JP2022541737A - 心臓監視システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

心臓監視システム（１００）は、センサ表面（５０）にわたる力感応抵抗器（１０）のアレイを備える。各抵抗器（１０）は、被験者（２００）によって力感応抵抗器（１０）のそれぞれの位置においてセンサ表面（５０）に加えられる静圧（Ｐ）の量に応じてそれぞれの抵抗値（Ｒ）を変化させるように構成されている。圧電トランスデューサ（２０）のアレイは、力感応抵抗器（１０）のアレイの間に点在する。各トランスデューサ（２０）は、被験者（２００）によってトランスデューサ（２０）のそれぞれの位置でセンサ表面（５０）に加えられるそれぞれの振動（Ｆ）に従って、それぞれの時間依存電気信号（Ｓ）を生成するように構成される。コントローラ（３０）は、力感応抵抗器（１０）の測定抵抗値（Ｒ）と圧電トランスデューサ（２０）の時間依存電気信号（Ｓ）との組み合わせに基づいて、被験者（２００）の心拍数（Ｈ１）を決定するように構成される。

Description

本開示は、心拍数を測定するためのシステムおよび方法に関する。

例えば、圧電センサは心拍数、呼吸数、および脈波速度さえも、衣服または寝具／マットラス（例えば、椅子／ベッド）を介して半接触方式で測定するために、心弾動記録法（ＢＣＧ）を実行するために使用され得る。好ましくは、センサが振動を伝達するために、身体の関連する部分に近接している必要がある。残念ながら、この接触情報は、センサ信号から抽出することが困難である。結果として、アーチファクトが非常に一般的であり、これは、被検体の位置が定義されていない場合に悪化する。

米国特許出願公開第２０１８／０３３７３２５Ａ１号は、ベッド内の生理学的測定のための多素子圧電センサを記載している。監視システムは、全てのピエゾセンサの第１の走査を実行することができる。第１の走査は例えば、ユーザがマットに沿ってどこに位置するかを大まかに決定するための高レベル走査とすることができる。監視システムは、ユーザの身体の直近の周辺に潜在的に位置するピエゾセンサのような、１つまたは複数のピエゾセンサの第２の走査を実行することができる。使用者の身体のすぐ周囲に潜在的に位置するピエゾセンサは例えば、力を測定するピエゾセンサであってもよく、力を測定しないピエゾセンサに隣接して位置するピエゾセンサであってもよい。

しかしながら、圧電センサは、典型的には個々の及び連続的なモニタリングを必要とし得る時間依存性信号を生成する。また、さまざまな時間スケールと圧力範囲で精度のバランスを取ることが難しい場合もある。正確な心拍数モニタリングにおけるさらなる改善の必要性が依然として存在する。

本開示の態様は、心臓監視システムおよび方法に関する。本明細書に記載されるように、心臓監視システムは、好ましくは（膜ベースの）力感応抵抗器（ｆｏｒｃｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）と圧電トランスデューサとの組み合わせを有するセンサ表面を使用する。力感応抵抗器は、被験者によってセンサ表面に加えられるそれぞれの圧力量を測定するように構成することができる。例えば、力感応抵抗器は、圧力に依存してそれぞれの抵抗値を変化させてもよい。圧電トランスデューサは例えば、力感応抵抗器の間に点在させ、被験者によるトランスデューサのそれぞれの位置でセンサ表面に加えられるそれぞれの振動を測定するように構成することができる。例えば、圧電トランスデューサは、振動に依存する時間に依存する電気信号を生成することができる。対象の心拍数は異なる種類のセンサーからのそれぞれの信号、例えば、力感応抵抗器の測定された抵抗値、および圧電トランスデューサの時間に依存する電気信号の組み合わせに基づいて決定することができる。

力感応抵抗器を用いると、圧電センサを用いるよりも、被験者の（静的）圧力プロファイルをより正確に決定することができる。例えば、力感応抵抗器は（比較的）高密度のグリッド内に、例えば、受動マトリクス構成の共有走査線と共に配置することができる。理解されるように、力感応抵抗器は、異なる圧力信号の範囲を測定するためにより良く適していてもよく、高密度グリッドにおいて、圧力プロファイルを正確に決定するために使用されてもよい。力感応抵抗器の正確な圧力プロファイル情報を使用して、圧電トランスデューサのどれが最良の信号を生成するかをより良好に選択することができる。例えば、圧力プロファイルを使用して、心拍数振動が最も顕著である身体の領域を決定することができる。圧電トランスデューサは例えば、比較的少数のトランスデューサとコントローラとの間の専用回路ラインを可能にするように、（比較的）低密度のグリッドに配置することができる。このようにして、心拍のような急速に変化する信号を、特定の位置から明確かつ正確に測定することができる。これにより、信頼性およびデータの完全性を向上させることができる。圧力センサからのデータは、呼吸、姿勢検出などの多くの他の用途にも使用することができる。これにより、センサの用途をさらに向上させることができる。

