JP2024516573A - 生理学パラメータ検知システム及び方法 - Google Patents
生理学パラメータ検知システム及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024516573A JP2024516573A JP2023562809A JP2023562809A JP2024516573A JP 2024516573 A JP2024516573 A JP 2024516573A JP 2023562809 A JP2023562809 A JP 2023562809A JP 2023562809 A JP2023562809 A JP 2023562809A JP 2024516573 A JP2024516573 A JP 2024516573A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- subject
- force
- signal
- displacement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 231
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims abstract description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 54
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 50
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 claims description 44
- 210000002216 heart Anatomy 0.000 claims description 41
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 37
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims description 34
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 29
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 29
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 25
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 21
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 230000001605 fetal effect Effects 0.000 claims description 14
- 210000003709 heart valve Anatomy 0.000 claims description 13
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 claims description 12
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 claims description 12
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 claims description 11
- 210000005259 peripheral blood Anatomy 0.000 claims description 10
- 239000011886 peripheral blood Substances 0.000 claims description 10
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 208000036029 Uterine contractions during pregnancy Diseases 0.000 claims description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000001105 femoral artery Anatomy 0.000 claims description 4
- 210000003270 subclavian artery Anatomy 0.000 claims description 4
- 206010033557 Palpitations Diseases 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 64
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 64
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 25
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 17
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 16
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 10
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 9
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 210000002417 xiphoid bone Anatomy 0.000 description 8
- 101100013508 Gibberella fujikuroi (strain CBS 195.34 / IMI 58289 / NRRL A-6831) FSR1 gene Proteins 0.000 description 7
- 101100013509 Gibberella fujikuroi (strain CBS 195.34 / IMI 58289 / NRRL A-6831) FSR2 gene Proteins 0.000 description 7
- 101100290377 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) MCD4 gene Proteins 0.000 description 7
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 206010041235 Snoring Diseases 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 5
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 4
- 206010019280 Heart failures Diseases 0.000 description 4
- 206010047924 Wheezing Diseases 0.000 description 4
- 210000002376 aorta thoracic Anatomy 0.000 description 4
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 3
- 206010027727 Mitral valve incompetence Diseases 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 238000002555 auscultation Methods 0.000 description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000010247 heart contraction Effects 0.000 description 3
- 230000003434 inspiratory effect Effects 0.000 description 3
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 208000001797 obstructive sleep apnea Diseases 0.000 description 3
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 3
- 210000001562 sternum Anatomy 0.000 description 3
- 230000009747 swallowing Effects 0.000 description 3
- 210000000779 thoracic wall Anatomy 0.000 description 3
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 3
- 210000003437 trachea Anatomy 0.000 description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- 206010002915 Aortic valve incompetence Diseases 0.000 description 2
- 208000003430 Mitral Valve Prolapse Diseases 0.000 description 2
- 208000020128 Mitral stenosis Diseases 0.000 description 2
- 201000001943 Tricuspid Valve Insufficiency Diseases 0.000 description 2
- 206010044640 Tricuspid valve incompetence Diseases 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 2
- 206010002906 aortic stenosis Diseases 0.000 description 2
- 201000002064 aortic valve insufficiency Diseases 0.000 description 2
- 208000006673 asthma Diseases 0.000 description 2
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000013155 cardiography Methods 0.000 description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 description 2
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 2
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 2
- 230000008774 maternal effect Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 2
- 208000006887 mitral valve stenosis Diseases 0.000 description 2
- 230000004899 motility Effects 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 208000000884 Airway Obstruction Diseases 0.000 description 1
- 206010002383 Angina Pectoris Diseases 0.000 description 1
- 208000031295 Animal disease Diseases 0.000 description 1
- 206010003210 Arteriosclerosis Diseases 0.000 description 1
- 206010003658 Atrial Fibrillation Diseases 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010006578 Bundle-Branch Block Diseases 0.000 description 1
- 206010007513 Cardiac aneurysm Diseases 0.000 description 1
- 208000020446 Cardiac disease Diseases 0.000 description 1
- 206010007559 Cardiac failure congestive Diseases 0.000 description 1
- 208000031229 Cardiomyopathies Diseases 0.000 description 1
- 208000024172 Cardiovascular disease Diseases 0.000 description 1
- 201000006306 Cor pulmonale Diseases 0.000 description 1
- 208000003037 Diastolic Heart Failure Diseases 0.000 description 1
- 208000023281 Fallot tetralogy Diseases 0.000 description 1
- 208000035211 Heart Murmurs Diseases 0.000 description 1
- 206010020772 Hypertension Diseases 0.000 description 1
- 206010021079 Hypopnoea Diseases 0.000 description 1
- 208000035478 Interatrial communication Diseases 0.000 description 1
- 206010024119 Left ventricular failure Diseases 0.000 description 1
- 208000019693 Lung disease Diseases 0.000 description 1
- 208000004210 Pressure Ulcer Diseases 0.000 description 1
- 208000010378 Pulmonary Embolism Diseases 0.000 description 1
- 208000004186 Pulmonary Heart Disease Diseases 0.000 description 1
- 206010037368 Pulmonary congestion Diseases 0.000 description 1
- 206010037423 Pulmonary oedema Diseases 0.000 description 1
- 208000030934 Restrictive pulmonary disease Diseases 0.000 description 1
- 208000034189 Sclerosis Diseases 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000008253 Systolic Heart Failure Diseases 0.000 description 1
- 201000003005 Tetralogy of Fallot Diseases 0.000 description 1
- 208000001910 Ventricular Heart Septal Defects Diseases 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 210000001765 aortic valve Anatomy 0.000 description 1
- 208000008784 apnea Diseases 0.000 description 1
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 1
- 230000006793 arrhythmia Effects 0.000 description 1
- 208000011775 arteriosclerosis disease Diseases 0.000 description 1
- 208000013914 atrial heart septal defect Diseases 0.000 description 1
- 206010003664 atrial septal defect Diseases 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 230000002308 calcification Effects 0.000 description 1
- 230000001269 cardiogenic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 1
- 238000013145 classification model Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 208000029078 coronary artery disease Diseases 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000003205 diastolic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 238000000537 electroencephalography Methods 0.000 description 1
- 238000002567 electromyography Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 1
- 210000002458 fetal heart Anatomy 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 206010020871 hypertrophic cardiomyopathy Diseases 0.000 description 1
- 210000003090 iliac artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 210000004115 mitral valve Anatomy 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 1
- 210000004789 organ system Anatomy 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 208000003278 patent ductus arteriosus Diseases 0.000 description 1
- 208000008494 pericarditis Diseases 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 201000011461 pre-eclampsia Diseases 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 208000005333 pulmonary edema Diseases 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary effect Effects 0.000 description 1
- 208000005069 pulmonary fibrosis Diseases 0.000 description 1
- 208000002815 pulmonary hypertension Diseases 0.000 description 1
- 210000003102 pulmonary valve Anatomy 0.000 description 1
- 208000009138 pulmonary valve stenosis Diseases 0.000 description 1
- 208000030390 pulmonic stenosis Diseases 0.000 description 1
- 238000000718 qrs complex Methods 0.000 description 1
- 210000002321 radial artery Anatomy 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 208000023504 respiratory system disease Diseases 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001020 rhythmical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 201000002859 sleep apnea Diseases 0.000 description 1
