JP3609404B2 - 健康モニタリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、健康モニタリングシステムに関し、特に人間あるいは動物である対象物の一つあるいは二つ以上の生体信号（vital signs）をモニタリングするシステムに関する。
対象物の生体信号（呼吸、パルス、体温および血圧を含む）をモニタリングするための設備は、病院や診療所の環境において既に利用されている。このような設備は、その環境外、例えば家庭環境、における対象物に対しても、使用し、かつ、適用することが可能であるが、含まれている装置が通常高価であり、しかも、それを使用することが受け入れられないか、あるいは、毎日の生活にとって不所望の障害を引き起こす程に、無理強いし、煩わしく、かつ、不便なものである。
本発明の目的の一つは、既知の装置におけるよりも無理強いすることなく、煩わしくなく、かつ、不便でない態様で、生体信号のモニタリングシステムを実現することである。
本発明の一つの特色によれば、人間あるいは動物である対象物の生体信号をモニタリングする方法において、対象物が、その対象物の身体に密に適合するように、その身体の横方向および縦方向の両方向に伸びることのできる着衣（garment）の形態のベストを着ており、そのベストに取り付けられた共通のキャリア（common carrier）により運ばれるセンサによって、対象物の呼吸および／あるいは心臓作用に関連して生じるベストの弾性的な歪みが対象物の胸部および腹部の両領域において検知され、そして、その検知された歪みに応じた信号が、対象物から遠隔して受信し、かつ、分析するために、送信されるようになっている。
本発明の他の特色によれば、人間あるいは動物である対象物の生体信号をモニタリングするためのシステムが、対象物の身体に密に適合するように、その身体の横方向および縦方向の両方向に伸びることのできる着衣の形態のその対象物により着られるベストと、対象物の胸部および腹部の両領域において対象物の呼吸および／あるいは心臓作用に関連して生じるベストの弾性的な歪みを検知するために、そのベストに取り付けられた共通のキャリアにより運ばれるセンサと、対象物から遠隔して受信し、かつ、分析するために、その検知された歪みに応じた信号を送信するための手段とを備えている。
本発明のシステムは、病院あるいは診療所の環境において生じるが、従来の健康モニタリング装置が存在し、使用されていると、それに関係する対象物、また、事によると、その対象物を取り巻くものに対しても、混乱と心配を与えることとなってしまう家庭環境においてもより重要となるような状況において、モニタリングが実現されるという特別の利点を有している。例えば、家庭環境における赤ん坊の呼吸停止（apnoea）モニタリングに関しては、モニタリング装置の存在が見えるということがその幼児と両親の双方の快適さのためには逆効果を持つことになるという危険がある。
本発明の方法およびシステムには、モニタリングが無理強いしない態様で実行され、かつ、身に着けるベストは通常の方法で洗濯すことができる従来の日常的な形式のものであるという利点がある。更に、ベストに取り付けられて、弾性的な歪みを検知するセンサを携帯するための共通のキャリアを用いることにより、センサを表に出さないようにすることが容易となる。この点については、更に、キャリアは、センサを隠すだけでなく、その重要な目的から注意を逸らすことのできるような外面が装飾された形態とすることができる。したがって、対象物および／あるいは対象物の快適さに対して心配や関心を引き起こしかねない非日常的で、かつ、煩わしい物体があるという障害をなくして、正常な日常生活の中でモニタリングが実行されることが可能となるという利点がある。
特別の利点として、遠隔のモニタリング基地にベストからの信号を電磁波により送信することで、赤ん坊あるいは他の対象物に対するケーブルあるいはその他の接続具が全て取り除かれているということがある。そのような送信手段もまた、共通のキャリアによって、センサとともにその内部に隠されて、携帯されることが可能である。
共通のキャリアは、ベストの内側あるいは外側に取り付けられることが可能であり、好ましくは、ベストに取り外し自在に取り付けられたパッチの形態で設けられ、それにより、ベストの着替えと洗濯、および、故障の時のパッチの取り替えが可能となる。その取り外し自在な取り付けは、フックファイバと他のファイバとの係合に基づく繊維のファスナ（fabric fastening、例えば、登録商標VELCROの下で販売されている種類のファスナ）、あるいは、押し込みピン（press−stud）、紐あるいはボタンによる取り付けを用いて、実現することができる。