本開示の装置、システム、および方法のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面からより良く理解されるであろう。

図１Ａは、心臓監視システムの例示的な実施形態を示す。 図１Ｂは、力感応抵抗器および圧電トランスデューサを有する心臓監視システムの断面図を示す。 図２は、心臓監視システムにおけるセンサ表面上のセンサの概略レイアウトと、それらのコントローラとの接続部を示す。 図３Ａ、ニューラルネットワークを使用して心拍数の決定を改善するための機械学習の例を示す。 図３Ｂは、ニューラルネットワークを使用して心拍数の決定を改善するための機械学習の例を示す。

特定の実施形態を説明するために使用される用語は、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は文脈が別段の明確な指示をしない限り、複数形も含むことを意図する。用語「および／または」は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数の任意の組合せおよびすべての組合せを含む。用語「備える」および／または「備える」は述べられた特徴の存在を指定するが、１つまたは複数の他の特徴の存在または追加を排除しないことが理解されるであろう。さらに、方法の特定のステップが別のステップに続くものとして言及される場合、別段の指定がない限り、前記他のステップに直接続くことができ、または１つ以上の中間ステップが、特定のステップを実行する前に実行されてもよいことが理解されるであろう。同様に、構造または構成要素間の接続が記載される場合、この接続は特に指定されない限り、直接的に、または中間構造または構成要素を介して確立されてもよいことが理解されるであろう。

本開示の態様は心拍または呼吸数などの他の生理学的パラメータの検出のための圧電センサの信頼性を改善するために、データ融合を実行することに関する。好ましくは、圧電センサと膜ベースの圧力センサとの組み合わせが使用される。例えば、圧力センサ分布に基づいて、良好なシグナルインテグリティの可能性が最も高い圧電センサを選択することができる。

いくつかの実施形態では、物体、例えば、ベッド、シート、ベビーベッド、衣類上への準静圧分布はまず、圧力センサ技術、例えば、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）技術に基づいて検出される。圧力分布を使用して、正確なデータを提供する可能性が最も高い圧電センサを使用して、心拍数および／または呼吸数測定値を抽出することができる。好ましくは、ピエゾセンサは印刷される。

一部の実施形態では、圧力センサがセンサの上に誰かがどのように敷設されているかを再構成するために使用される。これは、例えば、圧力センサがセンサシステム上に人物または物体が存在するかどうかを検出するための低電力ソリューションを提供することができるので、ピエゾセンサの読み出しを助けることができる。したがって、得られた圧力分布を用いて、圧力センサ上の人物のモデルを再構成することができる。一実施形態では、圧電センサが人体が検出されたときにのみ読み出される。これは、必要とされない他の状況において、計算量の多い分析を節約することができる。別のまたはさらなる実施形態では、身体および身体部分、例えば、腕、脚、首に関する物理的位置の組み合わせに基づいて、ＢＣＧを検出するための最良の身体部分上に位置するセンサが抽出され、このピエゾセンサのグループ内で、最適な圧力範囲内のピエゾセンサが選択される。

いくつかの実施形態では、身体と接触していない可能性の高いピエゾセンサが例えば無関係な（例えば、寄生的である）振動を除去するために、ノイズ相殺のために使用される。他のまたはさらなる実施形態では、ＢＣＧ信号が存在すべきでない身体の部分に位置するセンサが例えば、呼吸に関連し、心拍数に関連しない、またはその逆（呼吸数が測定される場合）の他の振動を除去するために使用される。いくつかの実施形態では被験者の呼吸速度が圧力センサ信号から同時に抽出され、圧電センサは得られた信号に冗長性を提供する。有利には、運動アーチファクトが被験者の運動が圧力センサを使用して検出されるので、能動的に抑制することができる。代替的に又は追加的に、モーションアーチファクトは、空間的及び／又は時間的に除去することができる。

ピエゾ抵抗センサアレイを使用すると、例えば１Ｈｚ未満のリアルタイムの空間的および時間的な低周波運動を測定および測定するために最も正確な場所を規定することによって、信号品質の向上に直接関係するデータを提供することができる。絶対圧力分布を使用することは、例えばピエゾセンサのみを使用する場合と比較して、測定を改善するためのはるかに関連性のあるデータを提供することが理解されるであろう。有利には、静圧センサ情報がピエゾデータをより良好にフィルタリングし、ピエゾセンサデータを（呼吸速度の場合に）補足するために使用することができる。