- 208000019116 sleep disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002966 stenotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000591 tricuspid valve Anatomy 0.000 description 1
- 210000004291 uterus Anatomy 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 description 1
- 201000003130 ventricular septal defect Diseases 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/117—Identification of persons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B7/00—Instruments for auscultation
- A61B7/003—Detecting lung or respiration noise
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]
- A61B5/282—Holders for multiple electrodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6802—Sensor mounted on worn items
- A61B5/6804—Garments; Clothes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
- A61B5/6828—Leg
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/0028—Force sensors associated with force applying means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
- A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/02—Operational features
- A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/04—Constructional details of apparatus
- A61B2560/0406—Constructional details of apparatus specially shaped apparatus housings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/04—Constructional details of apparatus
- A61B2560/0462—Apparatus with built-in sensors
- A61B2560/0468—Built-in electrodes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0204—Acoustic sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0209—Special features of electrodes classified in A61B5/24, A61B5/25, A61B5/283, A61B5/291, A61B5/296, A61B5/053
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0252—Load cells
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/06—Arrangements of multiple sensors of different types
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/14—Coupling media or elements to improve sensor contact with skin or tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
- A61B2562/164—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
- A61B2562/166—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted on a specially adapted printed circuit board
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/18—Shielding or protection of sensors from environmental influences, e.g. protection from mechanical damage
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
- A61B5/0022—Monitoring a patient using a global network, e.g. telephone networks, internet
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/02028—Determining haemodynamic parameters not otherwise provided for, e.g. cardiac contractility or left ventricular ejection fraction
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/02108—Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
- A61B5/02125—Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics of pulse wave propagation time
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/029—Measuring or recording blood output from the heart, e.g. minute volume
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1113—Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
- A61B5/1114—Tracking parts of the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/28—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electrocardiography [ECG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/279—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses
- A61B5/291—Bioelectric electrodes therefor specially adapted for particular uses for electroencephalography [EEG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/43—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems
- A61B5/4306—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems for evaluating the female reproductive systems, e.g. gynaecological evaluations
- A61B5/4343—Pregnancy and labour monitoring, e.g. for labour onset detection
- A61B5/4356—Assessing uterine contractions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/43—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems
- A61B5/4306—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems for evaluating the female reproductive systems, e.g. gynaecological evaluations
- A61B5/4343—Pregnancy and labour monitoring, e.g. for labour onset detection
- A61B5/4362—Assessing foetal parameters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B7/00—Instruments for auscultation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Hematology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
対象者の生理学パラメータを検知する装置であって、力検知表面を有する力センサを含み、力センサは、対象者の器官の力変位を表す第1の信号を生成するように構成される。変位センサは、力センサと関連付けられ、変位センサは、変位検知表面を有し、変位センサは、対象者の器官の変位速度を表す第2の信号を生成するように構成され、カプラは、力センサ及び変位センサの1つの上に配列され、カプラは、力センサ及び変位センサを器官に機械的に結合するように構成され、変位検知表面は、力検知表面と一致するか、又は力検知表面に対してより小さいサイズである。
Description
本開示は概して、信号を検知することに関し、より具体的に、対象者の少なくとも1つの生理学パラメータに関連する信号を検知するためのセンサ・アセンブリに関する。
センサの使用を通じた生理学パラメータの非侵略的な患者又は対象者の監視は、医療の分野において重要である。複数の信号又はデータを得て、対象者のいくつかの生理学特性を一度に監視することを達成するために、異なるセンサが結合された装置が開発されてきた。異なるセンサが結合されたそれらの装置が開発されてきたと共に、異なるセンサの特定の組み合わせは、意図した目的を考慮し、それは、元の意図した目的と比較して、異なるタイプの生理学監視のために異なり又は不適切である場合がある。例えば、元の意図した目的が対象者の血液内での脈拍及び酸素飽和度を判定することであるとき、パルス・オキシメータ・センサは、脈拍数を検知し、血液の酸素レベルを測定することが可能である。しかしながら、血圧情報は、それが意図した目的を超えるように、読み込むことから省略され、それは、装置内でセンサのどの組み合わせが必要であるかを制限する。
目標の器官及び/又は生理学パラメータに関する関連する信号を検知するために最適である特定のセンサの特定の結合を最適化することが常に必要である。対象者の循環における血液の容積的変化、血圧、及び血液内の酸素飽和度など、機械的生理学イベントの継続し且つ非侵略的な監視を可能にするために、共に結合された少なくとも力検知レジスタ及び圧電センサを有する装置についての必要性が実に感じられる。また、不規則な信号の効率的な検出が早期の診断及び処置のために不可欠であるように、生理学パラメータを検知することにおける感度及び精度を高める必要性もある。更に、対象者との接触を改善するようにセンサの構成を最適化することによっても、より良好な信号が取得されることを可能にする。
容積の周りに配置されるときに信号を測定し、特に、生きている対象者の生理学パラメータを測定及び監視するための様々なセンサ及びシステムが存在すると共に、測定されるパラメータを表す有用な出力信号を継続し且つ信頼して提供することが課題のままである。加えて、特に、対象者が延長した期間の間にセンサ/システムを装着する必要がある場合、パラメータを測定するセンサ/システムに生きている対象者が快適に適合すると共にそのように行うことも課題である。
本明細書に含まれた書類、行動、材料、デバイス、又は道具などのいずれかの議論は、それが添付の特許請求の範囲の各々の優先日の前に存在していたように、それらの事項のいずれか又は全てが、従来技術の基礎の一部を形成し、又は本開示に関連する分野における共通の一般的な知識であったということを認めるように見なされることにはならない。
Biopacなどのカフ・デバイス又はフィンガ・デバイスなどのゴールド・スタンダード血圧測定デバイスに対して最初に較正することができる力センサを提供することが有利であり得る。このステップは、センサへの力の測定のための進行中の較正された値、したがって、血圧の進行中の測定を可能にする。
対象者の循環における血液の容積的変化に関連する追加の信号を提供するために、力センサ及び光学センサ並びに/又は変位センサを含むことが有利であり得る。追加の信号を有することは、対象者の生理学条件に関する更なる精度をもたらす。
装置が、変位センサなどの圧電センサと共に力検知レジスタ(FSR:force-sensing resistor)を有することが有利であり得る。異なる種類のセンサを共に有することは、対象者の生理学パラメータに関する重要な情報を提供する。
身体の音を検出するために圧電センサを動作させることが有利であり得、身体の音は、標準の機能している器官から作り出される音、例えば、それらに限定されないが、肺(呼吸音に対する)及び心臓(心臓鼓動音を監視することに対する)を介して対象者の健康を監視し、聞こえた音が不規則であるか否かを判定するために有利に使用されることもできる。
力センサの最大平面表面のエリア未満である最大平面表面積を有するカプラを使用することが有利であり得る。平面構成によるこの有利な点は、カプラに機械的に結合された力センサ及び変位センサが、対象者から各々のセンサへの力の機械的な伝達を保証することを可能にする。更に、カプラに機械的に結合された力センサ及び変位センサ並びに対象者の表面に機械的に結合されたカプラにより、センサ・アセンブリが、力変位信号及び変位速度信号を同時に生成するように構成されることが有利であり得る。それらの信号は次いで、機械的生理学イベントの継続し且つ非侵略的な監視を可能にするために使用される。
変位センサが対象者の器官によって生成された身体音を効果的に検知することができるように、カプラの動作可能な裏面上で同心円状に力センサ及び変位センサを配列することが有利であり得る。
本発明の目的は、従来技術の欠点のうちの少なくとも1つを克服若しくは改良し、又は有用な代替を提供することである。
本発明の第1の態様によれば、対象者の生理学パラメータを検知する装置が提供され、装置は、力検知表面を有する力センサであって、対象者の器官の力変位を表す第1の信号を生成するように構成される、力センサと、力センサと関連付けられた変位センサであって、変位検知表面を有し、対象者の器官の変位速度を表す第2の信号を生成するように構成される、変位センサと、力センサ及び変位センサの1つ上に配列されたカプラであって、力センサ及び変位センサを器官と機械的に結合するように構成される、カプラと、を含み、変位検知表面は、力検知表面と一致するか、又は力検知表面に対してより小さいサイズである。
好ましくは、力センサは、Biopacなどのカフ・デバイス又はフィンガ・デバイスなどのゴールド・スタンダード血圧測定デバイスに対して最初に較正することができる。このステップは、センサへの力の測定のための進行中の較正された値、したがって、血圧の進行中の測定を可能にする。
好ましくは、装置は、力センサ及び光学センサを含むことができ、後者は、対象者の循環する血液の容積的変化に関連する追加の信号を提供するために、変位センサの代わりに、又は変位センサと同様に使用される。
好ましくは、第1の力センサは、患者の胸部で信号を測定し得、第2の力センサは、ユーザの指又は手首であり得る。第2の力センサも、例えば、胸骨上切痕における上部胸部上であり得る。
好ましくは、力センサは、第1の力検知レジスタ(FSR)を含み得る。変位センサは、圧電センサを含み得る。変位センサを動作させることは、身体の音を検出することを可能にし得る。
好ましくは、カプラは、力センサの最大平面表面積未満である最大平面表面積を有し得る。更に、カプラの最大平面表面積は、変位センサの最大平面表面積に近似し得る。
好ましくは、力センサは、変位センサに搭載され得る。
好ましくは、力センサは、カプラの動作可能な裏面に結合された動作可能なおもて面と、変位センサの動作可能なおもて面に結合された動作可能な裏面とを含み得る。
好ましくは、力センサ及び変位センサは各々、カプラの動作可能な裏面に結合された動作可能なおもて面を有し得る。力センサ及び変位センサは、カプラの動作可能な裏面上に同心円状に配列され得る。変位センサは、第2の信号が対象者の器官によって生成される身体音を表すように構成され得る。
好ましくは、装置はまた、対象者の循環する血液の容積的変化を表す第3の信号を生成するように構成された少なくとも1つの光学センサを含み得る。そのような実施例では、少なくとも1つの光学センサは、力センサ、変位センサ、及びカプラから別々に対象者上に配列されるように構成され得る。代わりに、少なくとも1つの光学センサは、力センサに隣接して固定され得る。
好ましくは、カプラは、カプラが光学センサから機械的に切り離されるように、光学センサを少なくとも部分的に囲むように形状付けられ得る。
好ましくは、装置は、血液酸素飽和度レベルを表す第4の信号を生成するように共に動作可能な複数の光学センサを含み得る。
好ましくは、カプラは、カプラが対象者に対して配列されるとき、生体電位を測定するように構成された処理回路に電気的に結合された導電性電極として構成され得る。そのような実施例は、処理回路は、対象者のエレクトロカルジオグラフィ(ECG:electrocardiogram)を測定し、ECGを表す第4の信号を生成するように構成され得る。
好ましくは、カプラは、温度センサを含み得、対象者に対して配列されるカプラに応答して温度を測定するように構成された処理回路に電気的に結合される。
好ましくは、環状導電性電極は、装置の周りに構成され得る。環状導電性電極は、カプラが対象者に対して配列されるとき、生体電位を測定するように構成された処理回路に電気的に結合される。そのような実施例では、処理回路は、対象者のエレクトロカルジオグラフィ(ECG)を測定し、ECGを表す第4の信号を生成するように構成され得る。
好ましくは、装置は、環状リングとして構成された第1の導電性電極を含み得、環状リングは、環状リングが対象者に対して配列されるとき、生体電位を測定するように構成された処理回路に電気的に結合される。
好ましくは、装置は、対象者の別の部分に対して配列することを可能にするように、第1の導電性電極から間隔を空けて、第1の導電性電極から隔離されて配列された第2の導電性電極を含み得、第2の導電性電極は、第1の導電性電極及び第2の導電性電極が対象者に対して配列されるとき、更なる生体電位を測定することを可能にするように、処理回路に結合される。
好ましくは、装置は、対象者の別の部分に対して配列することを可能にするように、第1の導電性電極及び第2の導電性電極から間隔を空けて、第1の導電性電極及び第2の導電性電極から隔離されて配列された第3の導電性電極を含み得、第3の導電性電極は、第1の導電性電極、第2の導電性電極、及び第3の導電性電極が対象者に対して配列されるとき、更なる生体電位を測定することを可能にするように、処理回路に結合される。第3の導電性電極は、第1の電極及び第2の電極に対して移動可能であり得る。
好ましくは、処理回路は、対象者に対して配列されるいずれかの導電性電極に応答して、対象者のエレクトロカルジオグラフィ(ECG)を測定するように構成され、ECGを表す第4の信号を生成するように構成され得る。
好ましくは、第2のECG電極及び第3のECG電極が装置に組み込まれる場合、これは、第1の電極から隔離され得、対象者の手がECG回路を完了することを可能にすると共に、第2の電極を保持するように配列され得、又は対象者に取り付けられ、処理回路に接続された第2のセンサ上に配列され得る。