押し込みピン、紐あるいはボタンによる取り付けが用いられておれば、ベストにパッチを固定するために適した位置は特に限定されないが、他の取り付け手段が用いられる場合には、適切な位置はベストに備えられたマークにより限定されることとなる。しかしながら、パッチの寸法、形状構造、あるいは、その他の限定を適切なものとすることによって、ベスト上の位置を限定する必要を回避することが可能となるので、いずれにしても、殆どの状況において、ベスト本体上のセンサの正確な位置は重要ではないものとなる。センサがキャリアにより携帯されることにより、それらの相対位置が維持され、そして、対象物の身体に関して適切に配置することを簡便な単一の作業により実行することが可能となる。
代わりに、パッチは、ベストのポケットのたれ蓋の下あるいはその中に配置されてもよく、そこで、そのベスト上の位置が明確に設定されることとなる。しかし、たれ蓋あるいはポケットを利用することは、また、パッチを少なくとも部分的に隠し、それが不注意に対象物から外される可能性を制約するという利点を持っている。
ベストにパッチを取り付けるために、また、場合によっては、その上をたれ蓋により覆うか、あるいは、ポケットを閉じた状態とするために、ファイバのフック−小穴（hook−and−eye）の係合による繊維のファスナを用いれば、ベストの布地をそのままでファスナにおけるフックと係合するために必要な「穴」ファイバを提供するようなものとすることができるし、あるいは、必要ならば、そうするために毛羽立たされる（fluffed up）ことも可能である。この点で、ベストは、綿布により作られ、そして、好ましくは、継ぎ目なしの編まれた形態に作られて、良好に輪郭に順応することができる伸張特性を持つようにされる。
ベストの弾性的な歪みは、圧電フィルムを含み、そして、例えば、対象物の呼吸パターンおよび心臓の圧力（heart hydraulics）による胸部および腹部の領域におけるベストの伸縮にそれぞれ反応するように配置された歪みゲージによって、検知されることができる。これらにより、あるいは、その弾性的歪みに応答するその他のセンサにより供給される信号は、例えば適当なフィルタ技術を用いて処理されて、腹部−腹部の同期性（abdominal−thoracic synchrony）の欠如を検知するために好適な胸部−腹部の動き（thoracic−abdominal motion）の表示情報を提供する。その処理の少なくとも一部は、ベストに取り付けられた共通キャリアにより携帯されている電気回路によって、実現される。
共通のキャリアは、ベストに取り外し自在に取り付けられたパッチの形態でも、あるいは、他の形態でもよいが、センサが装着されているプリント回路基板を含んだ積層構造に作られることができる。例えばサーミスタの形態の手段が、対象物の体温を検知するために、内蔵される。キャリアがベストの外側に取り付けられる場合は、ベストに小孔が設けられて、サーミスタあるいは他の温度検知手段が対象物の皮膚と接触するように突き出すか、あるいは、妨げられずに皮膚に露出されることを可能とするが、一般的には、特別に細工することなくベストを通して実行しても、十分検知することができる。
ここで、本発明による人間である対象物の生体信号をモニタリングするための方法およびシステムを、例示として、添付した以下の図面を参照しつつ、説明することとする。
図１は、本発明による第１の健康モニタリングシステムの一部を形成するベストを着た赤ん坊を例示する図である。
図２および図３は、図１のベストの上に着けられ、かつ、赤ん坊の健康をモニタリングするために用いられる電気回路を組み込んでいるキャリアであるパッチの積層構造を例示しており、図２は、層毎に分割された積層を示す分解図であり、また、図３は、拡大されたパッチの一部の断面を示している。
図４は、図２および図３のパッチに組み込まれた電気回路の概念的なブロック図である。
図５は、図１の赤ん坊の健康をモニタリングするためのベストおよびそのパッチと連携して用いられるリモートユニットの電気回路の概念的なブロック図である。
図６は、本発明による赤ん坊の健康モニタリングのための第２のシステムであって、システムのキャリアであるパッチがベストのたれ蓋−ポケットから取り出されている状態を示している。