いくつかの実施形態では、伸縮性インクおよびＴＰＵ技術がセンサの製造のために使用される。従って、センサは人体により近い位置に配置されてもよく、これにより、信号の信頼性が向上する。他のまたはさらなる実施形態では、測定が例えば、ベッドまたは椅子の温度を測定するために、センサ表面に（印刷された）温度センサを組み込むことによって補完されてもよい。

以下、本発明の実施形態を示す添付図面を参照して、本発明をより完全に説明する。図面において、システム、構成要素、層、および領域の絶対的および相対的なサイズは、明確にするために誇張されていることがある。実施形態は、本発明のおそらく理想化された実施形態および中間構造の概略図および／または断面図を参照して説明することができる。説明および図面において、同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。相対的な用語およびその派生語は、次に説明されるような、または協議中の図面に示されるような配向を指すと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は説明の便宜上のものであり、特に明記しない限り、システムが特定の向きで構築または動作されることを必要としない。

図１Ａは、心臓監視システム１００の例示的な実施形態を示す。

いくつかの実施形態では、例えば、図示されるように、心臓監視システム１００はセンサ表面５０、例えば、基板に渡る力感応抵抗器１０のアレイを備える。一実施形態では、各抵抗器１０が被験者２００による力感応抵抗器１０のそれぞれの位置においてセンサ表面５０に加えられる（準）静圧「Ｐ」の量に応じて、それぞれの抵抗値「Ｒ」を変化させるように構成される。他のまたはさらなる実施形態では、システムが例えば、同じまたは別の（重なり合う）基板上に、力感応抵抗器１０のアレイの間に点在する圧電トランスデューサ２０のアレイを備える。一実施形態では、各トランスデューサ２０が対象物２００によってトランスデューサ２０のそれぞれの位置でセンサ表面５０に加えられるそれぞれの振動「Ｆ」に従って、それぞれの時間依存電気信号Ｓを生成するように構成される。好ましい実施形態では例えば図示のように、コントローラ３０は力感応抵抗器１０の測定抵抗値「Ｒ」と圧電トランスデューサ２０の時間依存電気信号「Ｓ」との組合せに基づいて、被験者２００の心拍数「Ｈ１」を決定するように構成される。

本明細書で説明する心臓監視システム１００は、様々な設定および状況において用途を見出すことができる。一実施形態では例えば、示されるように、態様または用途は本明細書に記載されるような心臓監視システム１００を備えるベッド３００として具現化することができる。いくつかの実施形態では、ベッド３００のマットレスが被験者２００が横たわるための心臓監視システム１００を備える。いくつかの実施形態では、例えば図示のように、センサ表面５０はマットレスに埋め込まれる。あるいは、センサ表面５０がマットレスの上部に配置されてもよい。他のまたはさらなる実施形態では、センサ表面５０が１つ以上のシートまたは他のベッドの間に配置されてもよい。例えば、被験者２００は、病院のベッドに横たわっている継続的な監視を必要とする患者であってもよい。心臓監視システムは、他のタイプの家具、例えば椅子（図示せず）に組み込むこともできる。例えば、システムは、椅子、例えば通常の椅子又は自動車座席の底部及び／又は後部に組み込むことができる。例えば、力感応抵抗器１０及び圧電トランスデューサ２０を含むセンサ表面５０は、シートバック上にクランプされ、シート底部の上部に配置されてもよい。代替的に又は追加的に、センサ表面５０は、座の内層、例えば座クッションの内側に埋め込まれてもよい。

好ましい実施形態では、例えば図示のように、コントローラ３０は力感応抵抗器１０の測定抵抗値「Ｒ」と、圧電トランスデューサ２０の時間依存性電気信号「Ｓ」とを入力として受け取り、出力として心拍数「Ｈ１」を生成する。したがって、心臓監視システム１００は、被験者（２００）がセンサ表面５０と非直接的に接触している場合であっても、被験者２００の心拍数の連続的でリアルタイムの測定および分析を提供することができる。いくつかの実施形態において、例えば、示されるように、コントローラ３０は、ベッド３００への外部デバイスとして提供され得る。例えば、コントローラ３０は、ベッド３００への電気接続部と接続される。あるいは、コントローラ３０がベッド３００の一部として提供されてもよい。一実施形態では、例えば図示のように、ディスプレイ装置がコントローラ３０に接続される。心拍数はまた、他の方法で、例えば、さらなる処理のための電気データ信号として、または可聴信号もしくは触覚信号として出力され得る。