好ましくは、カプラは、器官に接触するように構成されたおもて面を含み得る。おもて面は、ドーム形状、又はマッシュルーム形状、又は円錐形状、又はピラミッド形状であり得る。代わりに、カプラは、円筒形又は直方体であり得る。カプラは、アクリル・レジンなどの剛性プラスチック材料、及び導電性材料のうちの少なくとも1つを含み得る。
好ましくは、装置は、装置の動作可能な裏面に加えられる力を測定するように構成された第2の力センサを含み得る。第2の力センサは、第1の力センサからの信号が定量化されることを可能にし、血圧の推定につながるように、生み出す力を知るように較正され得る。第2の力センサは、力検知レジスタ(FSR)であり得る。第2の力センサは、変位センサの動作可能な裏面に結合され得る。
好ましくは、装置は、対象者の器官に装置を固定するように構成された固定デバイスを更に含み得る。固定デバイスは、a)ストラップ、b)ベルト、c)接着パッチのうちの少なくとも1つを含み得る。
好ましくは、装置は、第1の信号及び第2の信号に基づいて、生理学パラメータを判定するように構成された少なくとも1つのプロセッサを更に含み得る。少なくとも1つのプロセッサは、第1の信号に基づいて、変位センサから受信される第2の信号を較正するように構成され得る。
好ましくは、生理学パラメータは、心悸動、中心血圧又は末梢血圧などの血圧、子宮収縮、胎児の活動、呼吸、心音などの身体音、対象者の心臓弁の開放時間、対象者の心臓弁の閉鎖時間、対象者の心臓の収縮レベル、血管の弾性、対象者の心臓の一回拍出量、心拍出量、及び血液脈波伝播時間のうちの少なくとも1つを含み得る。好ましくは、装置は、胸部容積変化を表す呼吸器信号を生成するように構成された第1のモーフィック・センサを更に含み、モーフィック・センサは、複数のセンサと通信する。好ましくは、装置は、対象者の識別を可能にするための生理学信号を検出するように構成された第2のモーフィック・センサを更に含む。好ましくは、第1のモーフィック・センサ又は第2のモーフィック・センサは、対象者の位置及び動きを検出するための加速度計を含む。
別の態様では、センサ・アセンブリによって生成される信号の信号対雑音比を高める方法が提供され、アセンブリは、力センサ及び変位センサを含み、方法は、対象者上の位置に変位センサを配列することであって、変位センサは、変位を表す第1の信号を生成するように構成される、配列することと、対象者上の同一の位置に力センサを配列することであって、力センサは、力変位を表す第2の信号を生成するように構成される、配列することと、変位センサ及び力センサに結合され、力信号及び変位信号を処理するように構成された少なくとも1つのプロセッサを動作させることと、を含む。
好ましくは、処理することは、第1の信号及び第2の信号を乗算することを含み得る。
別の態様では、対象者の生理学パラメータを測定する方法が提供され、方法は、対象者の第1の位置に機械的に結合された第1の力センサから第1の信号を受信することと、対象者の第2の位置に機械的に結合された第2の力センサから第2の信号を受信することであって、第2の位置は、第1の位置から分離される、受信することと、第1の信号及び第2の信号の比較に基づいて、生理学パラメータを判定することと、を含む。
好ましくは、第1の力センサは、患者の胸部で信号を測定し得、第2の力センサは、ユーザの指又は手首であり得る。第2の力センサも、例えば、胸骨上切痕における上部胸部上であり得る。
好ましくは、比較は、第1の信号と第2の信号との間の差異を含み得る。比較は、第1信号と第2の信号との間のタイミングを更に含み得、このタイミングは、第1の位置から第2の位置までの脈波伝播時間(PTT:pulse transit time)に等しい。PTTは、血圧を表す測定である。PTTは、いずれかの異なる予め定められた位置において測定することができることを認識され得る。
好ましくは、第1の力センサ及び第2の力センサのうちの1又は複数は、力検知レジスタ(FSR)であり得る。
好ましくは、生理学パラメータは、心悸動、脈波伝播時間、脈拍伝搬時間、中心血圧又は末梢血圧などの血圧、子宮収縮、胎児の活動、呼吸、心音などの身体音、対象者の心臓弁の開放時間、対象者の心臓弁の閉鎖時間、対象者の心臓の収縮レベル、対象者の心臓の一回拍出量、心拍出量、及び血液脈波伝播時間などの心臓性パラメータのうちの少なくとも1つを含み得る。
好ましくは、第1の位置は、剣状突起において又は剣状突起の近くなど、対象者の上部胸郭上にあり得る。第2の位置は、対象者の下部胸郭上にあり得る。測定されることになる生理学パラメータは、中心血圧であり得る。
本発明の別の態様では、第1の位置は、対象者の胸郭上にあり得る。第2の位置は、対象者の大腿動脈及び鎖骨下動脈、又は他の末梢動脈の1つに近接し得る。測定されることになる生理学パラメータは、そのようなケースでは、末梢血圧であり得る。
本発明の別の態様では、第1の力センサ及び第2の力センサは、前面力センサから切り離された背面力センサと共に1つのアセンブリ上にあり得る。ユーザの指は、アセンブリがユーザの心臓上に配置されるとき、第2の力センサへのカプラに当てることができる。心臓から指への心臓性信号のタイミング差は、脈波伝播時間である。
好ましくは、方法は、第1の位置及び第2の位置から分離された第3の位置において対象者に機械的に結合された第3の力センサから第3の信号を受信することと、第1の信号、第2の信号、及び第3の信号の比較に基づいて、生理学パラメータを判定することと、を更に含み得る。第3の力センサは、FSRであり得る。
好ましくは、方法は、第1のセンサ及び第2のセンサのうちの1つ又は複数を対象者に機械的に結合することを更に含み得る。
好ましくは、方法は、力センサ及び変位センサの両方を有する装置を使用することを更に含み得、変位センサからの信号は、変位センサからの信号の変調する必要性を回避するように、力センサから信号と乗算される。
別の態様によれば、対象者の生理学パラメータを測定するシステムが提供され、システムは、対象者上の第1の位置において力変位を表す第1の信号を生成するように構成された第1の力センサと、対象者上の第2の位置において力変位を表す第2の信号を生成するように構成された第2の力センサと、第1の信号と第2の信号との間の比較に基づいて、対象者の生理学パラメータを判定するように構成された少なくとも1つのプロセッサと、を含む。
好ましくは、比較は、第1の信号と第2の信号との間の差異を含み得る。更に、比較は、第1信号と第2の信号との間のタイミング差を含み得る。
好ましくは、第1の力センサ及び第2の力センサのうちの少なくとも1つは、力検知レジスタ(FSR)であり得る。
好ましくは、生理学パラメータは、心悸動、脈波伝播時間、脈拍伝搬時間、中心血圧又は末梢血圧などの血圧、子宮収縮、胎児の活動、呼吸、心音などの身体音、対象者の心臓弁の開放時間、対象者の心臓弁の閉鎖時間、対象者の心臓の収縮レベル、対象者の心臓の一回拍出量、心拍出量、及び血液脈波伝播時間などの心臓性パラメータのうちの少なくとも1つを含み得る。
好ましくは、第1の位置は、剣状突起において又は剣状突起の近くなど、対象者の上部胸郭上にあり得る。第2の位置は、対象者の下部胸郭上にあり得る。測定されることになる生理学パラメータは、中心血圧であり得る。
本発明の別の態様では、第1の位置は、対象者の胸郭上にあり得る。第2の位置は、対象者の大腿動脈及び鎖骨下動脈、又は他の末梢動脈の1つに近接し得る。測定されることになる生理学パラメータは、そのようなケースでは、末梢血圧であり得る。
好ましくは、システムは、第1の位置及び第2の位置から分離された対象者上の第3の位置において力変位を表す第1の信号を生成するように構成された第3の力センサを更に含み得る。生理学パラメータは次いで、第1の信号、第2の信号、及び第3の信号の比較に基づいて判定され得る。第3の力センサは、FSRであり得る。
好ましくは、第1の力センサ及び第2の力センサのうちの1つ又は複数は、上記説明されたような装置の第1の力センサであり得る。
別の態様によれば、対象者の少なくとも1つのパラメータを検知する装置が提供され、装置は、湾曲により変化するインピーダンスを有する伸縮自在なセンサ部材と、伸縮自在なセンサ部材を囲み、対象者の表面の半径などの形状の変化が伸縮自在なセンサを曲げさせるように、対象者の表面に近接して伸縮自在なセンサ部材の接触表面を維持するように構成された伸縮自在なキャリアと、を含む。
好ましくは、伸縮自在なセンサ部材は、力検知レジスタ(FSR)を含み得る。
好ましくは、キャリアは、ファブリック・キャリア及びエラストマ・キャリアのうちの少なくとも1つであり得る。キャリアは、ストラップ又は接着パッチを含み得る。キャリアは、対象者によって装着された衣類を含み得る。衣類は、シャツ、又はベスト、又はジャケット、又はコートを含み得る。
好ましくは、対象者の表面は、対象者の胸郭における皮膚などの皮膚であり得る。伸縮自在なキャリアは、皮膚の拡張及び収縮(例えば、呼吸に起因した胸郭の拡張及び収縮)が伸縮自在なセンサを曲げさせるように、皮膚に近接して接触表面を維持するように構成され得る。
好ましくは、装置は、伸縮自在なセンサ部材のインピーダンスに基づいて、少なくとも1つのパラメータを生成するように構成された少なくとも1つのプロセッサを更に含み得る。
好ましくは、パラメータは、心悸動、中心血圧又は末梢血圧などの血圧、又は子宮収縮、胎児の活動、呼吸、心音などの身体音、対象者の心臓弁の開放時間、対象者の心臓弁の閉鎖時間、対象者の心臓の収縮レベル、対象者の心臓の一回拍出量、心拍出量、及び/又は血液脈波伝播時間などの心臓性パラメータを含み得る。
別の態様によれば、対象者の少なくとも1つのパラメータを検知する方法が提供され、対象者の器官に近接して第1の位置において上記説明されたような伸縮自在なセンサを位置付けることと、伸縮自在なセンサ部材のインピーダンスに基づいて、少なくとも1つのパラメータを判定することと、を含む。
別の態様によれば、対象者の生理学パラメータを検知する装置が提供され、装置は、対象者の器官の力変位を表す第1の信号を生成するように構成された力センサと、対象者の循環する血液の容積的変化を表す第2の信号を生成するように構成された少なくとも1つの光学センサと、力センサを器官と機械的に結合するように構成された力センサ上に配列されたカプラと、を含む。
好ましくは、上記説明された実施例のいずれかの少なくとも1つの光学センサは、少なくとも1つの光の波長を使用して、結果として生じる信号を検知し得る。
別の態様によれば、対象者を識別するシステムが提供され、システムは、力を表す力信号を生成するように構成された少なくとも1つの第1の力センサと、変位を表す変位信号を生成するように構成された変位センサと、を含み、力センサ及び変位センサは、対象者上の実質的に同一の位置に位置付けることを可能にして、信号を生成することを可能にするように、相互に配列され、システムは更に、力センサ及び変位センサに結合された少なくとも1つのプロセッサを含み、少なくとも1つのプロセッサは、力信号及び変位信号を処理して、対象者の識別子を判定するように構成される。
好ましくは、少なくとも1つのプロセッサは、メモリに結合され得、メモリに記憶された同一の対象者についての少なくとも1つの標準化された履歴的信号に基づいて、対象者の識別子を判定するように更に構成され得る。
好ましくは、システムはまた、フォトプレチィスモグラフィ信号を生成するように構成されたフォトプレチィスモグラフィセンサと、エレクトロカルジオグラフィ信号を生成するように構成されたエレクトロカルジオグラフィ電極のペアを含み得、少なくとも1つのプロセッサは、力信号及び変位信号のうちの少なくとも1つと、フォトプレチィスモグラフィ及びエレクトロカルジオグラフィ信号のうちの少なくとも1つとを処理して、対象者の識別子を判定するように構成された、フォトプレチィスモグラフィセンサ及び/又はエレクトロカルジオグラフィ電極のペアに結合される。
好ましくは、少なくとも1つのプロセッサは、メモリに記憶された同一の対象者についての少なくとも2つの標準化された履歴的信号の組み合わせに基づいて、対象者の識別子を判定するように構成され得る。
好ましくは、システムの各々の動作は、信号のうちの1つ又は複数を生成し得、1つ又は複数の対応する標準化された履歴的信号を更新させる。
好ましくは、システムの使用は、力信号及び変位信号を生成することを可能にするように、ユーザの指の掌側に接触してシステムを配列することを伴い得る。システムは、人差し指の先端に配列され得る。
好ましくは、対象者が指によって働く接触力及び接触期間のうちの1つ又は複数を調節したことに応答して、プロセッサは、1つ又は複数の遠隔に位置するデバイス又はシステムにアラーム信号を通信するように構成され得る。
好ましくは、対象者が指によって働く接触力及び接触期間のうちの1つ又は複数を調節したことに応答して、プロセッサは、1つ又は複数の遠隔に位置するデバイス又はシステムに記録された信号及び分析された信号のうちの少なくとも1つを通信するように構成され得る。
添付図面を例として参照して、開示の実施例がここで説明される。
本開示の実施例は、器官、筋肉、血流、及び流体シフトによる皮膚表面の変位、すなわち、消化、嚥下、呼吸などによって働く力及びそれらの伝搬速さの局所的な測定から生理学メカニックを監視する検知システム及び方法に関する。
一部の実施例は、心臓性収縮アクション及び血液循環アクションによって生成される反跳力を測定するために、胸郭又は上腹部上で対象者と機械的に結合された、力検知レジスタ(FSR)などの力センサ、いわゆる「フォースカルジオグラフィ(FCG:Forcecardiography)」を使用する。よって、実施例は、対象者の各々の心臓性サイクルの機械的イベントの連続し且つ非侵略的な監視を可能にすることができる。特に、典型的には皮膚において対象者と機械的に結合された複数の力センサを使用することによって、心臓性サイクル、心臓弁開放タイミング及び心臓弁閉鎖タイミング、心臓収縮レベル、一回拍出量、心拍出量、脈波伝播時間、及び中心動脈圧力の各々の段階の識別及び持続時間など、生理学パラメータに関する情報を取得することができる。更に、対象者における胸部容積変化を判定するためにも、モーフィック・バンドが組み合わされ得る。モーフィック・バンドは、無視できるような機械的レジスタンスを有し、又は機械的レジスタンスなしに、監視された身体により変形することができるものである。心不全は複雑且つ多局面がある病気であるので、それは、呼吸器系を含む複数の器官系に影響を及ぼし得る。モーフィック・バンドからの追加の情報は、呼吸器信号が取得されることを可能にする。力が既知の力に対して較正される場合、力の定量化された測定、したがって、圧力の定量化された測定を計算することができる。次いで、それらに限定されないが、心不全、機械的同期不全(例えば、脚ブロックの結果として)、弁膜症(例えば、大動脈及び僧帽弁逆流、狭窄心臓病)など、心臓病及び/又は機能不全に関する情報を取得することができる。
末梢脈拍点又は主要な脈管(すなわち、首脈拍、橈骨動脈拍など)に近接して設けられるとき、力及びそれらの伝搬時間、よって、血液移動及び流れの速さを測定するために、力センサを使用することができる。そのような流れは、静脈還流と共に、呼吸に起因した静水圧力における変化を含み得る。したがって、実施例は、末梢肢の力測定から呼吸数を推測することを可能にする。
一部の実施例は、対象者の力変位及びそのような変位の速さ又は速度を同時に測定するために、両方が対象者と機械的に結合された変位センサ(圧電センサなど)との組み合わせで1つ又は複数の力センサ(FSRなど)を使用する。変位センサによって生成される変位速度信号を較正するために、圧縮力(力センサ信号のDC基準値)及び動的力(力センサ信号のAC成分)を使用することができ、皮膚の変位の速さ又は速度と共に、力変位自体の正確且つ継続した直接測定を可能にする。したがって、正確且つ継続した測定血液悸動、したがって、心悸動を皮膚の動きのみから取得することができる。
一部の実施例では、力センサは、Biopacなどのカフ・デバイス又はフィンガ・デバイスなどのゴールド・スタンダード血圧測定デバイスに対して最初に較正することができる。このステップは、センサへの力の測定のための進行中の較正された値、したがって、血圧の進行中の測定を可能にする。
別の実施例では、力センサは、力検知表面を有し得、変位センサは、変位検知表面を有し得る。検知表面の各々は、目標のエリア又は対象者の信号の検出を可能にする表面である。表面は各々、形状及びサイズを有すると共に、センサ間の最適な結合及び接触を可能にするように、力感知レジスタ(FSR)の力検知表面に対して一致するか、又はより小さいサイズの輪郭形状及びサイズを有する変位センサ又は圧電センサの変位検知表面を有することが有利である。例えば、力感知レジスタは、円形力検知表面を有し得、変位センサも、円形力検知表面を有し得る。平面形状であり得る表面は、円に限定されず、センサが検知することを可能にするいずれかの形状の表面であり得ることが認識され得る。例えば、一致した形状の検知表面の可能なサイズ測定は、一致した検知表面が相互に対してより大きい又はより小さいサイズをどのように有することができるかを説明する手段として、力検知表面について10平方ミリメートルであり得、変位検知表面について9平方ミリメートルであり得る。上記測定が実例として言及されると共に、それらの値に限定されず、表面が異なるサイズの表面であることができることを認識され得る。
一部の実施例は、対象者の皮膚の力変位及び皮膚の下の器官又は脈管内の血液量又は血流における変化を同時に測定するために、両方が対象者の皮膚と接触した、1つ又は複数の光学センサ(フォトプレチィスモグラフィ(PPG:photoplethysmography)センサなど)との組み合わせで1つ又は複数の力センサ(FSRなど)を使用する。更なる実施例は、1つ又は複数の力センサ及び光学センサとの組み合わせで、圧電センサなどの変位センサをも含む。典型的には、実施例は、対象者の皮膚と接触して光学センサが配置されることを可能にするように配列されたアニュラスをも有する光学センサを含む。
本明細書で説明されるセンサ・アセンブリが、生きている対象者の皮膚から直接、生理学パラメータ、例えば、心臓性活動及び呼吸器活動を測定するために特に開発されてきたと共に、当業者は、開示される力センサ及び変位センサ・アセンブリの実施例が、衣服又は寝具など、皮膚にまたがって配列されたファブリックの層又は層を通じて使用され得ることを認識するであろう。一部のそのような実施例では、センサ・アセンブリは、ベッドのマットレス、車椅子及び車両シートを含む椅子のシート、車両のスレアリングホイール、又は車両に固定されたシートベルトなど、布張り構造又は他に繊維で覆われた構造に組み込まれ又はそれに取り付けられることによって、適切な場所に保持され得る。
本明細書で説明されるセンサ・アセンブリが、例えば、生きている対象者の心臓性活動及び呼吸器活動など、生理学パラメータを測定するために特に開発されてきたと共に、当業者は、開示の対象者であるセンサ・アセンブリが、センサ・アセンブリの下位にある部分よって力が加えられる他の物体と共に使用されることを認識するであろう。よって、本明細書で説明されるセンサ・アセンブリは、そのような力が加えられるソフト・ロボット又は他の無生物物体などの産業用途において使用される。
図1aは、対象者の少なくとも1つの生理学パラメータを検知するためのセンサ・アセンブリ100の第1の実施例の断面図である。センサ・アセンブリ100は、力センサ102、変位センサ104、及び機械的カプラ106を含む。力センサ102及び変位センサ104は、カプラのおもて面108に加えられるいずれかの力が力センサ102及び変位センサ104の両方に伝達されるように、カプラ106上に配列される。カプラ106は、導電材料から形成され得、ECG電極として動作するように構成され得る。単一のリードECGを形成するために、少なくとも2つの電極が必要とされ、それらの1つ又は両方を個々のセンサ・アセンブリに組み込むことができることを認識されよう。
カプラ106は、剛性プラスチック又はゴムなどの剛性材料を含む。一部の実施例では、カプラ106は、アクリル・レジンを含み得る。他の実施例では、カプラ106は、部分的又は全体的に導電性であり得る。例えば、カプラ106は、銀又は塩化銀などの導電材料を部分的又は全体的に含み得る。対象者の表面と対向し、好ましくは対象者の表面と接触して配置されるように構成されたカプラ106のおもて面108は、皮膚など、対象者の準拠した表面の中に押圧するように形状付けられたドームであり得る。ドーム形状のおもて面108を設けることは、対象者から力センサ102及び変位センサ104への機械的変異の結合を改善することを支援する。同様の効果をもたらすおもて面108についての他の形状は、円錐形状、マッシュルーム形状などを含む。
カプラ106は、センサ・アセンブリ100の対象者対向水平面に平行して水平面内で見られるとき、全体的に円形の断面を有する。結合運動(力及び変位)に加えて、カプラ106は、生体電位電極として構成され得、生体電位(例えば、エレクトロカルジオグラフィ(ECG:electrocardiography)、エレクトロマイオグラフィ(EMG:electromyography)、エレクトロエンセファログラフィ(EEG:electroencephalography)など)を測定するための処理回路(図示せず)に電気的に結合され得る。
力センサ102は、伸縮自在な媒体を含む力センサ・キャリア110を介してカプラ106の裏面に搭載される。力センサ102は、接着剤、ラミネート加工、又はその他によってキャリア110に搭載される。力センサ102への電気接続は、センサ・キャリア110に力センサ102をアンカリングするアンカリング・ポイントとしても作用する2つ以上の電極112を使用して行われる。力センサ102は、力感知レジスタ(FSR)又はロード・セルである。以下で更に詳細に説明されるように、力センサ102の特性は、力センサに加えられる力信号に応答して変化し、変化は、カプラ106のおもて面108と接触した器官の力変位を表す。そのような特性は、例えば、力センサ102のインピーダンス又は出力電流若しくは電圧である。力センサ102がFSRである場合、以下で更に詳細に説明されるように、力センサ102のレジスタンスにおける変化は、力変位を表し、力変位から、出力電圧を生成することができる。
