響エネルギーを生み出させる、請求項14に記載の方法。
- 前記信号刺激は前記発信器に前記複数の周波数を含む音響エネルギーのバーストを生み出させる、請求項14に記載の方法。
- 前記プロセッサによって、前記器官についての前記共鳴周波数に基づいて前記器官内の閉じ込められた空気の体積を求める段階、
を更に備えている請求項14から請求項18の何れか一項に記載の方法。 - 前記プロセッサによって、前記ユーザーに関連する情報を受信する段階と、
当該受信情報を前記器官の前記共鳴周波数と相関づける段階と、
を更に備えている請求項14から請求項18の何れか一項に記載の方法。 - 前記受信情報は、ユーザーの生理学的特性、ユーザーの診断、前記器官の大きさ、前記器官の形状、前記器官内の流体の種類、前記器官内のガスの種類、前記発信器の場所、前記受信器の場所、周囲ノイズのレベル、及びユーザーの向きのうちの1つ又はそれ以上に関連している、請求項20に記載の方法。
- 前記信号刺激は前記発信器に既定の周波数応答と既定の周波数ビンのうちの1つ又はそれ以上を有する広帯域信号を生み出させる、請求項14に記載の方法。
- 以下のように構成されているプロセッサ、つまり、
当該プロセッサと通信している発信器へ、前記発信器がユーザーの身体の器官に向けて方向決めされる複数の周波数の音響エネルギーを生み出すよう信号刺激を提供するように、
当該プロセッサと通信している受信器を介して、前記器官に向けて方向決めされた前記複数の周波数の前記音響エネルギーに対応する音響エネルギー応答を受信するように、
前記音響エネルギー応答と既定閾値の間の比較を生成するように、及び、
前記比較に基づいて、前記器官についての1つ又はそれ以上の共鳴周波数を求めるように、構成されているプロセッサ、
を備えているシステム。 - 発信器と通信しているプロセッサによって、前記発信器が器官に向けて方向決めされる第1の複数の周波数の音響エネルギーを生み出すように前記発信器へ第1の信号刺激を提供する段階と、
前記プロセッサによって、前記プロセッサと通信している受信器を介して、前記器官に向けて方向決めされた前記第1の複数の周波数の前記音響エネルギーに対応する第1の音響エネルギー応答を受信する段階と、
前記プロセッサによって、前記発信器が前記器官に向けて方向決めされる第2の複数の周波数の音響エネルギーを生み出すように前記発信器へ第2の信号刺激を提供する段階と、
前記プロセッサによって、前記受信器を介して、前記器官に向けて方向決めされた前記第2の複数の周波数の前記音響エネルギーに対応する第2の音響エネルギー応答を受信する段階と、
前記プロセッサによって、前記第1の音響エネルギー応答と前記第2の音響エネルギー応答の間の比較を生成する段階と、
前記プロセッサによって、その生成された比較に基づいて前記器官の1つ又はそれ以上の特性を求める段階と、
を備えている、能動的聴診を行う方法。 - 前記器官の前記1つ又はそれ以上の特性は、経時的な音の周波数と経時的な音の強度のうちの1つ又はそれ以上を含んでいる、請求項24に記載の方法。
- ユーザーの身体の中へ音響信号を投射するように構成された発信器と、
前記ユーザーの身体から発散する音響信号を受信するように構成された受信器と、
当該受信音響信号中の周囲ノイズを低減するように構成されたノイズキャンセリングデバイスと、
を備えているウェアラブル聴診センサ。 - 前記ノイズキャンセリングデバイスは、不要な周囲ノイズを打ち消すように特別に設計されたノイズキャンセリング回路を備えている、請求項26に記載のウェアラブル聴診センサ。
- 前記ノイズキャンセリングデバイスは、標的の周囲ノイズとは180度位相がずれた信号を加えて前記周囲ノイズを前記受信信号からフィルタ処理する、請求項26に記載のウェアラブル聴診センサ。
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