いくつかの実施形態では、図１Ａに示すように、二次心臓監視装置４０を一時的または永久的に設け、コントローラ３０に結合することができる。いくつかの実施形態では、二次心臓監視装置４０が基準値として使用することができる二次心拍数測定値Ｈ２を生成するために、ある期間、被験者２００、例えば手首または胸部に取り付けられる。例えば、二次心臓コントローラ３０は、二次心拍率測定値Ｈ２を心拍率「Ｈ１」の一次測定値と比較することができる。図示の実施形態では、二次心拍数測定値Ｈ２が別個の機器、例えば、心臓領域からの電気信号（心電図）に基づく専用の二次心臓監視装置４０を使用して測定される。いくつかの実施形態では、二次心臓モニタリングデバイス４０が一次心臓モニタリングシステム１００をチェックおよび／または補正するために、一時的に提供されてもよい。あるいは、二次心臓監視装置、例えば胸部上の電極は図３Ａおよび３Ｂにおいて後述されるように、ネットワークが訓練される（学習させられる）と、除去され得る。

いくつかの実施形態では例えば、図示のように、被験者の重量、位置または動きはセンサ表面５０上に静圧または準静圧「Ｐ」を生じさせてもよい。例えば、圧力「Ｐ」は特定の領域において比較的高く、例えば、被験者の脚と比較して被験者の胸部領域において高くてもよい。好ましい実施形態では、圧力プロファイルが心拍数がどこで測定されるかを決定するために使用される。静圧は、例えば時間尺度に基づいて、心拍数などの動的振動「Ｆ」と区別することができる。理解されるように、力感応抵抗器は典型的には静圧を測定することができ、すなわち、圧力が時間的に一定であっても、測定することができる。もちろん、例えば被験者が動くことによって圧力が変化し、その結果、新たな（静的）圧力が測定されることになる。これは、典型的には振動または圧力変化に対してより感度が高い圧電センサを使用する測定と対比され得る。

図１Ｂは、力感応抵抗器１０と圧電トランスデューサ２０とを備えた心臓モニタリングシステム１００の断面図を示す。

好ましい実施形態では、力感応抵抗器１０がセンサ表面５０上に、またはそれにまたがって配置される。最も好ましくは、力感応抵抗器１０がセンサ表面５０上に等間隔で分布される。これは、それぞれの信号とセンサの位置との間の容易な対応を可能にし得る。別のまたはさらなる実施形態では、力感応抵抗器１０が分布、配向、数および／または形状が変化してもよい。これは、例えば、関連する位置でより高い濃度のセンサを可能にすることができる。

典型的には、感圧抵抗器１０の各々が感圧材料１４、例えば、導電性複合材料、または膜構成で力が加えられたときにその抵抗を変化させる他の材料を含む。１つの実施形態では、例えば、図示されているように、第１の伸縮基板１７上に処分された勢力感応材料１４、例えば、力感応材料１４が反対の第２の基板１１上に処分される一連の電解体１２，１３、例えば、ＴＰＵ基板、に直面するポリウレタン（ＴＰＵ）基板。別のまたはさらなる実施形態では例えば図示のように、力感応材料１４は基板１７、１１の間に配置され、力感応材料１４を取り囲むスペーサ材料１５によって電極１２、１３から離れて保持される。いくつかの実施形態では例えば図示のように、第１の基板１７および／または第２の基板１１は力感応抵抗器１０に印加される静圧「Ｐ」の影響を受けて、対向する基板に向かって撓むように構成される。したがって、力感応材料１４は電極１２、１３に接触し、抵抗値「Ｒ」を変化させる。別のまたはさらなる実施形態では、圧力が印加されていないとき、センサは無限抵抗器、すなわち開回路のように作用する。好ましくは、センサの表面に圧力が印加されるほど、電極１２、１３が力感応材料１４に触れることが多くなり、抵抗が低くなる。好ましくは、力感応抵抗器が数ミリメートルのオーダーの直径Ｄ１０を有する。例えば、１ミリメートルと５０ミリメートルとの間、好ましくは５ミリメートルと２０ミリメートルとの間、例えば１０ミリメートルである。

好ましい実施形態では、圧電トランスデューサ２０が力感応抵抗器１０の間に点在する。典型的には、圧電トランスデューサ２０の各々が圧電材料２４の層を含む。好ましくは、圧電材料２４が圧電効果を有するポリマー、例えばＰＶＤＦ－ＴｒＦＥで作られる。圧電効果は、印加された機械的応力に応じて、電荷および対応する電界が特定の材料に蓄積し得る現象として理解することができる。例えば、圧電トランスデューサ２０は圧力、加速度、温度、歪み、又は力の小さな変化を検出し、それらを電気信号に変換することができる。

一実施形態では例えば図示のように、圧電材料２４は下部電極２２と上部電極２３との間に挟まれている。いくつかの実施形態では、下部電極２２が基板２１、例えばＴＰＵ基板上に配置される。好ましくは、圧電トランスデューサ２０が圧電材料２４に加えられている時間に依存する機械的応力に応答して、それぞれの時間に依存する電気信号Ｓを生成するように構成される。好ましくは、圧電トランスデューサが数ミリメートル程度の直径Ｄ２０を有する。例えば、１ミリメートルと５０ミリメートルとの間、好ましくは５ミリメートルと２０ミリメートルとの間、例えば１０ミリメートルである。