実施例では、使用中に対象者に向かって対向する力センサ102のおもて面は、約5平方ミリメートル~25平方ミリメートル、例えば、7平方ミリメートル、15平方ミリメートル、又は20平方ミリメートルの表面積を有する。
力センサ102及び変位センサ104は、任意選択の剛性接合層114を介して共に搭載される。剛性接合層114は、力センサ102の裏面上に設けられる。剛性接合層114は、真鍮、剛性プラスチック、又は類似の剛性材料を含み得る。一部の実施例では、剛性接合層114は、両側性PCBであり得、力センサ102は、PCBの第1の表面(すなわち、使用中に対象者に対向する表面)上に搭載され、変位センサ104は、PCBの反対の第2の表面上に搭載される。
いずれかのケースでは、変位センサ104は、図1aに示されるように、力センサ102の裏面に機械的に結合される。よって、カプラ106と接触した器官の動きに起因したカプラ106の変位は、変位センサ104を移動させる。変位センサ104は、センサ104の変位の速さ又は速度を表す速度信号を生成する。対象者の皮膚などの器官に機械的に結合されるとき、この速度信号は、器官の変位速度と比例する。
実施例では、変位センサ104の前面の、対象者対向表面は、約5平方ミリメートル~25平方ミリメートル、例えば、7平方ミリメートル、15平方ミリメートル、又は20平方ミリメートルの表面積を有する。
有利なことに、力センサ102及び変位センサ104の表面積は、力センサ102から変位センサ104への変位の均一な伝達を保証するように実質的に合致する。したがって、力センサ102及び変位センサ104はまた、好ましくは、同様の理由により、アセンブリ100の中心の、動作可能な垂直軸に沿って軸方向に位置合わせされる。
変位センサ104の裏面の周りに、任意選択の保護カバー116が設けられ得る。保護カバー116は、空気若しくは他の気体、又は真空により充填された流体ギャップによって裏面から分離され得る。そのように行う際に、保護カバー116は、アセンブリ100の動作可能な後方の、非対象者対向側上での衝撃から変位センサ104を保護する。
力センサ102及び変位センサ104に加えて、センサ・アセンブリ100は任意選択で、加速度計120を含み得る。加速度計120は、1つ又は複数の軸における加速度を測定するように構成される。例えば、加速度計120は、使用中にセンサ・アセンブリ100が固着された対象者の表面に垂直な少なくとも軸における加速度を測定するように構成され得る。好ましくは、加えて、加速度計120は、使用中にセンサ・アセンブリ100が固着された対象者の表面に平行な1つ又は複数の水平面又は軸におけるセンサ・アセンブリの動きを測定するように、そのような水平面における加速度を測定する。加速度計120は、カプラ106に機械的結合(直接又は間接的な)がもたらされると仮定して、センサ・アセンブリ100上のいずれかの位置に位置付けられ得る。例えば、加速度計120は、保護カバー116の後方に結合され得る。
筐体118は、埃、砂利、水、及び/又はアセンブリ100の動作に影響を及ぼし得るいずれかの他の物質などの破片からアセンブリ100の要素を保護し、アセンブリ100の中への異物の侵入を防止するように、センサ・アセンブリ100を被包する。カプラ106の動作可能なおもて面108は、筐体118の開口を通じて延在する。代わりに、筐体118は、少なくとも伸縮自在な部分(図示せず)を含み、伸縮自在な部分は、カプラ106のおもて面108にわたって延在し、おもて面108に準拠し、それによって、力センサ102、変位センサ104、及びカプラ106を完全に被包する。
動作の間、センサ・アセンブリ100のカプラ106のおもて面108は、対象者の皮膚など、対象者の表面と接触して配置され、センサ・アセンブリ100は、ベルト、接着パッチ、又は接着テープなど、1つ又は複数の固定デバイスによって対象者に対して固定される。そのようなテープは、キネシオロジテープとしても知られるスポーツテープが作られる材料から成り得る。カプラ106に機械的に結合された力センサ102及び変位センサ104と、対象者の表面に機械的に結合されたカプラ106とにより、センサ・アセンブリ100は、力変位信号及び変位速度信号を同時に生成するように構成される。それらの信号は次いで、以下で更に詳細に説明されるように、機械的生理学イベントの継続し且つ非侵略的な監視を可能にするために使用される。
図1bは、図1aに示されたセンサ・アセンブリ100の変形である、センサ・アセンブリ200の別の実施例の断面図である。図1aを参照して、図1bでは、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。
センサ・アセンブリ100の要素に加えて、図1bのセンサ・アセンブリ200は更に、力センサ102と同様の、同様の特徴を有する第2の力センサ202を含む。第2の力センサ202は、例えば、保護カバー116の動作可能な外側表面に、変位センサ104の後方に動作可能に搭載される。力センサ102と同様に、第2の力センサ202は、第2のセンサ202において加えられる力を表す信号を生成する(能動的又は受動的に)ように構成される。よって、第2の力センサ202は、例えば、対象者の表面にセンサ・アセンブリ200を加えるために使用される1つ又は複数の固定デバイスに起因して、アセンブリ200の動作可能な後方部分に加えられる力を測定するために使用される。
この測定された外部力信号は、キャリア圧力(すなわち、固定デバイスによってセンサ・アセンブリ200の後方に加えられる力)及び対象者の表面回復力(すなわち、検知される対象者の表面がどのように回復するか)を補償するために使用されることが可能である。例えば、外部キャリア又はアセンブリのオペレータから加えられる圧力を知ることは、アーチファクト除去を可能にする。例えば、センサの突然の強打又はせん断、すなわち、動きの間は、力センサ102の圧力を加えることを変え得、それは次いで、力センサ102からの信号におけるアーチファクトを増大させ得る。加えて、対象者が走ることなどの活動によって生じるリズム運動は、基準値をふらつくこと及び力センサ102からの信号への関連するアーチファクトに影響を与え得る。そのようなアーチファクトは、以下で更に詳細に説明されるように、2つの力センサ102、202及び変位センサ104の各々から導出される信号を使用してキャンセルすることができる(リアルタイムで又は事後処理においてのいずれかで)。
ここで図面の図1c及び1dを参照して、センサ・アセンブリ100及び200の更なる実施例が例示される。もう一度、前の図面を参照して、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。
両方の実施例では、カプラ106は、襟109を含み、襟109は、筐体118内で開口部(図示せず)を通じて突出するカプラ106のドーム形状表面108を有する筐体118内で受けられる。開口部は、襟109が筐体118に対して捕捉するカプラ106を保持する際に支援し、筐体118からのカプラ106の分離を防止するように、襟109の直径よりも小さい直径を有する。
更に、両方の実施例では、その基部、すなわち、センサ・キャリア110と接触したカプラ106のその部分におけるカプラ106の直径(「基部直径」と称される)は、力センサ102の直径未満である。しかしながら、カプラ106が変位センサ104の表面積の全体にわたってその力を分散させることが望ましく且つ好ましい。したがって、カプラ106の基部直径は、変位センサ104の直径に近似する。典型的には、カプラ106の基部直径は、力センサ102の直径のおおよそ70%~90%、例えば、約80%である。
図面の図1dに示される実施例では、センサ・アセンブリ200は更に、後方圧力アプリケータ、又はカプラ、111を含む。典型的には、このカプラ111は、使用中に、センサ・アセンブリ200が対象者の器官に固着される構成要素、例えば、ストラップ、ベルト、テープ、又は同様のもの(図示せず)によって覆われる。この構成要素は、カプラ111を介して力センサ202に変位力を加え、対象者の器官に関連するセンサ・アセンブリ200の動きなどの無関係な因子に起因して、センサ・アセンブリ200によって記録されるアーチファクトを除去する際に支援する。
カプラ111が板状構造として示されたと共に、カプラ111は、カプラ106の形状と同様のドーム形状を含むいずれかの適切な形状を有することが認識されよう。また、カプラ111は、力センサ202の直径未満、典型的には、力センサ202の直径のおおよそ70%~90%、例えば、約80%の直径を有する。
上記に示されたように、ドーム形状カプラ106は、皮膚など、対象者の準拠した表面の中に押圧することを助ける。よって、ドーム形状のおもて面108を有するカプラ106を設けることは、対象者から力センサ102及び変位センサ104への機械的変位の結合を改善する。
上記説明されたセンサ・アセンブリ100、200は、相互に対して積層された「サンドイッチ」配列内で力センサ及び変位センサを含む。しかしながら、本開示の実施例は、そのような配列に限定されない。例えば、他の実施例では、力センサ及び変位センサは、平面構成において配列され得、例えば、相互に配列され得、又は同心円状に(一方がもう一方の中に)配列され得、共通基板上に又は異なる別個の基板上のいずれかに配列され得る。各々の実施例では、各々の力センサ及び変位センサは好ましくは、対象者から各々のセンサへの力の機械的伝達を保証するように、図1a~1dのカプラ106、111などのカプラに機械的に結合される(直接又は間接的のいずれかで)。
図1eは、図1a~1dに示されたセンサ・アセンブリ100、200の変形である、センサ・アセンブリ400の実施例の平面表面図である。それらの図を参照して、図1eでは、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。
センサ・アセンブリ400は、力センサ102に、任意選択で、変位センサ104(図1eにはいずれも示されない)に力を伝達するように配列されたカプラ406を含む。カプラ406は、カプラ406上で働く力が光学センサに伝達されないように、少なくとも1つの光学センサを少なくとも部分的に囲むように構成される。例示される実施例では、光学センサは、リング形状カプラ406によって定められるキャビティ408と配列された多色フォトプレチィスモグラフィ(PPG)センサ402の形態である。他の実施例では(例示されない)、PPGセンサは、パルス・オキシメータ・センサと置き換えられ、又はパルス・オキシメータ・センサと連携して配列される。一部の実施例では、光学センサは、力センサ102上に動作可能に配列され、力センサ102は、開口(例示されない)を定め、開口は、開口を通じてアセンブリ400の他の構成要素に光学センサが電気的に結合されることを可能にする。
PPGセンサ402は、カプラ406の動作可能な上部表面とおおよそ位置合わせされて、力が対象者の皮膚によってカプラ406上で働くのと同時に、皮膚に対してPPGセンサ402が配置されることを可能にするように配列される。典型的には、カプラ406は、PPGセンサ402の読み込みに影響を及ぼすカプラ406を通じた光の通過を防止するように、不透明な材料から形成される。PPGセンサ402は、他のセンサ102、104の動作と同時に、血液量バイオメトリクスを検知して、対象者の心血管系の状態に関連する更なる情報を導出するように構成される。
図1f~1lは、図1a~1dに示されたセンサ・アセンブリ100、200の代替的な実施例を示し、それによって、共通の参照符号は、共通の特徴を示す。図1f~1lに示される実施例は、センサ・アセンブリ100、200に追加の、及びセンサ・アセンブリ100、200から電気的に隔離されたエレクトロカルジオグラム(ECG)電極を含み得る。一部の実施例では、カプラ106は、温度センサを含み得、温度を測定するように構成された処理回路に接続され得る。
図1f及び1gは、アセンブリ100、200の実施例を示し、アセンブリ100、200の実施例は、対象者に接触することを可能にするように配列されたセンサ・アセンブリ100、200の側に配列された環状リング140の形態である第1の導電性電極を含む。例示される実施例では、リング140は、センサ・アセンブリ100、200の基部の周囲を囲むように、筐体118に固定される。リング140は、筐体118から電気的に隔離され、ECG回路の1つのリードを形成するように構成される。リング140は、対象者に対してリング140を配置したことに応答して、ECG信号を生成するように構成された処理回路に電気的に接続される。
図1gに示される実施例は、リング140と同時に対象者に対して配置されることを可能にするように、電極リング140内に配列された温度センサ154をも含む。温度センサ154は、対象者に対してセンサ154を配置したことに応答して、温度信号を生成するように構成された処理回路に接続される。
図1hは、アセンブリ100の別の実施例を示し、アセンブリ100の別の実施例は、把持部分150(筐体118の側壁の周りに少なくとも部分的に配列された)の形態である第2の電極を含む。把持部分150は、筐体から電気的に隔離され、ECG回路リードを形成するように、ECG処理回路に接続される。把持部分150は、対象者に対して第1の電極を含む環状リング140を配列するのと同時に、対象者が部分150を保持し、その結果、第2の電極に接触することを可能にするように形状付けられ及び配列される。したがって、この配列は、対象者が電極140、150との2つの同時接続を形成することを可能にして、単一の電極140の実施例により取得可能である代替的なECG信号を取得することを可能にする。
図1iは、図1hに示されたアセンブリの代替的な実施例を例示する。この実施例では、第2の電極は、把持部分150及びハンドル部材160を含む。ハンドル160は、更なる電極150の表面積を効率的に延長するように、把持部分150に電気的に接続される。この配列は、対象者に対してアセンブリ100、200を保持する容易性を強化することができると共に、第2の電極150との電気接続をも形成する。
図1j及び1kは、アセンブリ100、200の別の代替的な実施例を例示し、アセンブリ100、200の別の代替的な実施例は、第1の電極140と同時に対象者に対して配列されることを可能にするための、ハンドル160上に配列された接点パッド170の形態である第3の電極を含む。パッド170は、ハンドル160によって環状リング140から定められた距離で間隔を空けられる。パッド170は、ハンドル160から電気的に隔離され、ECG回路の第3の負荷を形成するように、ECG処理回路に接続される。このようにアセンブリ100、200を構成することは、3つの電極システムを形成するように把持部分150及び/又はハンドル160のいずれかを把持することによって、対象者が第2の電極と接触するのと同時に、対象者に対して第1の電極140及び第3の電極170を配列することを可能にする。これは、前に説明された実施例により取得された信号の代替となるECG信号を取得することを可能にし得る。
図1lは、図1j及び1kに示された実施例の代替的な実施例であり、この実施例は、皮膚に固定され、ECG処理回路に接続するようにワイヤ182を介して筐体118に接続されるように構成された接着パッド180の形態である第3の電極を有する。ワイヤ182は、筐体118及び把持部分150から隔離される。この実施例は、更なる代替的なECG信号を取得することを可能にするように、第1の電極140及び第2の電極150から実質的に間隔を空けられることになる第3の電極180を配列することを可能にする。この実施例はまた、ECG信号に影響を及ぼすことを可能にし得る、対象者の身体上の異なる位置の範囲内での第3の電極180の配置を可能にする。
図2a~2gは、図1a及び1bに示されたカプラ106の適切な場所に設けられ得る、図1a~1jのカプラ106のいくつかの変形を示す。前に述べたように、同様の参照符号は、他に指定されない限り、同様の部分を指す。
図2aは、マッシュルーム形状のカプラ201を有するセンサ・アセンブリ100の断面図であり、カプラ201は、ドーム形おもて面203と共に、力センサ102に接触するように構成されたドーム形裏面205を含む。ドーム形裏面205を設けることは、カプラ201と力センサ102との間の接触の表面積を小さくし、それによって、ユニットエリアごとのセンサに加えられる力を増大させ、それは次いで、カプラ201のおもて面に加えられる力に対するセンサ102の感度を増大させる。
図2bは、図2aのセンサ・アセンブリと同様であるが、図1dのセンサ・アセンブリ202を参照して上記説明されたような力センサ202に対して作用するカプラ111を含むセンサ・アセンブリ100の実施例を示す。
図2c及び2dは、図2a及び2bのカプラ201と同様の、ドーム形おもて面206と共に、力センサ208との接触のために構成されたドーム形裏面208を含むカプラ204の斜視図(拡大図)及び側面図をそれぞれ提供する。任意選択で、カプラ204は、弾性リンク又はエラストマリンクなどの1つ又は複数のファスナ210により、筐体118及び力センサ102に対して適切な場所に保持される。他の実施例では、カプラ204は、筐体118上の後方圧力によって適切な場所に保持され得、対象者及びキャリア(図示せず)の表面と接触し得る。図2dに示されるように、ドーム形裏面208を設けることは、カプラ204と力センサ102との間の接触の表面積を小さくし、それによって、ユニットエリアごとのセンサに加えられる力を増大させ、それは次いで、カプラ204のおもて面に加えられる力に対するセンサ102の感度を増大させる。カプラ106に関連して上記説明されたように、ドーム形状のおもて面206を設けることは、対象者から力センサ102及び変位センサ104への機械的変位の結合を改善することが発見されてきた。同様の効果をもたらすおもて面206及び裏面208についての他の形状は、円錐形状、マッシュルーム形状などを含む。
図2e及び2fは、カプラ204の変形である更なるカプラ212を示す。カプラ212は、ボール214の円周の周りで延在するリップ216によって、筐体118内で支持されるボール又は球214を含む。リップ216は、筐体118の一部を形成し得る。任意選択で、泥及び他の有害物質の侵入を防止するように、ボール214とリップ216との間にガスケット又はOリングなどのシール218が設けられる。
図2gは、ボール214がダブル・マッシュルーム結合部材又はくびれ結合部材222と置き換えられた、カプラ212の変形であるカプラ220を示す。結合部材222のくびれ部分は、リップ216によってカプラ220内の適切な場所に係合及び保持され得、それは、筐体118からの結合部材222の分離をも防止する。
上記説明されたセンサ・アセンブリ100、200は各々、変位センサ104を含む。しかしながら、本開示の実施例は、力センサ及び変位センサの組み合わせを使用することに限定されないことに留意されよう。例えば、様々な生理学パラメータを検出するために対象者上の異なる位置に位置付けられた複数の力センサを使用するための様々な新規な技術が以下で説明される。そのような技術は、同時の変位検知を必要としない。そのような技術は、上記説明されたセンサ・アセンブリ100、200を使用し得、又は力センサ及びカプラのみを含むセンサ・アセンブリを使用し得る。そのようなセンサ・アセンブリは、いずれかの想定可能な結合配列、例えば、図1a~2gのいずれかの1つに示された配列の1つを含み得る。例えば、実施例は、上記示されたが変位センサ104を省略したセンサ・アセンブリ100の変形を使用し得る。
図3~6は、生きている人間の対象者300に固定された、図1aのセンサ・アセンブリ100、図1bのセンサ・アセンブリ200、又はその変形など、センサ・アセンブリの様々な配列を示す。
図3では、単一のセンサ・アセンブリ302は、胸部ベルト304を使用して、剣状突起に対して固定される。胸部ベルト304は、センサ・アセンブリ302の後方から外部圧力を加え、剣状突起において又は剣状突起の近くにセンサ・アセンブリ302を維持するように構成される。
図4では、複数のセンサ・アセンブリ402は、接着パッチ404を使用して、対象者300の皮膚に固定される。胸部ベルト304のように、各々の接着パッチ404は、センサ・アセンブリ402の後方から外部圧力を加えて、対象者300の予め定められた位置、典型的には、対象者の胸郭にそれを維持するように構成される。
図5は、複数のセンサ・アセンブリ502が共通接着パッチ504により対象者300の胸部に固定された更なる配列を示し、共通接着パッチ504は、センサ・アセンブリ502の後方から外部圧力を加えて、対象者300に対して予め定められた位置にそれらを維持するように構成される。加えて又は代わりに、複数のセンサ・アセンブリ502は、いずれかの適切な方法において、対象者300の背面に固定され得る。対象者の胴体の周りに複数のセンサ・アセンブリ502を設けることによって、センサ・アセンブリ502のセンサから導出されるデータから、胸部領域の力トモグラフが生成され得る。
図6aは、単一のセンサ・アセンブリ602が対象者300の手首604上に位置する径脈又は橈骨動脈に対して固定される。センサ・アセンブリ602は、手首ストラップ606(又は、接着剤若しくは他の手段)によって、手首604上の適切な場所に保持され得、手首ストラップ606はまた、センサ・アセンブリ602の後方に外部力を加えて、アセンブリ602と手首606との間の接触を維持する。
図6bは、単一のセンサ・アセンブリ610が、対象者300の指612に対して固定され、典型的には、ストラップ又はスリーブ(例示されない)などの解放可能な又は弾性的に変形可能な機構によって適切な場所に保たれる別の配列を示す。指612に固定されたアセンブリ610を示すことは、例示的であるにすぎず、アセンブリ610が、対象者300の身体の他の部分に固定されるように構成可能であることが認識されよう。センサ・アセンブリ610は、この実施例では、多色PPGセンサ614である光学センサに隣接して配列されたセンサ100を含む。他の実施例(例示されない)では、パルス・オキシメータ・センサは、PPGセンサ614に加えて又は代わりに配列される。この配列は、指上で相互に隣接して配列された位置を検知するように、アセンブリ610の同一の側上に位置付けられた別個のセンサ100、614からの血液量信号の同時収集を可能にする。
図6cは、単一のセンサ・アセンブリ650が、対象者300の指612に対して固定され、典型的には、ストラップ又はスリーブ(例示されない)などの解放可能な又は弾性的に変形可能な機構によって、適切な場所に保たれる更なる配列を示す。指612に固定されたアセンブリ650を示すことは、例示的であるにすぎず、アセンブリ650が、対象者300の身体の他の部分に固定されるように構成可能であることが認識されよう。センサ・アセンブリ650は、この実施例では、多色PPGセンサ614である光学センサから対向するように配列されたセンサ100を含む。他の実施例(例示されない)では、パルス・オキシメータ・センサは、PPGセンサ614に加えて又は代わりに配列される。この配列は、指612の対向した側上に位置付けられた別個のセンサ100、614からの血液量信号の同時収集を可能にする。
図7は、信号を処理するための例示的な信号処理チェーン700、並びに/又は、生きている対象者から生成される、力センサ102、変位センサ104、第2の力センサ202、及び任意選択の加速度計120のパラメータにおける変形を例示するブロック図である。以下の実例では、力センサ102及び第2の力センサ202は、そのレジスタンスがそれらに加えられる力に比例する、力感知レジスタ(FSR)、FSR1及びFSR2として以下で説明される。しかしながら、実施例は、力センサとしてのFSRの使用に限定されず、本開示の範囲から逸脱することなく、他のロード・セル又は力センサは、FSRの適切な場所で使用されることを認識されよう。等しく、以下の実例では、変位センサ104は、いくつかの実例では、変位における変化に応答して電圧を生成する、圧電センサ、PZTとして説明される。しかしながら、また、実施例は、変位センサ104としての圧電センサの使用に限定されない。他の例示的な変位センサは、それらに限定されないが、抵抗センサ、誘導センサ、容量センサ、渦電流センサ、超音波センサ、磁気抵抗センサ、及び光学エンコーダ変位センサを含む。
本開示の一部の実施例が、動作のための力センサ102と、変位センサ104、第2の力センサ202、及び加速度計120のうちの1つ又は複数のみを必要とするので、変位センサ104、第2の力センサ202、及び加速度計120は、図7において破線で示される。
信号処理チェーン700は、それらに限定されないが、呼吸、吐血パルス、力パラメータ、速度パラメータ、心音、及び血圧を含む、1つ又は複数の生理学パラメータの表現を生成するための、信号調整ステージ702、アナログ-デジタル変換ステージ704、及びフィルタリング・ステージを含む。
信号調整ステージ702の間、力センサ102のレジスタンスFSR1は、事後処理においてハードウェア(処理回路)によって又はソフトウェアによってのいずれかで、出力電圧Vnに変換される。
そのような変換を実行するための例示的なハードウェアは、図8~10に示される。図8を参照して、力センサ102のレジスタンスFSR1は、電圧分配器802の1つのテールを形成し、その出力は、力センサ102のレジスタンスFSR1に比例する出力電圧Vnを生み出すように、非反転増幅器804の入力に提供される。別の実施例では、図9を参照して、力センサ102のレジスタンスFSR1における変化は、トランス-インピーダンス増幅器902を使用して変換され、レジスタンスFSR1は、増幅器902の可変入力インピーダンスとして構成される。更なる実施例では、図10に示されるように、力センサ102は、電流ミラー1002に統合され、力センサ102のレジスタンスFSR1は、電流ミラー1002のバイアス・レジスタとして構成される。
上記説明されたように、第2の力センサ202は、いずれかの固定デバイス又は対象者自身によってセンサ・アセンブリ200の後方(非対象者対向)側に加えられる可変の力を較正するために使用され得る。再度図7を参照して、信号調整回路は、第2の力センサ202のレジスタンスFSR2に基づいて、力センサ102のレジスタンスを更にバイアスするように、信号調整702の間に実装される。図11~13は各々、そのような機能のために適切なハードウェア・レイアウトの実例を例示する。
図11は、増幅器1102の非反転入力に結合されたバイアス電圧V2を有する図9のトランス-インピーダンス増幅器配列の変形であり、バイアス電圧V2は、第2の力センサ202のレジスタンスFSR2を通じて電流シンクによって可変である。
図12は更に、更なるステージ1204を有するトランス-インピーダンス・ステージ1202を含む、図9の配列の更なる変形を示し、更なるステージ1204は、第2の力センサ202のレジスタンスFSR2に比例する電流をステージ1202の反転入力に注入し、よって、レジスタンスFSR2が増大するにつれて、出力電圧Vnを低減させるように構成される。図11及び12の両方におけるDC電圧V1及びパッシブ・レジスタR1及びR2の値は、使用される電力供給装置及び出力電圧Vnの所望の動的範囲に従って設定される。
図13は、第2の力センサ202のレジスタンスFSR2がトランス-インピーダンス・ステージ1302のフィードバック・ループ内に設けられた更なる変形を示す。ステージ1302の利得は、レジスタンスFSR2に比例し、よって、センサ・アセンブリ200の裏面に加えられる圧力に比例する。また、レジスタンスR1は、使用される電力供給装置及び出力電圧Vnの所望の動的範囲に従って設定される。
上記ハードウェア・ソリューションのいずれかは代わりに、リアルタイムで、又はセンサ102、104、202のうちの2つ以上からの信号の記録の後のいずれかで、ソフトウェアにおいて実装され得ることを認識されよう。
また、第1のセンサ102を較正することに加えて、第1のセンサ102から導出される信号は、肉体コンプライアンスを判定するために、例えば、組織の間で区別するために(脂肪/筋肉の割合など)使用することができることを認識されよう。そのような測定は、対象者の皮膚の下の脂肪の量を判定するために使用され得る。
上記説明されたように、一部の実施例では、変位センサ104は、変位における変化に応答して電流を生成するように構成された圧電センサを含む。そのようなケースでは、変位センサ104からの信号出力のDCオフセット及びAC電圧スイングは、調節又は較正される必要があり得る。そのように行うために、信号調整ステージ702は、図14、15a、及び15bに示される処理回路などの処理回路を実装することによって、変位センサ104からの信号出力を調整する。
図14を参照して、変位センサ104(PZT:piezoelectric sensor)は、変位における変化に起因して、AC電圧振幅を調節するように、電流ソース1402(デジタル的に制御され得る)を使用して分極化され得る。後続の電圧増幅器1404は、DCオフセットの調節のために設けられる。
図15aは、変位センサ104に対する信号調整702の例示的な実装態様を示す。図14にあるように、電流は、変位センサ104と、DCオフセットを調節するように電圧増幅器ステージ1502に提供される、結果として生じるハイ・パス・フィルタリングされた信号V1に注入される。増幅器ステージ1502の非反転入力のフィードバック・レジスタンスR7及び入力インピーダンスR3は、変位センサ104(PZT)のインピーダンスに整合するように選ばれることに留意されよう。
図15bは、変位センサ104に対する信号調整回路1502の別の例示的な実装態様を示す。図面の図15aを参照して、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。この信号調整回路1502は、以下の式に基づいて、変位センサ104によって検出される入力インピーダンス(RIN)を増大させる、ミラーの定理を公開する。
これは、ハイ・パス・カットオフ周波数を低減させることによって、信号調整回路1502の全体的な低周波数応答を改善し、ハイ・パス・カットオフ周波数は、力センサ102からの信号との比較において支援するための、呼吸器信号帯域の下限である対象の最低周波数においてさえ、ハイ・パス応答によって導入される可能性のある位相シフトを低減させるように設定される。一部の適用では、カットオフ周波数は、約0.01~0.05ヘルツの範囲に設定されることになる。
ビスポーク回路についての必要性なく、異なる変位センサ104を使用することが可能であるために、信号調整回路1502は、選択された変位センサ104の特定のキャパシタンスに基づいて同調可能であり得る。ブートストラップ構成において表面実装デバイス(SMD:surface mounted device)レジスタを使用して、回路1502のコストを低減させるより小さいレジスタンス値を採用することができる。実例として、100メガ・オームのレジスタR1、100オームのレジスタR3、及び100キロ・オームのトリマR2は、R2が0に設定されるとき(30ナノ・ファラッドの変位センサ104のキャパシタンスに対して0.05ヘルツのカットオフ周波数を提供するために)、100メガ・オームのインピーダンスRINが変位センサ104によって「見られる」ように、回路1502において使用される。RINは、R2を調節することによりトリマ・レジスタンスを増大させることによって、1011まで増大する。
再度図7を参照して、信号調整ステージ702の間、カプラ106に加えられる力を表す調整された力信号Vn及びカプラ106における変位速度を表す調整された変位信号Vdが生成される。任意選択で、カプラ106における加速度を表す加速度信号Vaも生成され得る。それらのアナログ信号は次いで、1つ又は複数のADC708を使用して、アナログ-デジタル変換(ADC:analogue-to-digital conversion)ステージ704によって、力F、変位速度V、及び加速度Aそれぞれのデジタル表現に変換される。一部の実施例では、単一のADC708が設けられ得、信号調整された信号Vn、Vd、Vaは、マルチプレクサ(図示せず)を介してADCに提供される。他の実施例では、調整された信号Vn、Vd、Vaは、図7に示されたように、別個のADC708に提供され得る。
デジタル信号F、V、Aは次いで、デジタル・フィルタ・ステージ706に提供され、デジタル・フィルタ・ステージ706は、力信号F、速度信号V、及び(任意選択の)加速度信号Aをフィルタリングして、対象者の生理学パラメータを表す1つ又は複数の出力を生成するように1つ又は複数のフィルタ710、712、714、716を実装するように構成される。そのようなパラメータは、測定の間にアセンブリ100、200が位置する、生きている対象者上の位置に特有である。例えば、図3~5に示されたように、対象者の胸郭上の位置に位置付けられるとき、デジタル・フィルタ・ステージ706は、呼吸及び脈拍カルジオグラフィに加えて、心臓性活動(例えば、サイズモカルジオグラフィ、心音など)に関するデータを抽出するように動作可能である。手首上に位置付けられたアセンブリ100、200により、デジタル・フィルタ・ステージ706は、呼吸及び血液脈拍に関するデータを抽出することのみが可能であり得る。
対象者からの呼吸器信号720は、ロウ・パス・フィルタ710を使用して、力信号Fをロウ・パス・フィルタリングすることによって抽出される。ロウ・パス・フィルタ710は、例えば、約0.5ヘルツのロウ・パス閾値を有し得る。
脈拍信号は、バンド・パス・フィルタ712により力信号Fをバンド・パス・フィルタリングすることによって力信号から生成される。バンド・パス・フィルタは、例えば、約0.5ヘルツ~約8ヘルツの通過帯域を有し得る。
監視される、生きている対象者の器官に特有の力パラメータ及び速度パラメータは、更なるバンド・パス・フィルタ714により力信号F及び速度信号Vそれぞれをバンド・パス・フィルタリングすることによって、信号F、Vの各々から抽出される。心臓の力パラメータ及び速度パラメータについて、例えば、バンド・パス・フィルタ714は、約8ヘルツ~約40ヘルツの通過帯域を有し得る。
特別の用途、すなわち、喘鳴、パチパチ音、いびきの音では、約5000ヘルツに到達する通常は約150ヘルツである上限閾値との組み合わせで、約20ヘルツ、約30ヘルツ、約40ヘルツ、又は約50ヘルツの下限閾値を有するバンド・パス・フィルタ716を使用して、力信号F及び速度信号Vから身体音も抽出されることが可能である。喘鳴の音響分析は、異常に狭い又は圧縮された気道を通じた気流によって生み出される音であるので、臨床的に重要である。喘鳴からの早期の喘息の発症の時機を得た特定及び介入は、長期罹患のリスクを低減させ得る。それらの音の早期の検出及び早期の処置は、症状の蔓延を低減させ、健康関連の生活品質を改善することが予想される。パチパチ音の音響分析及びタイミングも、それらの音が、患者又は対象者が深刻な気道閉塞(初期吸気/呼気パチパチ音)、肺線維症などの拘束性肺疾患を有するかどうか、また、間質性肺水腫(後期吸気パチパチ音)にあるかどうか、及び左心室不全(吸気パチパチ音)を有するかどうかを臨床医が特定することを可能にし得るので重要である。それらのいびきの音の音響分析は、対象者の睡眠特性を検査する際に臨床的に重要であり、呼吸器疾患及びその他の異常を検出することができる。主な用途は、それらに限定されないが、外科的処置の結果の予測と、治療介入前及び後のいびきの評価と、一次的閉塞性睡眠時無呼吸(OSA:Obstructive Sleep Apnea)の重要な区別とを含み得る。それらは、大人の患者のいびきと共に、小児の患者のいびきを研究するために利用することができる。それらの音の早期の特定は、早期の診断及び処置が循環器疾患のリスクを患者が低減させることを可能にするので、臨床医が異常を早期に特定することを可能にする。早期の処置の更なる利点は、例えば、OSAによって生じ得る深刻な心不全のために移植される必要があり得る心室支援デバイスを使用してなど、後のより高価な処置を節約又は回避し得る。一部の実施例では、バンド・パス・フィルタ716は、約40ヘルツ、約300ヘルツ、更には、5000ヘルツの通過帯域を有し得る。センサ・アセンブリ100、200の位置に応じて、身体音は、心音(例えば、血液の急流、弁の動き)、腸音(例、ガス変位)、呼吸、いびき、嚥下及び胎児の音(胎動、胎児心音、胎児呼吸、胎児ガス変位などを含む)、気管などの気道の周りの筋肉収縮、のうちの1つ又は複数を含み得る。
気道におけるサイズ低減も、首部領域から発する音における変化を監視することによって監視され得る。例えば、喘鳴又は首部におけるより高い音若しくは振動は、低呼吸状態(気息における部分的な低減)、無呼吸状態、又は喘息状態、並びにその他の肺疾患及び呼吸器状態を示し得る。図23を参照して以下で議論されるように、身体音も、加速度計120から受信される信号から抽出され得る。身体音は、力信号F、速度信号V、及び加速度信号Aのうちの2つ以上の組み合わせに基づいて生成され得る。
抽出された身体音は、臨床医によって聞かれることになる1つ又は複数のスピーカ又はヘッドセットに出力され得る。したがって、センサ・アセンブリ100、200は、身体音の高解像度のデジタル表現を提供するデジタル聴診器として機能し得る。そのような抽出された身体音は、人間の耳によってより容易に聞かれるように、周波数において変調及び/又はシフトさせることができる。例えば、抽出された身体音は、人間の可聴範囲の中心に周波数においてシフトされ得る。
力信号F及び速度信号Vから情報を抽出するように実装され得るフィルタの実例としてのみ、デジタル・フィルタ・ステージ706の様々なフィルタ710、712、714、716が設けられることに留意されよう。抽出されることになる生理学パラメータ及び対象者上のアセンブリ100、200の位置に応じて、フィルタ710、712、714、716、718のうちの1つ又は複数が省略され得、又は他のフィルタが追加され得る。
複数のセンサ・アセンブリが対象者上の異なる位置に設けられる場合、そのようなアセンブリから生成される力信号、速度信号、及び加速度信号の各々は、図7を参照して上記説明されたものと同様の方式においてフィルタリングされ得る。例えば、同様の参照符号が同様の部分を指す図16に示されるように、デジタル力信号F1-FN、速度信号V1-VN、及び加速度信号A1-ANはそれぞれ、N個のセンサ・アセンブリ1602、1604からデジタル・フィルタ・ステージ1606に提供され得る。簡易化のため、センサ・アセンブリ1602、1604は、力信号、速度信号、及び加速度信号を生成するための信号調整回路及びA/D変換回路を含む。
センサ・アセンブリ1602、1604のうちの1つ又は複数からの個々の力信号及び速度信号をフィルタリングすることに加えて、デジタル・フィルタ・バンク1606も、フィルタリングの前又は後のいずれかで、センサ・アセンブリ1602、1604のうちの2つ以上からの力信号及び/又は速度信号を結合するように構成される。例えば、フィルタ・バンク1606は、対象者上の異なる位置に位置付けられたセンサ・アセンブリ1602、1604の2つからの力信号F1、FNを結合して、血圧信号1610を生成するように構成されたバンド・パス・フィルタ及び結合モジュール1608を含み得る。信号F1、FNは、結合される前にバンド・パス・フィルタリングされ得、又は、信号が結合され得、血圧信号1610を生成するように、バンド・パス・フィルタが結合された信号に適用される。
フィルタ・バンク1606は、本開示の範囲から逸脱することなく、いずれかの方式において、フィルタリングの前又は後に受信される信号のいずれかの組み合わせを結合するように構成される。
上記に鑑みて、図17~25は、人間の対象者上の様々な位置に固定された例示的なセンサ・アセンブリ100、200によって抽出される様々な信号をグラフィカルに例示する。
図17は、対象者300の胸骨上に位置付けられ、剣状突起においてベルト304によって固定された、図3のセンサ・アセンブリ300から獲得される抽出された力信号1702をグラフィカルに例示する。同時に測定される対応するECG信号1704も比較のために示される。それらに限定されないが、P波成分1706、QRSコンプレックス1708、及びT波成分1710を含む様々な心臓性パラメータを力信号1702において特定することができることがわかる。したがって、不整脈(例えば、心房細動)などの疾患の診断において、センサ・アセンブリ300が使用され得る。心臓性サイクルの各々の段階の持続時間、心臓弁開放時間1712及び心臓弁閉鎖時間1714、心臓収縮レベル、一回拍出量、心拍出量及び脈波伝播時間を含む追加のパラメータも、この力信号1702から抽出することができる。
図18は、剣状突起において又は剣状突起の近くに、ベルト304の代わりに接着パッチにより同様の位置に位置付けられた、図3に示されたものと同様のセンサ・アセンブリから獲得される抽出された力信号1802をグラフィカルに例示する。同時に対応するECG信号1804も比較のために示される。図17と同様に、力信号1802は、ECG信号1804のそれらに対応する様々な心臓性インジケーションを提供することがわかる。
図19は、図4に示されたセンサ・アセンブリ402の力センサによって生成される力信号の代数和である結合された信号1902をグラフィカルに例示し、センサ・アセンブリ404の一方は、胸骨上切痕において又は胸骨上切痕の近くで上部胸郭上に配置され、センサ・アセンブリ402の他方は、心尖部において又は心尖部の近くで下部胸郭上に配置される。カプラ106を使用することによって取得される対応するECG信号1904は、ECG電極も参照のために設けられるように、導電性ドームとして構成される。結果として生じる結合された信号1902は、心臓を通じた中心動脈圧力の推定を表し、中心動脈圧力の推定から、ピーク反射波P1及びピーク放出波P2を含む、様々なパラメータを推定することができる。したがって、本明細書で説明されるセンサ・アセンブリを使用した力及び/又は速度の差分的測定は、中心動脈圧力だけなく、対象者の様々な部分の間の血圧勾配の判定を可能にすることを認識されよう。例えば、胸骨上切痕及び大腿動脈(又は、鎖骨下動脈若しくは他の末梢動脈)における2つ以上のセンサ・アセンブリを使用した力及び/又は速度の測定は、末梢血圧を判定するように比較され得る。
図20は、図3に示されたような剣状突起において又は剣状突起の近くに位置付けられたセンサ・アセンブリ100の力センサ102(FSR)から生成される力信号2002と、センサ・アセンブリ100の変位センサ104(PZT)から生成される変位速度信号の積分信号2004とをグラフィカルに例示する。この図は、速度信号の積分2004及び力信号2002の実質的な類似性を例示し、速度は、力変位の一次導関数である。したがって、センサの動作の前、又は、特に、圧電センサを使用するときに、センサドリフトを考慮して監視の間にリアルタイムでのいずれかで、速度信号2004を較正するために、力信号2002を使用することができることがわかる。また、図20から、プロット内でそれぞれの円2006、2008によってハイライトされる、力信号2002及び積分信号2004の両方においてP波が視認可能であることがわかる。加えて、図20における各々のプロット内で、長い矢印2010、2012によってハイライトされる、信号2002、2004の両方において重複隆起を見ることもできる。