図２は、心臓モニタリングシステム１００内のセンサ表面５０上のセンサ１０、２０の概略レイアウトと、コントローラ３０とのそれぞれの接続部を示す。

本明細書で説明するように、センサ表面５０は、センサを収容する１つまたは複数の基板によって形成することができる。例えば、力感応抵抗器１０及び／又は圧電トランスデューサ２０は単一の基板上に分布（散在）させることができ、又は各タイプのセンサをそれぞれの基板上に配置することができる。本図は基板５０の上部に配置された力感応抵抗器１０および圧電トランスデューサ２０を発明が他の実施形態ではセンサの基板１１、２１はセンサ表面の一部であってもよい。

一実施形態では例えば図示のように、力感応抵抗器１０の各々は一対の共用回路線３０ｈ、３０ｖに結合される。例えば、各共用回路線は、複数の力感応抵抗器１０をコントローラ３０に接続する。従って、それぞれの力感応抵抗器１０の抵抗値「Ｒ」は例えば、前記力感応抵抗器１０に接続されたそれぞれの共用回路線対３０ｈ、３０ｖを走査することによって決定することができる。例えば、図２に示すように、力感応抵抗器１０の第１の列は、共用回路線路３０ｈに水平に結合され、力感応抵抗器１０の第１の列も、共用回路線路３０ｖに結合される。別のまたはさらなる実施形態では、例えば、複数の共用回路線３０ｖ、３０ｈは一方の側からコントローラ３０に、そして他方の側でグラウンドに結合される。もちろん、他の構成も可能である。

別のまたはさらなる実施形態、例えば図示のように、圧電トランスデューサ２０の各々は、専用回路線３０ｐとコントローラ３０に別々に結合される。圧電トランスデューサ２０は例えば、個々に検出されることが好ましい単一の時間依存電気信号を生成するので、通常、専用の回路ライン３０ｐを使用することができる。例えば、アレイの第１列上の第１の圧電トランスデューサ２０は専用回路線３０ｐと個別に、一方の側からコントローラ３０に、他方の側から接地に結合される。他の実施形態では、力感応抵抗器１０および圧電トランスデューサ２０をコントローラ３０に結合するための任意の他の好適な手段が企図される。

好ましい実施形態では、センサ表面５０が圧電トランスデューサ２０よりも、より多くの力感応抵抗器１０を含む。例えば、力感応抵抗器は比較的高密度のグリッドに配置され、一方、圧電トランスデューサは比較的低密度のグリッドに配置される。例えば、力感応抵抗器１０の数は、圧電トランスデューサ２０の数よりも少なくとも２倍、３倍、４倍又は５倍高くすることができる。例えば、異なる信号及び／又は接続のために、圧電トランスデューサ２０よりも多くの力感応抵抗器１０を接続する方が容易であることが理解されよう。これは、例えばプロファイルに基づいて、特定の位置で心拍数を測定するために少数の散在圧電トランスデューサ２０を使用しながら、力感応抵抗器１０を使用して圧力プロファイルのより良好な測定を提供するのに有利に使用することができる。

一実施形態では複数の共用回路線３０ｖ、３０ｈおよび専用回路線３０ｐはマトリクス読み出しシステムを形成する。別のまたはさらなる実施形態では、コントローラ３０が力感応抵抗器１０の測定された抵抗値（Ｒ）に基づいて圧力プロファイルを決定するように構成される。いくつかの実施形態では、圧力プロファイルが表面５０上の対応する力感応抵抗器１０の位置に基づいて関心領域（ＲｏＩ）を決定するために使用される。例えば、関心領域は、被検体２００が接触しているセンサ表面５０の領域である。好ましい実施形態では、コントローラ３０が圧力プロファイルの形状および／または大きさを分析して、被験者の身体の形状をオーバーレイするように構成される。別のまたはさらなる好ましい実施形態では、関心領域が被験者の身体上のそれぞれの位置に対応する圧力プロファイル内の１つまたは複数の特定の位置で決定される。

一実施形態では、コントローラ３０がそれぞれの時間依存電気信号「Ｓ」を測定するために、関心領域内に位置する圧電トランスデューサ２０を排他的にまたは主に選択するように構成される。したがって、心拍数「Ｈ１」は、関心領域内の表面５０上に配置された圧電トランスデューサ２０のサブセットを使用して振動「Ｆ」を測定することによって決定される。例えば、関心領域は、被検体２００のＢＣＧ信号が最適であるセンサ表面５０の領域である。いくつかの実施形態では、関心領域に位置する圧電トランスデューサ２０のみがアクティブである。このようにして、コントローラは、センサ表面５０上の全ての圧電トランスデューサ２０を連続的にモニタする必要がないことが理解されるであろう。