図21は、図6に示されたような橈骨動脈において又は橈骨動脈の近くで対象者300の手首604上に位置付けられたセンサ・アセンブリ602の力センサ(FSR)から生成される力信号2102と、センサ・アセンブリ602の変位センサ(PZT)から生成される変位速度信号2104とをグラフィカルに例示する。対応するECG信号2106も比較のために示される。プロットの各々における円は、各々の信号2102、2104、2106において視認可能な、測定されたP波をハイライトする。長い矢印は、力信号2102及び速度信号2104の各々における重複隆起を識別する。図20から、手首604において測定される力信号2102及び速度信号2104から受信される信号からP波が視認可能であることがわかる。
図22は、例えば、図7を参照して上記説明されたロウ・パス・フィルタを使用して、ロウ・パス・フィルタリングすることによって、それぞれの力信号2106及びECG信号2108からの呼吸器信号2102、2104の抽出をグラフィカルに例示する。
上記言及されたように、センサ・アセンブリ100、200は、1つ又は複数の加速度計が設けられ得、1つ又は複数の加速度計は、センサ・アセンブリ100、200の加速度を測定するように構成される。図23は、図3に示されたような剣状突起において又は剣状突起の近くに位置付けられたセンサ・アセンブリ100の加速度計120から導出される加速度信号2302と、センサ・アセンブリ100の力センサ102から導出される力信号2304とをグラフィカルに例示する。比較のために、記録された心臓性音2306、フォトプレチスモグラム(PPG:photoplethysmogram)2308、及びECG2310信号も示される。この図から、加速度計120において受信される信号2302は、同様の特徴を有する記録された心臓性音信号2306に同様の特性を有することがわかる。したがって、図7を参照して上記説明されように、身体音を表す音信号を生成するために、加速度計2302が使用されることが可能であることがわかる。
図24は、図1aのセンサ・アセンブリ100から抽出される未処理データをグラフィカルに例示する。図24では、ECG信号2402が参照のために提供され、トレース2404は、変位センサ104によって記録されるような5回の呼吸のサイクルを示し、トレース2406は、力センサ102によって記録されるような5回の呼吸のサイクルを示す。
図23と同様に、図25aは、図1aのセンサ・アセンブリ100から抽出される音及びサイズモカルジオグラムのデータをグラフィカルに例示する。図25では、トレース2502は、呼吸器アーチファクトが信号からフィルタリングされた後の力センサ102からの未処理データを表し、トレース2504は、呼吸器アーチファクトの除去の後の変位センサ104からの未処理データを表す。トレース2506は、図7の信号調整回路を使用して変位センサ104から抽出されるサイズモカルジオグラムである。トレース2508は、変位センサ104から抽出される音プロットである。トレース2510は、比較目的のために提供されるECG信号である。よって、適切な信号調整によって、ECG機器の必要性なく、身体音を表し、サイズモカルジオグラムを提供する信号を、変位センサ104から抽出することができる。よって、センサ・アセンブリ100、200を装着する対象者は、活動を行う間に監視されることが可能であり、対象者の身体に取り付けられたECG機器を有するために、活動の完了を待つ必要がない。
図25bは、図1eに示されたセンサ・アセンブリ400から、又は図6b若しくは6cに示されたセンサ配列610、650から抽出される2つのプロットを示す。上部プロット2520は、対象者300の指612によって作動される、このシナリオではFSRである力センサ102、及びこのシナリオでは圧電センサである変位センサ104から導出される力信号及び変位信号を示す。下部プロット2522は、指612に対して配置された、このシナリオではPPGセンサ402、614である光学センサから導出される赤色光信号及び赤外線光信号を示す。下部プロット2522の光学データと上部プロット2520の変位センサ104から導出される変位データとの間に直接の相関があることを認識されよう。
プロット2522によって表される光学信号は、PPGセンサ402、614の位置における血液酸素飽和度を計算するために使用され得る。代わりに、PPGセンサ402、614は、心拍数トレーシングを可能にするように、力センサ102及び変位センサ104の1つ又は両方の適切な場所で使用され得る。この実例では、背面FSR信号が示されず、赤色光信号及び赤外線光信号が血液酸素飽和度を正確に計算することを強化することが発見されたので、それらの信号のみが示される。
図26及び27はそれぞれ、センサ・アセンブリ2300の断面図及び平面表面図であり、センサ・アセンブリ2300は、伸縮自在なキャリア層2304内に少なくとも部分的に被包された伸縮自在なセンサ2302を含む。図1aのアセンブリ100の力センサ102と同様に、力センサ2302は、FSRであり得、そのインピーダンスは、伸縮自在なセンサ2302の湾曲部又は歪曲部上で変化する。伸縮自在なキャリア2304は、曲がることが可能であり、よって、センサ2302が適用される対象者の表面の曲率にセンサ2302が準拠することを可能にする。
伸縮自在なキャリア層2304は好ましくは、伸縮自在であるが、層2304が準拠し得る対象者の表面に垂直な方向に実質的に伸びることが可能でない材料から成る。したがって、キャリア層2304は曲がること、それに従って、伸縮自在なセンサ2302は、伸縮自在なセンサ2302(FSRのときの)のレジスタンスにおける変化につながり、又はそうでなければ、伸縮自在なセンサ2302の特性における変化につながる。センサ・アセンブリ2300は更に、対象者に対する位置にセンサ・アセンブリ2300を維持するための固定デバイス2306を含む。例えば、固定デバイス230は、対象者によって装着される衣類などのキャリアにセンサ・アセンブリ2300を取り付けるためのアンカリング・ポイントである。衣類は、シャツ、ストラップ、ベルト、又はベストなどであり得る。等しく、センサ・アセンブリ2300は、固定デバイス2306なしに、衣類のポケット内に装着されることが可能である。センサ・アセンブリ100、200に関して上記説明された調整又は信号処理モジュール又は回路のいずれかは、伸縮自在なセンサ2302から信号を調整又は生成するために等しく使用されることが可能である。
使用中、センサ・アセンブリ2300は、経時的に可変の曲率半径を有する対象者2500の表面上の固定された位置に位置付けられる。例えば、図28に示されるように、センサ・アセンブリ2300は、対象者2500の胸郭に固定される。気息の間の胸郭の拡張は、伸縮自在なセンサ2302を曲げさせ、よって、伸縮自在なセンサ2302の特性(レジスタンス又はその他)を変化させる。
図29は、図28に示されたような対象者2500に装着されたシャツの縫い目の中に統合されたセンサ・アセンブリ2300の伸縮自在なセンサ2302から生成される明瞭な周期的気息信号をグラフィカルに例示する。
図30は、センサ・アセンブリ2300の変形であるセンサ・アセンブリ2700の概略的な断面図を示し、図26及び27を参照して、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。センサ・アセンブリ2700は更に、伸縮自在な変位センサ2702を含み、伸縮自在な変位センサ2702は、センサ2702の変位の速さ又は速度を表す速度信号を生成するように構成される。変位センサ2702は、伸縮自在なキャリア層2304の裏面に結合される。変位センサ2702は任意選択で、追加の伸縮自在なキャリア層2704内に少なくとも部分的に被包される。実施例では、変位センサ2702は、圧電センサである。
図31は、センサ・アセンブリ2700の変形であるセンサ・アセンブリ2800の概略的な断面図を示し、図30を参照して、同様の参照符号は、他に指示されない限り、同様の部分を指す。センサ・アセンブリ2800は加えて、変位センサ2702に搭載された、図1bに示されたアセンブリ200の力センサ202と同様の、第2の力センサ2802を含む。第2の力センサ2802は任意選択で、センサ・アセンブリ2700の伸縮自在なキャリア層2304と同様の伸縮自在なキャリア層2704内に少なくとも部分的に被包される。力センサ202と同様に、力センサ2802は、アセンブリ2800に加えられる外部圧力があるとレジスタンスにおいて変化する。よって、そのような外部から加えられる力(及び、関連するアーチファクト)を考慮することができ、それに従って、伸縮自在なセンサ2302が較正される。
センサ・アセンブリ2700、2800の動作は、それぞれのセンサ・アセンブリ100、200の動作と同様であり、よって、ここでは再度は詳細には説明されない。
図32及び33は、対象者の血圧が増大すると共に、脈波伝播時間(PTT)及びPTTにおける変動を測定するためにセンサ・アセンブリ100、200を使用することができることを例示する。
センサ・アセンブリ100、200は、健康な対象者の胸部壁上に、及び対象者の右総腸骨動脈上に配置されている。トレース3202は、腸骨稜における呼吸器アーチファクトの除去の後の、変位センサ104によって検出される脈拍の速度を表し、トレース3204は、対象者の心臓の尖部に近接して、対象者の胸部壁における呼吸器アーチファクトの除去の後の、変位センサ104によって検出される脈拍の速度を表す。
図32では、トレース3202及び3204は、対象者がエクササイズ、より具体的には、腕立て伏せを始める前に測定される。対象者がエクササイズを始める前に、腸骨尖部ラグは、123/68の健康な対象者の安静時の血圧に基づいて、おおよそ146ミリ秒であったことに留意されよう。図33は、PTTラグがエクササイズの後に実質的に減少すること、及び対象者の血圧が144/79まで増加することを示す。エクササイズの後、腸骨尖部ラグは、おおよそ59ミリ秒まで低減する。これは、センサ・アセンブリ100、200がPTTを検出するために使用されることが可能であると共に、センサ・アセンブリ100、200が対象者に取り付けられることを証明する。
図34~36は、心臓性活動、より具体的に、健康な対象者によるエクササイズの間の心臓性一回拍出量を測定するためのセンサ・アセンブリ100、200の使用を例示する。図34は、安静時の健康な対象者による様々なパラメータを示す。図35は、最初は低い比率でウェイトリフティングを始める対象者によるそれらのパラメータを示し、図36は、2回目に高い比率でウェイトリフティングを始める対象者による同一のパラメータを示す。
この試験では、センサ・アセンブリ100、200は、対象者の胸部壁に取り付けられている。対象者は次いで、2つの異なるエフォート・レベルを達成するために、2つの異なる比率でのウェイトリフティングが必要とされている。それらの図では、トレース3402は、センサ・アセンブリ100、200の力センサ102によって測定されるような低周波数フォース・カルジオグラム(FCG:force cardiogram)を表す。トレース3404は、センサ・アセンブリ100、200の力センサ102によって測定されるような高周波数FCGを表す。トレース3406は、センサ・アセンブリ100、200の変位センサ104によって測定されるような呼吸器系エフォートを表す。トレース3408は、標準ECGを表し、比較目的のために提供される。
結果は、対象者の心臓のエフォート・レベルに比例する低周波数FCG及び高周波数FCGの両方における振幅における一貫した増加を明瞭に証明する。特に、エクササイズの前に測定されたFCGの値に関して、低周波数FCGの振幅は、低い比率でのウェイトリフティングに応答して二倍になり、高い比率でのウェイトリフティングに応答して三倍になっている。逆に、変位センサ104によって抽出されるようなサイズモカルジオグラムと高度に相関付けられると知られる高周波数FCGは、低い比率でのウェイトリフティングに応答しておおよそ1.5倍に増大し、高い比率でのウェイトリフティングに応答してほぼ二倍になっている。それらの結果は、2つのFCG成分が、心臓性メカニックに関する異なる情報を運ぶと共に、低周波数FCGが、高周波数FCGよりも一回拍出量と相関付けられることを証明する。
図37は、2つのプロット3702、3704を示す。第1のプロット3702は、従来のLittman電子(デジタル)聴診器によって記録される音を表し、第2のプロット3704は、センサ・アセンブリ100、200によって記録される音を表し、センサ・アセンブリ100、200の各々は、対象者の胸部上に配置される。第2のプロット3704は、力センサ102、202によって生成される信号及び変位センサ104によって生成される信号のスカラ倍算の結果であり、追加の変調を最小化し又は完全に回避する信号を結果としてもたらす。「S1」及び「S2」は、典型的な心音を示す信号3702、3704の部分を識別する。共通してS1と呼ばれる第1の心音、又は「lub」は、収縮期の始めにおいて僧帽弁及び三尖弁の閉鎖から結果として生じる乱れによって生じる。共通してS2と呼ばれる第2の心音、又は「dub」は、収縮期の終わりをマーク付ける、大動脈弁及び肺動脈弁の閉鎖によって生じる。
図38A及び図38Bは、音を検出するためのセンサ・アセンブリ100、200の使用を例示するブロック図である。アセンブリ100のみがこの図面に示されるが、アセンブリ200も例示されるように使用され得ることを認識されよう。
図38A、同様に、図38Bは、2つの方法分岐3802、3804を例示し、方法分岐3802、3804の各々は、ステップ3806及び3808においてのみバンド・パス・フィルタレーションを採用する。アセンブリ100、200により音を抽出することを可能にするために、高次フィルタリングなどの他のフィルタが適切であり、本開示の範囲内であることを認識されよう。ステップ3810において示されるように、センサ110、104によって生成される力信号及び変位信号は、音明瞭度を高め、又はそうでなければ、信号対雑音比を高めるように、フィルタリング及び正規化の後、スカラ的に乗算されるなどで処理され得る。ステップ3812において、音出力は、高レベルの背景雑音を有する環境内での聴診を可能にするように、200ヘルツなど、人間が聞こえる帯域幅まで感知可能であるユーザにより定義されたトーンをキャリアとして使用して、振幅変調など、変調され得る。
図39A及び図39Bは、対象者の識別を可能にするように構成されたシステム3900のブロック図である。アセンブリ200を含むシステム3900が例示される。他の実施例では、システム3900は、加えて又は代わりに、アセンブリ100を含む。システム3900は、対象者(人間)がカプラ106に接触したことに応答して、アセンブリ100、200の力センサ102、202及び変位センサ104によって生成される未処理信号を受信し、対象者を識別するようにそれらの信号を処理するように構成される。図39Cは、対象者を識別するために比較信号を更新するための機械学習の使用についてのフローチャートを例示する。工程は、信号/データを取得することにより開始し得、データは、訓練及び試験における使用のために予め定められた割合に分割され得る。この特定の実施例では、取得されたデータの80%は、訓練されることになるマシンに対して割り当てられ得、これは、訓練データであり得る。取得されたデータの他の20%は、試験するマシンに対して割り当てられ得、これは、試験データであり得る。訓練及び試験のための予め定められた割合は、可変であり得ることを認識され得る。訓練されたデータは、連続的変数又は離散的変数の以下のパラメータを分類することによって、訓練されたモデルとして形成し得る。訓練されたモデルは次いで、試験モデルに変わり得、試験モデルに対し、他の割合の試験データが試験モデルに対して使用される。試験モデルの適合性は、混同行列を使用することによって、分類モデルの性能に対して評価され得る。行列は、実際の目標値を機械学習モデルによって予測される目標値と比較する。モデルのエラーは、定量的データを予測する際に、RMSE計算又は二乗平均平方根計算を使用することによって実行され得る。
特定の人間の識別は、プロセッサにより、人間がセンサ・アセンブリ100、200を動作させたことに応答して生成されるなど、1つ又は複数の一意な生理学信号、又は信号の一意な部分を識別することによって達成され得ることを認識されよう。2015年8月14日に公開された、Biomedical Engineering Online(Fratini etal. BioMedEng OnLine(2015) 14:78、 DOI 10.1186/s12938-015-0072-y)において、Antonio Fratini、Mario Sansone、Paolo Bifulco、及びMario Cesarelliによって、「Individual identification via electrocardiogram analysis」において、関連するECG方式アプローチの例が開示される。
一意な生理学信号、又は信号の態様は、メモリに記憶され得る。信号は、ユーザがシステム3900のセンサ・アセンブリ100、200に接触したことに応答して生成され得、又は代替的なシステム若しくはデバイスにより取得され得る。対象者がアセンブリ100、200を操作したことに応答して生成される信号の時間的特徴、周波数的特徴、及び形態学的特徴は、プロセッサによって、対象者の識別を可能にするように、メモリに記憶されたサンプルと比較され得る。これは、メモリに記憶された同一の対象者についての少なくとも1つの標準化された履歴信号に基づいて、識別子を判定することを伴い得る。一部の実施例では、システム3900は、フォトプレチィスモグラフィ信号を生成するように構成されたフォトプレチィスモグラフィセンサと、エレクトロカルジオグラフィ信号を生成するように構成されたエレクトロカルジオグラフィ電極のペアと、のうちの少なくとも1つを含む。そのような実施例では、対象者の識別子を判定することは、メモリに記憶された同一の対象者についての少なくとも2つの標準化された履歴信号の組み合わせに基づき得る。ユーザに装着され又は取り付けられたモーフィック・ドットは、装置内のモーフィック・バンド及び力センサと通信し得る。モーフィック・ドットは、突然のイベントのケースでは、ユーザのバイタルが取得されるために、ユーザの指が接触することを必要とし得ると共に、モーフィック・ドットはまた、使用中のときのユーザの位置及び/又は動きを判定するための加速度計を有利に含み得る。この位置情報は、特に、高齢の患者について重要であり、情報は、対象者が突然の転倒を有し得るかどうか、又は対象者が安静にするための横たわる位置にあるかどうかを意味し得る。突然の転倒の検出のケースでは、モーフィック・ドットは、患者又は対象者に対して責任を有する介護人又は人間に通信し得又はアラームを鳴らし得る。このアラームは、突然の転倒がユーザの意識を失わせたケースでは、ユーザの指がモーフィック・ドットに接触することによる音であり得、又はユーザの指がモーフィック・ドットに接触することなしの音であり得る。これは、有利なことに、このイベントが発生するとき、対象者が単独であり又は注意が欠けている場合、誰かが警告され、できるだけ早く対象者の介護に迅速に注意を払うことができるかのようである。
システム3900を動作させることは、以下で更に詳細に説明されるように、定義された期間内の接触の可変圧力及び/又は持続時間など、アセンブリ100、200のタッチ又は力の符号化されたパターンを人間が手動で適用することを伴い得る。符号化されたパターンは、デジタル環境又は物理環境へのアクセスなど、更なるアクションを可能にし又は更なるアクションを生じさせるように、特別に構成されたパスワード、又は他の認証コードとしてメモリに記憶され得る。例えば、プロセッサは、特定のパターンを識別して、緊急アラーム・ビーコンを発するように構成され得る。一部の実施例では、図39に示されるように、システム3900は、この実施例では圧電要素である変位センサ104を動作させることによって、センサ・アセンブリ100、200内で誘導され得るなど、符号化された振動の手段によって、ユーザにフィードバックを提供するように、「閉ループ」として構成される。このフィードバックは典型的には、ユーザが、符号化されたパターンが認知されたこと、及び更なるアクションが認証されたことを感知することを可能にするように構成される。
図40は、センサ・アセンブリ100、200の実施例を例示し、センサ・アセンブリ100、200は、対象者を識別し、対象者の指先4002において又は指先4002の近くに配列されたアセンブリ100、200を使用して、信号を生成することを生じさせるように構成される。対象者は、特定のピーク及びトラフなど、生成された信号の単一の一意な態様又は一意な態様の組み合わせを識別したことに応答して識別され得る。
図40に例示される実施例は、アセンブリ100、200に信号を生成させ、結果として、対象者を識別するように、指4004の掌側と接触して配置されることによって動作し得る。この実施例は典型的には、Bluetooth又はWi-Fi無線通信プロトコルを介してなど、信号を処理し、信号を記憶し、信号のデータベースとの比較のために、PC、スマートフォン、若しくはハブなどの別のコンピューティングデバイスに、又は遠隔にホストされたサーバ(「クラウド・コンピュータ」)のいずれかに信号を送信するように構成された、バッテリ(例示されない)及びコンピュータ・モジュール(例示されない)に接続されたセンサ・アセンブリ100、200を含む。
一部の実施例では、アセンブリ100、200は、キーボードのキー、若しくはスマートフォンのスクリーン、若しくは家具の領域など、デバイス若しくは構造に組み込まれ得、及び/又は対象者上に配列され得る。これは、車両、コンピュータ、若しくは携帯電話など、電力供給されたでデバイスを安全にターン・オン若しくはターン・オフすること、又は建物若しくはエリアへのアクセスを許可することなどのアクションをデジタル的に認証することを可能にし得る。このアプローチはまた、パスワード、テキストコード、指紋、アイ・スキャン、又は顔認証方法など、従来の手動認証又は生体認証を超える又は代わりのセキュリティのレベルを必要とするデジタル・システムへのアクセスを認証し得る。
図40に示されるアセンブリ100、200の実施例を動作させることは、アセンブリ100、200に働く圧力/力、アセンブリ100、200との接触の持続時間、又は定義された期間内の接触の特定のパルスなど、アセンブリ100、200との影響を与える断続的な接触、のうちの1つ又は複数を対象者が手動で調節することを伴い得る。このようにして動作するとき、アセンブリ100、200のこの実施例は、力の1つ又は複数の定義されたパターンを検出し、結果として、更なるアクションを実施するように構成され、それは、追加のレベルのセキュリティをもたらすことを可能にし得る。例えば、このアプローチは、例えば、転倒又は健康状態における悪変化などのイベントに続いて、別の電子デバイス又はシステムにアラーム信号を送信することを認証し得る。
図40に示されるアセンブリ100、200の実施例を動作させることは、対象者が手動で、結果として生じる力信号及び/若しくは変位信号を生じさせ、又は別のデバイス若しくはシステムに送信される心拍数、呼吸数、若しくは血圧などの信号の分析の記録をするように、指の掌側とカプラ106を断続的に接触させることを伴い得る。例えば、一部の実施例では、データは、健康状態における悪変化に対処するアクションを促進するように、対象者に遠隔である個人又はグループに送信され得る。
図41a~41cは、上記説明されたように、図40に例示されるアセンブリ100、200の実施例から取得され、脈拍信号を生成するように、対象者がアセンブリ100、200に断続的に接触することによって動作する力信号4102、4104及び変位信号4106のプロットを例示する。信号4102、4104、4106は単独で又は組み合わせで、一意であり得、又は一意な態様を定義し得、したがって、対象者を識別するように処理することを可能にし得る。
図42Aは、上記説明されたように、図40に例示されるアセンブリ100、200の実施例から取得され、3つの脈拍信号を生成するように、3人の異なる対象者がアセンブリ100、200に断続的に接触することによって動作する信号4202、4204、4206の3つのプロットを例示する。各々の対象者は、図42Aに示されるように、対象者を識別することを可能にするように処理され得る、一意な信号プロットの生成を生じさせる。例えば、特定の対象者は、重複隆起の鼓動幅、存在、及びタイミング、並びに信号ピークの振幅のいずれかの変動を生じさせ得る。
図42Bは、単一のセンサ・アセンブリ610が対象者の指612に対して固定される、典型的には、ストラップ又はスリーブ(例示されない)など、解放可能又は弾性的に変形可能な機構によって適切な場所に保たれる、別の配列を示す。指612に固定されたアセンブリ610を示すことは、例示的であるにすぎず、アセンブリ610が、対象者300の身体の他の部分に固定されるように構成可能であることが認識されよう。センサ・アセンブリ610は、この実施例では、多色PPGセンサ614である光学センサに隣接して配列されたセンサ100を含む。他の実施例(例示されない)では、パルス・オキシメータ・センサは、PPGセンサ614に加えて又は代わりに配列される。この配列は、指上で相互に隣接して配列された位置を検知するように、アセンブリ610の同一の側に位置付けられた別個のセンサ100、614からの血液量信号の同時収集を可能にする。図42Cは、単一のセンサ・アセンブリ650が、対象者の指612に対して固定される、典型的には、ストラップ又はスリーブ(例示されない)などの解放可能又は弾性的に変形可能な機構によって適切な場所に保たれる、更なる配列を示す。指612に固定されたアセンブリ650を示すことは、例示的であるにすぎず、アセンブリ650が、対象者300の身体の他の部分に固定されるように構成可能であることが認識されよう。センサ・アセンブリ650は、この実施例では、多色PPGセンサ614である光学センサから対向するように配置されたセンサ100を含む。他の実施例(例示されない)では、パルス・オキシメータ・センサは、PPGセンサ614に加えて又は代わりに配列される。この配列は、指612の反対側上に位置付けられた別個のセンサ100、614からの血液量信号の同時収集を可能にする。
図43a~43dは、心臓から指の先端までの脈波伝播時間を測定するための後方カプラに指を当てる様々な方法を示す。指からの結果として生じる脈拍信号/圧力波が心臓上に位置付けられた前面力センサと比較されるとき、信号間のタイミングにおける差異は、ユーザの心臓から指までの心臓性信号についての脈波伝播時間である。この動脈圧力波が伝わる速さ(又は、固定された距離についてのタイミング)は、血圧に直接比例する。
図43aは、補助圧力ドームの形態で、図1dにおけるアセンブリごとに後方カプラ111に当てられる指113を示す。パルス応答は、背面力センサ202によって検出することができ、背面力センサ202は、単純に背面力センサがフラップ又はドアに搭載されることを可能にする、作成され得る切断ギャップ4302を有する。図1cに関する前面センサ・アセンブリは、心臓の上の皮膚表面4301からの信号を検知する。
図43bは、図1bによる2つの別個のセンサ・アセンブリを示し、1つは胸部4301上に位置付けられ、1つは指113上に位置付けられる。
図43cは、指113に関する実施例が図1cによる背面力センサを含まない、代替的な配列を示す。
図43dは、指113上のセンサ・アセンブリがまさに前面力センサ・アセンブリ4303であり、変位センサ114、104、116を含まない、別の配列を示す。
図44は、ECG4404、変位センサ4405、前面力センサ4406、力センサを含む、図43aにおける実施例から同時に記録される指からの様々な信号と、指4407からのゴールド・スタンダード血圧信号とを示す。2つのパルスの間のタイミングにおける差異は、脈波伝播時間4401の測定を可能にする。このケースでは、両方の力センサは、胸部上の前面力センサを有する1つのデバイス上にあり、指は、前面センサから切断された背面力センサ上に配置される。この実施例は、胸部から指の先端までの脈波伝播時間4401を測定する。エレクトロカルジオグラフィから末梢地までの測定される時間は、脈波伝搬時間(PAT:Pulse Arrival Time)と呼ばれ、心臓性事前放出期間(PEP:pre-ejection period)4403を含み、よって、PATは、脈拍波を有する二次地へのR波であり、PTTは、脈拍波ごとであり、差異PAT-PTT=PEPである。
図45aは、圧電センサ4504及び力センサ4505の両方に対する腕部対胸部に関する信号の比較を示す。それらは、ECG信号(4503)及び指(4506)からの血圧信号の両方と比較される。胸部4501の信号及び腕部4502の信号の両方に対するPATを示す信号のタイミングがハイライトされる。
図46aは、胸部上に位置付けられた2つのセンサを示し、1つは、心尖部4601上にあり、2つ目は、胸骨上切痕/大動脈弓4602上にある。図46bは、トリガリング(ECGに対するR-peak)及び頂点運動性4607の間の遅延の測定を可能にし、また、尖部及び大動脈弓駆出時間4608の間の遅延を測定することを可能にする、ECG4603、変位センサ4604、前面力センサ4605、及び指4606からのゴールド・スタンダード血圧信号を含む、図46aにおける実施例から同時に記録される様々な信号を示す。結果とし生じるPATは、中央血圧の測定値を与える。
図47aは、圧電センサ4702、力センサ4703、及び指BPモニタ4704からの信号を示す。呼吸4705及び動き4706からの様々なアーチファクトが存在する。図47bは、信号に対する同様の形状を明らかにする、アーチファクトが除去された信号4707、4708、4709を示す。圧電センサ信号及び力センサ信号が指血圧モニタ(収縮期成分及び拡張期成分の両方)4710からの単一の鼓動に対して較正される場合、圧電センサ又は力センサは、血圧の進行中の測定のために使用することができる。
図48aは、力センサ4803及び圧電センサ4802に接触する外面皮膚4806に接続された背面力センサ4801を有する実施例を示す。組み立てられたセンサは、較正された質量及び又は進展する較正された力を加える、FSR測定を介してグラム/ニュートンで較正することができる。圧電センサを較正するために、正味の力を使用することができる。大きなDC成分が類推的に除去されると、より高い利得を記録することを可能にするために、背面FSRを使用することができる。
前面FSR4804によって測定される力の較正されたDC成分と背面FSR4805によって測定される力のDC成分との間の差異は、身体区域/組織コンプライアンスのインジケーションを与える。図48bは、胸部4807と手首4808との間のコンプライアンス4809``におけるこの差異を示す。
本明細書で説明されるセンサ・アセンブリのうちの1つ又は複数は、様々な状況における対象者のその位置における監視のための医療デバイスにいずれかの組み合わせで統合され得る。例えば、センサ・アセンブリは、マットレス、椅子又はシート、車のシートベルト又はステアリングホイール、襟、ストラップ、取り付けられたパッチ、動物のハーネス又は耳札に又はそれらの上に搭載されることが可能であり、対象者のより多くの生理学パラメータ(上記説明されたそれらのいずれかなど)の1つを監視するように構成される。加えて、センサ・アセンブリは、シート、ベッド、又はマットレス上のセンサ・アセンブリに対する対象者の動き及び位置を検出及び監視するように構成され得る。そのような監視は、褥瘡(センサ・アセンブリ/アセンブリがマットレス等に統合される場所)を防止することにおいて有利であり得る。
本開示の実施例は、多数の人間及び動物の疾患及び状態の診断及び監視に使用され得、そのような疾患及び状態は、皮膚の力、変位、及び/又は加速度の測定によって診断及び監視することができることを認識されよう。心臓性状態及び疾患の非限定的な実例は、無邪気雑音、硬化症、高血圧、狭心症、心筋梗塞、心室動脈瘤、僧帽弁逸脱(MVP:mitral valve prolapse)、単独クリック雑音、僧帽弁閉鎖不全症、僧帽弁狭窄症(MS:mitral stenosis)、三尖弁逆流(TR:tricuspid regurgitation)、僧帽弁閉鎖不全症、大動脈弁閉鎖不全症、大動脈狭窄、肥大型閉塞性心筋症、心筋症、心膜炎、肺高血圧、心房中隔欠損、心室中隔欠損、動脈管開存症、肺狭窄、大動脈狭窄症、ファロー四徴症、冠状動脈疾患、心不全、心臓の同期不全、収縮期心不全、拡張期心不全、肺血栓塞栓症、肺性心、又は動脈硬化などを含む。
肺うっ血を含む肺の肺性疾患及び状態も診断され得る。本開示の実施例はまた、例えば、気管に若しくは気管の近くに、又は対象者の首の周りの他の位置に、本明細書で説明されるような1つ又は複数のセンサ・アセンブリを配置することによって、睡眠時無呼吸症候群などの睡眠障害を診断及び監視するために使用され得る。センサ・アセンブリは、呼吸に加えて任意選択で、いびき、飲み込み、気道(例えば、気管)の周りの筋肉収縮、気道におけるサイズ低減を監視するように構成され得る。
動脈状態及び/又は静脈状態(石灰化、虚脱など)は、監視されることになる動脈又は静脈において又はそれらの近くで対象者上に、本明細書で説明される1つ又は複数のセンサ・アセンブリを配置することによって診断及び監視され得る。一部の実施例では、例えば、センサ・アセンブリは、両腕若しくは両脚、又は片腕及び片脚のいずれかのそれぞれの左動脈及び右動脈に左右対称に位置付けられ得、動脈の一方又は他方(又は、両方)の状態を判定するように、異なる手足上の左動脈と左動脈との間で比較が成され得る。
上記説明された実施例のいずれかでは、センサ・アセンブリは、短期使用又は長期使用のためにウェアラブルデバイスに統合され得、力測定、速度測定、及び/又は加速度測定は、例えば、遠隔医療相談を介してリアルタイムで、又は経時的に、状態及び疾患を監視することができるように収集及び記憶され得る。
本明細書で説明されるセンサ・アセンブリはまた、妊娠の間の子宮収縮を監視するために使用され得る。妊娠した対象者は、子宮に近接して皮膚上の位置に1つ又は複数のセンサ・アセンブリを装着し得、収縮は皮膚の力変位を生じさせ、対応する信号は、センサ・アセンブリの力センサ及び変位センサ、並びに任意選択の加速度計から導出される。
本明細書で説明されるセンサ・アセンブリは、人間の対象者又は動物の対象者を測定、診断、及び監視するために使用され得るだけでなく、そのような対象者における胎児の活動を監視するためにも使用され得る。例えば、センサ・アセンブリ100、200などの1つ又は複数のセンサ・アセンブリは、人間の対象者又は動物の対象者自身を参照して上記説明されたのと同様の方式において、動物の対象者又は人間の対象者の胎内の胎児の動き信号、呼吸器信号、及び心臓性信号を監視するように、腹部の周りの位置に配置され得る。母性信号を測定するように、胎児信号(例えば、動き及び/又は心拍数)を、位置付けられた他のセンサと比較することによって、胎児信号における変化は、母性信号における変化(例えば、子癇前症のリスクにある母親についての血圧)に相関付けることができる。
本明細書で説明される実施例では、特に、図3~5を参照して、センサ・アセンブリは、胴体の前面に固定される。例えば、図4は、正面聴診位置に位置付けられるセンサ・アセンブリを示す。1つ又は複数のセンサ・アセンブリが、動物の対象者又は人間の対象者の胴体の背面上、例えば、本開示の範囲から逸脱しない胴体の背面上の標準的な聴診位置に固定され得ることを認識されよう。
特に図面と関連して、本明細書で説明される様々な動作は、他の回路又は他のハードウェア構成要素によって実装されることが、特に当業者によって理解されるべきである。所与の方法の各々の動作が実行される順序は、変更され得、本明細書で例示されるシステムの様々な要素は、追加され得、再順序付け得、省略され得、修正され得る、などである。本開示は、全てのそのような修正及び変更を包含し、したがって、上記説明は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で見なされることを意図する。
同様に、本開示は、特定の実施例を参照するが、本開示の範囲及び網羅範囲から逸脱することなく、或る修正及び変更がそれらの実施例に行うことができる。その上、特定の実施例に関して本明細書で説明されるいずれかの利点、有利な点、又は課題の解決策は、重大な、必要とされる、又は必須の特徴又は要素として解釈されることを意図しない。
本開示の利点と共に同様の更なる実施例実施形態が当業者に対して明白であり、そのような実施例は、本明細書で包含されると見なされるべきである。
多くの用途のために、実施例は、DSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)、ASIC(特定用途向け集積回路)、又はFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ)上で実装され得る。よって、コードは、従来のプログラム・コード若しくはマイクロコード、又は、例えば、ASIC若しくはFPGAをセット・アップ若しくは制御するためのコードを含み得る。コードはまた、再プログラム可能ロジック・ゲートアレイなどの再構成可能な装置を動的に構成するためのコードを含み得る。同様に、コードは、Verilog(登録商標)又はVHDL(Very high speed integrated circuit Hardware Description Language)などのハードウェア記述言語のためのコードを含み得る。当業者は、相互に通信して複数の結合された構成要素の間でコードが分散され得ることを認識するであろう。適切である場合、実施例はまた、アナログ・ハードウェアを構成するために、フィールド(再)プログラマブル・アナログ・アレイ又は同様のデバイス上で稼働するコードを使用して実装され得る。
本明細書で使用されるように、モジュールという用語は、機能的ユニット又は機能的ブロックを指すために使用されるべきであり、機能的ユニット又は機能的ブロックは、カスタム定義された回路などの専用ハードウェア構成要素によって少なくとも部分的に実装され得、及び/又は適切な汎用プロセッサ若しくはその他上で稼働する1つ又は複数のソフトウェアプロセッサ若しくは適切なコードによって少なくとも部分的に実装され得ることに留意されよう。モジュールはそれ自体、他のモジュール又は機能的ユニットを含み得る。モジュールは、コロケートされる必要がない複数の構成要素又はサブ・モジュールによって設けられ得、異なる集積回路上に設けられ、及び/又は異なるプロセッサ上で稼働する。
本開示の広義の全体的な範囲から逸脱することなく、多数の変形及び/又は修正が上記説明された実施例に対して行われ得ることを当業者によって認識されよう。したがって、本実施例は、あらゆる点で、限定的でなく例示的であるとして考えられることになる。
Claims (42)
- 対象者の生理学パラメータを検知する装置であって、
力検知表面を有する力センサであって、前記対象者の器官の力変位を表す第1の信号を生成するように構成される、力センサと、
前記力センサと関連付けられた変位センサであって、変位検知表面を有し、前記対象者の前記器官の変位速度を表す第2の信号を生成するように構成される、変位センサと、
前記力センサ及び前記変位センサの1つ上に配列されたカプラであって、前記力センサ及び前記変位センサを前記器官に機械的に結合するように構成される、カプラと
を備え、
前記変位検知表面は、前記力検知表面と一致するか、又は前記力検知表面に対してより小さいサイズである、装置。 - 前記力センサは、第1の力検知レジスタ(FSR)を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記変位センサは、圧電センサを含む、請求項1又は2に記載の装置。
- 前記カプラは、前記力センサの最大平面表面積未満である最大平面表面積を有する、請求項1から3までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記カプラの前記最大平面表面積は、前記変位センサの最大平面表面積に近似する、請求項4に記載の装置。
- 前記力センサは、前記変位センサに搭載され、前記力センサは、前記カプラの動作可能な裏面に結合された動作可能なおもて面と、前記変位センサの動作可能なおもて面に結合された動作可能な裏面とを含む、請求項5に記載の装置。
- 前記力センサ及び前記変位センサは各々、前記カプラの動作可能な裏面に結合された動作可能なおもて面を有し、前記力センサ及び前記変位センサは、前記カプラの前記動作可能な裏面上に同心円状に配列されている、請求項1から4までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記変位センサは、前記第2の信号が前記対象者の前記器官によって生成される身体音を表すように構成されている、請求項1から7までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記対象者の循環する血液の容積的変化を表す第3の信号を生成するように構成された少なくとも1つの光学センサを更に備える、請求項1から8までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学センサは、前記力センサ、前記変位センサ、及び前記カプラから別々に前記対象者上に配列されるように構成されている、請求項9に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学センサは、前記力センサに隣接して固定されている、請求項9に記載の装置。
- 前記カプラは、前記カプラが前記光学センサから機械的に切り離されるように、前記光学センサを少なくとも部分的に囲むように形状付けられている、請求項10又は11に記載の装置。
- 血液酸素飽和度レベルを表す第4の信号を生成するように共に動作可能な複数の前記光学センサを備える、請求項9から12までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記カプラは、温度センサを含み、前記対象者に対して配列される前記カプラに応答して温度を測定するように構成された処理回路に電気的に結合されている、請求項1から13までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記カプラは、第1の導電性電極として構成され、前記カプラが前記対象者に対して配列されるとき、生体電位を測定するように構成された処理回路に電気的に結合されている、請求項1から14までのいずれか一項に記載の装置。