いくつかの実施形態では力に敏感な抵抗１０に基づく関心領域の外側の圧電トランスデューサ２０の少なくとも１つが、ノイズ相殺のために使用される。例えば、関心領域を決定した後、関心領域の外側の１つ以上の圧電トランスデューサ２０ｉを使用して、非アクティブ圧電トランスデューサ２０ｉによって検出された任意の振動「Ｆ」を相殺することによってノイズを相殺することができる。このようにして、被験者２００とセンサ表面５０との接触によって誘発されない振動「Ｆ」が打ち消され、心拍数「Ｈ１」を測定している間は、何らかのバックグラウンドノイズが考慮されないことが理解されるであろう。

図３Ａおよび図３Ｂは、ニューラルネットワーク３０ｎを使用して心拍数「Ｈ１」の決定を改善するための機械学習の例を示す。

一実施形態では例えば図３Ａに示すように、コントローラ３０は関心領域を決定するために少なくとも抵抗値「Ｒ」を受け取るように構成されたニューラルネットワーク３０ｎを備える。例えば、抵抗値「Ｒ」はニューラルネットワーク３０ｎに入力として供給され、ニューラルネットワークは関心領域を出力するように訓練される。好ましい実施形態では、例えば、示されるように、ニューラルネットワークによって決定された関心領域に基づいて、心拍数「Ｈ１」の一次測定値を決定するために、時間依存電気信号「Ｓ（ｔ）」のうちの１つまたは複数から選択が行われる。いくつかの実施形態では、ネットワークが被験者の特定の特性を考慮に入れて最適な精度を提供するように、個々の被験者ごとに訓練される。他のまたはさらなる実施形態では、ネットワークが一般に、他の被験者にも使用されるように訓練される。また、組み合わせも可能であり、例えば、ネットワークは、特定の個人のために改善され得る基本的なトレーニングから始まる。例えば、訓練されたネットワークは、それぞれの入力信号に基づいて関心領域および／または心拍数を出力するようにネットワークを決定する重み（ｗ）、オフセット、または他のパラメータのセットを備えることができる。

別のまたはさらなる実施形態では、例えば、図３Ｂに示されるように、時間依存電気信号「Ｓ（ｔ）」はそれぞれの心拍数測定値を決定するために、同じまたは別のニューラルネットワークに入力され得る。例えば、抵抗値「Ｒ」及び時間依存電気信号「Ｓ」は、ニューラルネットワーク３０ｎへの入力として供給される。好ましい実施形態では、ニューラルネットワーク３０ｎが心拍数「Ｈ１」の一次測定値を示す値を出力するように構成される。

いくつかの実施形態では、例えば、図３Ａおよび図３Ｂの両方に示されるように、心拍数「Ｈ１」の一次測定値はニューラルネットワーク３０ｎを訓練するために、独立した心臓監視装置４０によって得られる心拍数「Ｈ２」の二次測定値と比較される。例えば、ニューラルネットワーク３０ｎは、ニューラルネットワーク３０ｎからの直接的又は間接的な出力を二次心臓監視装置４０の二次心拍数と比較することによって訓練されてもよい。例えば、一次心拍数測定値と二次心拍数測定値との間の差は、誤差「Ｅｒｒ」としてネットワークにフィードバックされ、その結果、ニューロン接続部の重み「ｗ」または他のパラメータが変化する可能性がある。

いくつかの実施形態では、反復ニューラルネットワーク（ＲＮＮ）が使用される。これは、ノード間の接続が時間シーケンスに沿った有向グラフを形成する人工ニューラルネットワークのクラスである。これは、時間的な動的挙動、例えば時間依存心拍数信号を示すことを可能にする。また、他のまたは類似の人工ネットワークを使用することもできる。また、他の又は更なる値Ｈ’は、ニューラルネットワーク３０ｎ又は一般にコントローラ３０から出力することができる。例えば、ニューラルネットワーク３０ｎは、呼吸数、血圧、体重、姿勢検出、体位、体温等の生理的パラメータを出力してもよい。