- 環状リングとして構成された第1の導電性電極を更に備え、前記環状リングは、前記環状リングが前記対象者に対して配列されるとき、生体電位を測定するように構成された処理回路に電気的に結合されている、請求項1から14までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記対象者の別の部分に対して配列することを可能にするように、前記第1の導電性電極から間隔を空けて、前記第1の導電性電極から隔離されて配列された第2の導電性電極を備え、前記第2の導電性電極は、前記第1の導電性電極及び前記第2の導電性電極が前記対象者に対して配列されるとき、更なる生体電位を測定することを可能にするように、前記処理回路に結合されている、請求項15又は16に記載の装置。
- 前記対象者の別の部分に対して配列することを可能にするように、前記第1の導電性電極及び前記第2の導電性電極から間隔を空けて、前記第1の導電性電極及び前記第2の導電性電極から隔離されて配列された第3の導電性電極を備え、前記第3の導電性電極は、前記第1の導電性電極、前記第2の導電性電極、及び前記第3の導電性電極が前記対象者に対して配列されるとき、更なる生体電位を測定することを可能にするように、前記処理回路に結合され、前記第3の導電性電極は、前記第1の電極及び前記第2の電極に対して移動可能である、請求項15から17までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記処理回路は、前記対象者に対して配列されるいずれかの導電性電極に応答して、前記対象者のエレクトロカルジオグラフィ(ECG)を測定するように構成され、前記ECGを表す第4の信号を生成するように構成されている、請求項15から18までのいずれか一項に記載の装置。
- 対象者の生理学パラメータを検知する装置であって、
前記対象者の器官の力変位を表す第1の信号を生成するように構成された力センサと、
前記対象者の循環する血液の容積的変化を表す第2の信号を生成するように構成された少なくとも1つの光学センサと、
前記力センサを前記器官と機械的に結合するように構成された前記力センサ上に配列されたカプラと
を備える装置。 - 前記装置の動作可能な裏面上に加えられる力を測定するように構成された第2の力センサを更に備える、請求項1から20までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの光学センサは、少なくとも1つの光の波長を使用して、結果として生じる信号を検知する、請求項9から11まで、20から21までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置の動作可能な裏面に加えられる力を測定するように構成された第2の力センサを更に備え、前記第2の力センサは、力検知レジスタ(FSR)である、請求項1から22までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記第2の力センサは、前記変位センサの動作可能な裏面に結合されている、請求項23に記載の装置。
- 前記第1の信号及び前記第2の信号に基づいて、前記生理学パラメータを判定するように構成された少なくとも1つのプロセッサを更に備える、請求項1から24までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記第1の信号に基づいて、前記変位センサ又は前記光学センサから受信される前記第2の信号を較正するように構成されている、請求項25に記載の装置。
- 前記生理学パラメータは、心悸動、血圧、子宮収縮、胎児の活動、呼吸、前記対象者の心臓弁の開放時間、前記対象者の心臓弁の閉鎖時間、前記対象者の心臓の収縮レベル、前記対象者の血管の固さ、前記対象者の前記心臓の一回拍出量、心拍出量、及び血液脈波伝播時間のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から26までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記生理学パラメータは、血圧であり、測定されることになる前記パラメータは、中心血圧及び末梢血圧のうちの少なくとも1つを含む、請求項27に記載の装置。
- センサ・アセンブリによって生成される信号の信号対雑音比を高める方法であって、前記アセンブリは、力センサ及び変位センサを含み、前記方法は、
前記対象者上の位置に前記変位センサを配列するステップであって、前記変位センサは、変位を表す第1の信号を生成するように構成されている、ステップと、
前記対象者上の同一の位置に前記力センサを配列するステップであって、前記力センサは、力変位を表す第2の信号を生成するように構成されている、ステップと、
前記変位センサ及び前記力センサに結合され、力信号及び変位信号を処理するように構成された少なくとも1つのプロセッサを動作させるステップと
を含む方法。 - 前記処理するステップは、前記第1の信号及び前記第2の信号を乗算するステップを含む、請求項29に記載の方法。
- 対象者の生理学パラメータを測定する方法であって、
前記対象者の第1の位置に機械的に結合された第1の力センサから第1の信号を受信するステップと、
前記対象者の第2の位置に機械的に結合された第2の力センサから第2の信号を受信するステップであって、前記第2の位置は、前記第1の位置から分離される、ステップと、
前記第1の信号及び前記第2の信号の比較に基づいて、前記生理学パラメータを判定するステップと
を含む方法。 - 前記比較は、脈波伝播時間を含む前記第1の信号と前記第2の信号との間の差異を含み、前記第1の力センサ及び前記第2の力センサのうちの1つ又は複数は、力検知レジスタ(FSR)であり、前記生理学パラメータは、血圧、子宮収縮、及び胎児の活動のうちの少なくとも1つを含み、前記生理学パラメータは、血圧であり、前記方法は、中心血圧及び末梢血圧のうちの少なくとも1つを測定するステップを含む、請求項31に記載の方法。
- 前記第1の位置は、前記対象者の上部胸郭上にあり、前記第2の位置は、前記対象者の下部胸郭上にあり、測定されることになる前記生理学パラメータは、中心血圧である、請求項32に記載の方法。
- 前記第1の位置は、前記対象者の胸郭上にあり、前記第2の位置は、前記対象者の大腿動脈及び鎖骨下動脈の1つに近接し、測定されることになる前記生理学パラメータは、末梢血圧である、請求項32に記載の方法。
- 対象者の少なくとも1つのパラメータを検知する装置であって、
湾曲により変化するインピーダンスを有する伸縮自在なセンサ部材と、
前記伸縮自在なセンサ部材を囲み、前記対象者の表面の形状の変化が前記伸縮自在なセンサを曲げさせるように、前記対象者の前記表面に近接して前記伸縮自在なセンサ部材の接触表面を維持するように構成された伸縮自在なキャリアと
を備える装置。 - 前記伸縮自在なセンサ部材は、力検知レジスタ(FSR)を含み、前記キャリアは、ファブリック・キャリア及びエラストマ・キャリアのうちの少なくとも1つであり、前記キャリアは、ストラップ及び接着パッチのうちの少なくとも1つを含み、前記キャリアは、前記対象者によって装着された衣類を含み、前記衣類は、シャツ、胸部バンド、手首バンド、ベスト、ジャケット、及びコートのうちの少なくとも1つを含む、請求項35に記載の装置。
- 前記対象者の前記表面は、前記対象者の胸郭であり、前記伸縮自在なキャリアは、呼吸に起因した前記胸郭の拡張及び収縮が前記伸縮自在なセンサを曲げさせるように、前記皮膚に近接して前記接触表面を維持するように構成され、前記装置は、前記伸縮自在なセンサ部材の前記インピーダンスに基づいて、前記少なくとも1つのパラメータを生成するように構成された少なくとも1つのプロセッサを更に備え、前記少なくとも1つのパラメータは、呼吸器である、請求項35から36までのいずれか一項に記載の装置。
- 前記装置は、
対象者の器官に近接した第1の位置に前記伸縮自在なセンサを位置付け、
前記伸縮自在なセンサ部材のインピーダンスに基づいて、前記少なくとも1つのパラメータを判定する
ように適合されている、請求項35から37までのいずれか一項に記載の装置。 - 対象者を識別するシステムであって、
力を表す力信号を生成するように構成された少なくとも1つの第1の力センサと、
変位を表す変位信号を生成するように構成された変位センサと
備え、前記力センサ及び前記変位センサは、対象者上の実質的に同一の位置に位置付けることを可能にして、前記信号を生成することを可能にするように相互に配列され、
前記システムは更に、
前記力センサ及び前記変位センサに結合された少なくとも1つのプロセッサ
を備え、前記少なくとも1つのプロセッサは、前記力信号及び前記変位信号を処理して、前記対象者の識別子を判定するように構成されている、システム。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、メモリに結合され、前記メモリに記憶された同一の対象者についての少なくとも1つの標準化された履歴的信号に基づいて、前記対象者の前記識別子を判定するように構成され、フォトプレチィスモグラフィ信号を生成するように構成されたフォトプレチィスモグラフィセンサと、エレクトロカルジオグラフィ信号を生成するように構成されたエレクトロカルジオグラフィ電極のペアとのうちの少なくとも1つを更に含み、
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記力信号及び前記変位信号のうちの少なくとも1つと、前記フォトプレチィスモグラフィ及び前記エレクトロカルジオグラフィ信号のうちの少なくとも1つとを処理して、前記対象者の前記識別子を判定するように構成されている、前記フォトプレチィスモグラフィセンサ及び/又は前記エレクトロカルジオグラフィ電極のペアに結合され、前記少なくとも1つのプロセッサは、前記メモリに記憶された前記同一の対象者についての少なくとも2つの標準化された履歴的信号の組み合わせに基づいて、前記対象者の前記識別子を判定するように構成され、前記信号のうちの1つ又は複数を生成するための前記システムの各々の動作は、前記1つ又は複数の対応する標準化された履歴的信号を更新させる、請求項39に記載のシステム。 - 前記システムは、前記ユーザの指の掌側に接触して、前記力信号及び前記変位信号を生成することを可能にするように配列され、前記対象者は、前記プロセッサによって識別される、請求項39から40までのいずれか一項に記載のシステム。
- 前記システムは、人差し指の先端に配列され、前記対象者が前記指によって働く接触力及び接触期間のうちの1つ又は複数を調節したことに応答して、前記プロセッサは、1つ又は複数の遠隔に位置するデバイス又はシステムにアラーム信号を通信するように構成され、前記対象者が前記指によって働く接触力及び接触期間のうちの1つ又は複数を調節したことに応答して、前記プロセッサは、1つ又は複数の遠隔に位置するデバイス又はシステムに、記録された信号及び分析された信号のうちの少なくとも1つを通信するように構成されている、請求項41に記載の方法。
Applications Claiming Priority (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
AU2021901125 | 2021-04-16 | ||
AU2021901125A AU2021901125A0 (en) | 2021-04-16 | Physiological parameter sensing systems and methods | |
AU2021902991 | 2021-09-16 | ||
AU2021902991A AU2021902991A0 (en) | 2021-09-16 | Physiological parameter sensing systems and methods | |
AU2022900760 | 2022-03-25 | ||
AU2022900760A AU2022900760A0 (en) | 2022-03-25 | Physiological parameter sensing systems and methods | |
PCT/AU2022/050320 WO2022217302A1 (en) | 2021-04-16 | 2022-04-11 | Physiological parameter sensing systems and methods |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024516573A true JP2024516573A (ja) | 2024-04-16 |
Family
ID=83639329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023562809A Pending JP2024516573A (ja) | 2021-04-16 | 2022-04-11 | 生理学パラメータ検知システム及び方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20240197188A1 (ja) |
EP (1) | EP4323741A1 (ja) |
JP (1) | JP2024516573A (ja) |
AU (1) | AU2022256948A1 (ja) |
WO (1) | WO2022217302A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023193053A1 (en) * | 2022-04-08 | 2023-10-12 | 3 Aim Ip Pty Ltd | A device and method for the detection and monitoring of cardiovascular disease |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009125349A2 (en) * | 2008-04-10 | 2009-10-15 | Cardiosigns Ltd. | Multi-sensor apparatus and method for monitoring of circulatory parameters |
US8870780B2 (en) * | 2008-10-15 | 2014-10-28 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Systems and methods for monitoring heart function |
KR102215442B1 (ko) * | 2013-11-26 | 2021-02-15 | 삼성전자주식회사 | 착용형 모바일 기기, 및 착용형 모바일 기기의 생체신호의 선택적 활용 방법 |
EP3157416B1 (en) * | 2014-06-20 | 2020-07-15 | Healthcare Technology Innovation Centre | System for cuff-less blood pressure (bp) measurement of a subject |
US11457824B2 (en) * | 2016-03-07 | 2022-10-04 | Fitbit, Inc. | Blood pressure sensors |
KR102604233B1 (ko) * | 2016-08-31 | 2023-11-20 | 삼성전자주식회사 | 웨어러블 측정 장치 |
KR102655738B1 (ko) * | 2016-12-27 | 2024-04-05 | 삼성전자주식회사 | 접촉형 혈압 측정 장치 |
WO2018191650A1 (en) * | 2017-04-14 | 2018-10-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Non-invasive assessment of anatomic vessels |
SG11202008316UA (en) * | 2018-04-03 | 2020-09-29 | Tufts College | Tactile blood pressure imager |
EP4044913A4 (en) * | 2019-10-18 | 2023-11-15 | 3 Aim Ip Pty Ltd | SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS |
-
2022
- 2022-04-11 WO PCT/AU2022/050320 patent/WO2022217302A1/en active Application Filing
- 2022-04-11 JP JP2023562809A patent/JP2024516573A/ja active Pending
- 2022-04-11 AU AU2022256948A patent/AU2022256948A1/en active Pending
- 2022-04-11 US US18/555,088 patent/US20240197188A1/en active Pending
- 2022-04-11 EP EP22787151.4A patent/EP4323741A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20240197188A1 (en) | 2024-06-20 |
EP4323741A1 (en) | 2024-02-21 |
WO2022217302A1 (en) | 2022-10-20 |
AU2022256948A1 (en) | 2023-10-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220192513A1 (en) | Remote Physiological Monitor | |
Guo et al. | A review of wearable and unobtrusive sensing technologies for chronic disease management | |
US8369936B2 (en) | Wearable apparatus for measuring heart-related parameters and deriving human status parameters from sensed physiological and contextual parameters | |
US9107586B2 (en) | Fitness monitoring | |
US20200000355A1 (en) | Electric biopotential signal mapping calibration, estimation, source separation, source localization, stimulation, and neutralization. | |
US20150065891A1 (en) | Method and Apparatus for Detecting Atrial Fibrillation | |
US11627884B2 (en) | Blood pressure calculation method and device | |
US20220192600A1 (en) | Implantable cardiac monitor | |
US20240090775A1 (en) | Physiological parameter sensing systems and methods | |
US20240197188A1 (en) | Physiological parameter sensing systems and methods | |
JP2022547784A (ja) | 非侵襲的かつリアルタイムの拍動対拍動の携帯型血圧監視 | |
CN117616259A (zh) | 生理参数感测系统和方法 | |
WO2023183278A1 (en) | Implantable cardiac monitor | |
Pflugradt | Enabling continuous blood pressure estimation on artifact contaminated recordings applying a novel pulse wave signal quality detector | |
Nomura et al. | Multiple pulse wave measurement toward estimating condition of human arteries | |
Sighvatsson et al. | Wearable Heart Monitor | |
Ab Malek | Design and development of wireless stethoscope with data logging functions | |
Abdul Rahim | Design and development of groove micromixer for laminar blood-reagent mixing | |
MXPA06002838A (es) | Metodo y aparato para medir los parametros relacionados con el corazon |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A524 | Written submission of copy of amendment under article 19 pct |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A525 Effective date: 20231211 |