明確さおよび簡潔な説明のために、特徴は同一または別個の実施形態の一部として本明細書に記載されるが、本発明の範囲は記載される特徴の全てまたはいくつかの組み合わせを有する実施形態を含み得ることが理解されるであろう。本開示のいくつかの態様は、命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。いくつかの実施形態では、非一時的コンピュータ可読が心臓監視システム内のコントローラによって実行されると、システムに、センサ表面に直接または間接的に接触する被験者の心拍数を決定させる。本開示の他の態様は、心臓監視のための方法に関する。いくつかの実施形態では、この方法がセンサ表面にわたる力感応抵抗器のアレイを提供することを含む。一実施形態では、各抵抗器が被験者によって力感応抵抗器のそれぞれの位置でセンサ表面に加えられる準静圧の量に応じて、それぞれの抵抗値を変化させるように構成される。他のまたはさらなる実施形態では、本方法が力感応抵抗器のアレイの間に点在する圧電トランスデューサのアレイを提供することを含む。一実施形態では、各トランスデューサが対象物によってトランスデューサのそれぞれの位置でセンサ表面に加えられるそれぞれの振動に従って、それぞれの時間依存電気信号を生成するように構成される。好ましい実施形態では、この方法が力感応抵抗器の測定された抵抗値と圧電トランスデューサの時間依存電気信号との組み合わせに基づいて、被験者の心拍数を決定することを含む。

添付の特許請求の範囲を解釈する際、「含む」という用語は与えられたクレームに列挙されているもの以外の要素又は行為の存在を排除しないこと、要素の前の「ａ」又は「ａｎ」という用語は複数のかかる要素の存在を排除しないこと、クレーム中の参照符号はそれらの範囲を制限しないこと、複数の「手段」は同一の又は異なる項目又は実施された構造又は機能によって表現することができること、開示された装置又はその部分のいずれも、特に明記されない限り、一緒に結合するか又は別の部分に分離することができること、を理解すべきである。１つの請求項が別の請求項に言及する場合、これは、それらのそれぞれの特徴の組み合わせによって達成される相乗的利点を示し得る。しかし、特定の手段が相互に異なる請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせも有利に使用することができないことを示すものではない。したがって、本実施形態は特許請求の発明のすべての実用的な組み合わせを含むことができ、各特許請求の発明は文脈によって明確に除外されない限り、原則として、任意の先行する特許請求の発明を指すことができる。

Claims (15)

1. センサ表面（５０）に渡る力感応抵抗器（１０）のアレイであって、各抵抗器（１０）は、被験者（２００）によって前記力感応抵抗器（１０）のそれぞれの位置で前記センサ表面（５０）に及ぼされる静圧（Ｐ）の量に従ってそれぞれの抵抗値（Ｒ）を変化させるように構成される、力感応抵抗器（１０）のアレイと、
   前記力感応抵抗器（１０）の間に点在する圧電トランスデューサ（２０）のアレイであって、トランスデューサ（２０）の各々は、前記被験者（２００）によって前記トランスデューサ（２０）のそれぞれの位置において前記センサ表面（５０）に加えられるそれぞれの振動（Ｆ）に従って、それぞれの時間依存電気信号（Ｓ）を生成するように構成される、圧電トランスデューサ（２０）アレイと、
   前記力感応抵抗器（１０）の測定された前記抵抗値（Ｒ）と前記圧電トランスデューサ（２０）の前記時間依存電気信号（Ｓ）との組み合わせに基づいて前記被験者（２００）の心拍数（Ｈ１）を決定するように構成されたコントローラ（３０）と、
   を備え、
   前記センサ表面（５０）は前記力感応抵抗器（１０）を使用して圧力プロファイルを測定し、測定された前記圧力プロファイルに基づいて前記センサ表面（５０）の１つ以上の特定の位置で心拍数を測定するために前記力感応抵抗器（１０）間の前記圧電トランスデューサ（２０）のサブセットを使用するための、前記圧電トランスデューサ（２０）よりも多くの力感応抵抗器（１０）を含む、
   心臓監視システム（１００）。
2. 前記コントローラ（３０）は前記力感応抵抗器（１０）の測定された前記抵抗値（Ｒ）に基づいて圧力プロファイルを決定するように構成され、前記圧力プロファイルは表面（５０）上の対応する前記力感応抵抗器（１０）の位置に基づいて関心領域（ＲｏＩ）を決定するために使用され、前記心拍数（Ｈ１）は前記関心領域（ＲｏＩ）内の前記表面（５０）上に位置する前記圧電トランスデューサ（２０）のサブセットを使用して振動（Ｆ）を測定することによって決定される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラ（３０）は前記圧力プロファイルの形状および／または大きさを分析して、前記被験者の身体の形状に重ね合わせるように構成され、関心領域（ＲｏＩ）は前記被験者の身体上のそれぞれの位置に対応してプロファイルされた前記圧力プロファイル内の１つまたは複数の特定の位置で決定される、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
4. 記力感応抵抗器（１０）に基づく関心領域（ＲｏＩ）の外側にある前記圧電トランスデューサ（２０）のうちの少なくとも１つが、ノイズ除去のために使用される、請求項１～３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記抵抗値（Ｒ）は、ニューラルネットワーク（３０ｎ）への入力として供給され、前記ニューラルネットワークは関心領域（ＲｏＩ）を出力するように訓練され、前記関心領域（ＲｏＩ）に基づいて、心拍数（Ｈ１）の一次測定値を決定するために、前記時間依存電気信号（Ｓ）のうちの１つ以上から選択が行われる、請求項１～４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記抵抗値（Ｒ）および前記時間依存電気信号（Ｓ）はニューラルネットワーク（３０ｎ）への入力として供給され、前記ニューラルネットワーク（３０ｎ）は前記心拍数（Ｈ１）の一次測定値を示す値を出力するように構成される、請求項１～５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記心拍数（Ｈ１）の一次測定値は前記ニューラルネットワーク（３０ｎ）を訓練するために、独立した心臓監視装置（４０）によって得られる心拍数（Ｈ２）の二次測定値と比較される、請求項５又は請求項６に記載のシステム。
8. 前記力感応抵抗器（１０）の各々は対向する第２の基板（１１）上に配置された電極（１２、１３）のセットに面する第１の基板（１７）上に配置された力感応材料（１４）を含み、前記力感応材料（１４）は前記基板（１７、１１）の間に配置され、前記力感応材料（１４）を取り囲むスペーサ材料（１５）によって前記電極（１２、１３）から離れて保持され、前記第１の基板および／または第２の基板（１７）は前記力感応抵抗器（１０）に印加された静圧（Ｐ）の影響下で前記対向する基板に向かって撓むように構成され、それによって、前記力感応材料（１４）を前記電極（１２、１３）と接触させ、前記抵抗値（Ｒ）を変化させる、
   請求項１～７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 前記圧電トランスデューサ（２０）のそれぞれは下部電極（２２）と上部電極（２３）との間に挟まれた圧電材料（２４）の層を含み、前記圧電トランスデューサ（２０）は前記圧電材料（２４）に印加される時間に依存する機械的応力に応答して、それぞれの時間依存電気信号（Ｓ）を生成するように構成される、請求項１～８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記力感応抵抗器（１０）の各々は一対の共有回路線（３０ｈ、３０ｖ）に結合され、各共有回路線は複数の前記力感応抵抗器（１０）を前記コントローラ（３０）に接続し、前記力感応抵抗器（１０）の各々の抵抗値（Ｒ）は前記力感応抵抗器（１０）に接続された前記共有回路線（３０ｈ、３０ｖ）のそれぞれの対を走査することによって決定される、請求項１～９のいずれか一項に記載のシステム。
11. 前記圧電トランスデューサ（２０）の各々は、前記コントローラ（３０）に専用回路線（３０ｐ）と別々に結合される、請求項１～１０のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記センサ表面（５０）が、前記圧電トランスデューサ（２０）の少なくとも２倍の数の力感応抵抗器（１０）を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載のシステム。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の心臓監視システム（１００）を含むベッドまたは椅子。
14. 請求項１～１３のいずれか一項に記載の心臓監視システム（１００）内のコントローラ（３０）によって実行されると、システムに、センサ表面（５０）に直接的に又は間接的に接触する被験者（２００）の心拍数（Ｈ１）を決定させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読媒体。
15. 心臓監視の方法（１００）であって、
    センサ表面（５０）に渡る力感応抵抗器（１０）のアレイを提供することであって、各抵抗器（１０）が、被験者（２００）によって前記力感応抵抗器（１０）のそれぞれの位置で前記センサ表面（５０）に及ぼされる静圧（Ｐ）の量に従ってそれぞれの抵抗値（Ｒ）を変化させるように構成される、力感応抵抗器（１０）のアレイを提供することと、
    前記力感応抵抗器（１０）の間に点在する圧電トランスデューサ（２０）のアレイを提供することであって、トランスデューサ（２０）の各々は、前記被験者（２００）によって前記トランスデューサ（２０）のそれぞれの位置で前記センサ表面（５０）に加えられるそれぞれの振動（Ｆ）に従って、それぞれの時間依存電気信号（Ｓ）を生成するように構成される、圧電トランスデューサ（２０）のアレイを提供することと、
    前記力感応抵抗器（１０）の測定された抵抗値（Ｒ）と前記圧電トランスデューサ（２０）の前記時間依存電気信号（Ｓ）との組み合わせに基づいて、前記被験者（２００）の心拍数（Ｈ１）を決定することと、を含み、
    前記センサ表面（５０）は前記圧電トランスデューサ（２０）よりも、より多くの力感応抵抗器（１０）を含み、前記力感応抵抗器（１０）は圧力プロファイルを測定するために使用され、前記力感応抵抗器（１０）間の前記圧電トランスデューサ（２０）のサブセットは測定された圧力プロファイルに基づいて、前記センサ表面（５０）の１つ以上の特定の位置で心拍数を測定するために使用される、
    方法。
    

Images