これらの図面を参照しつつ説明される方法およびシステムは、家庭環境における赤ん坊の睡眠中の心臓の活動、呼吸および体温のような生理的状態をモニタリングすることに関している。しかしながら、本発明の方法およびシステムは、これよりもより一般的な状況において用いられることが可能であり、例えば、採用されている原理は、家庭あるいは病院のいずれかにおいて、運動あるいは危険な作業の実行中における成人の生理的なモニタリングに対して用いることができ、また、動物の対象物をモニタリングするためにも用いることができる。
図１を参照すれば、赤ん坊が通常のスタイルの密着した綿布のベスト１を着ている。ベスト１は、赤ん坊のトルソー（torso）の一般的な形に継ぎ目なく、機械編みされており、赤ん坊の身体の縦方向および横方向の両方に伸びて、その身体を肩からヒップにかけて密着して包んでいる。双方向への伸びと継ぎ目のないことが、赤ん坊のおしめ（nappies or diapers）の上部に格別の弛み（tenting）、すなわち、ベストの持ち上がり（lifting up）もなしに、ベストを腹部領域において身体に密着した状態に保つという利点をもたらす。
装飾的な形状および着色を有する布製のパッチ２（図１には、ふくろうのデザイン型により示されている）が、ベスト１の前部に取り付けられる。そのパッチ２は、幅約50mmかつ長さ約100mmであり、積層構造をしており、赤ん坊の胸部および腹部にわたるようにベスト１に取り付けられている。電気回路がパッチ２の積層中に組み込まれており、赤ん坊の生体信号（vital signs）の発現を検知し、それに基づいて電磁波の信号を送信し、その赤ん坊から遠隔した所で受信し、かつ、モニタリングする。
パッチ２の構造が、図２および図３に例示されており、ここで説明する。図２において、パッチ２は、簡単に表示するために、図１のふくろうの形状ではなく、矩形の形状を持つものとして示されている。
図２および図３を参照すれば、パッチ２の電気回路は、フレキシブルな基板４に搭載されたプリント回路板３を含んでいる。基板４および回路板３は、発泡プラスチックス材料のカバー層５により、衝撃によるダメージから保護されており、そのカバー層５とともに基板４は、カバー層５および基板４にそれぞれ接着される二枚のフレキシブルな耐水性シート６および７の間に介挿されている。これらのシート６および７は、それらの周囲をともに接着されており、基板４および回路板３を含んでいる。パッチ２の上部の外側層８はシート６に接着され、シート７は背部シート９に接着されており、その背部シート９によりパッチ２がベスト１に取り付けられる。
層８は布製であり、装飾的なデザイン（図１のふくろう）を搭載しており、他方、背部シート９は、押し込みピン（press−stud）、紐あるいはボタンによる固定の手段によって、取り付けられる。好ましくは、それは、例示されているように、ファイバのフック−小穴の係合（fibre hook−and−eye inter−engagement）に基づく繊維のファスナ（fabric fastening、登録商標VELCROの下で販売されているような）によって、確実に保持される。また更に、シート９は、伸張可能な布製であり、その露出した背面は、シート９、および、それとともに基板４の回路を強固に、しかし、取り外し自在にベスト１に確実に固定するためのベスト材料のファイバと係合するフック形状の直立したファイバを有するように形成されている。
パッチ２の取り付けのためのベスト１上の位置は、望ましくは、ベスト１に印刷あるいはその他の方法で組み込まれた線あるいはその他のマークにより、描かれることも可能である。繊維のファスナであるために、パッチ２は、単にそれをその位置に置き、ベスト１と背面９のフックファイバとの係合を強固にするように軽く圧力を加えることによって、極めて容易に取り付けられ、そして、手でパッチ２を掴んで引き離すことによって、簡単に取り外しが実行される。パッチ２の取り付けにより基板４がベスト１に固定され、そこで、赤ん坊の息の吸入および排出の際のベストの材料の弾性的な伸縮に従って、それは歪みを受けることとなる。これらのベストの歪みは、折曲および／あるいは伸張を検知するように、基板４と対面接触して接着されている二つの平行な圧電フィルムのストリップ10および11によって、検知される。ストリップ10および11は、パッチ２の長さ方向に互いに離隔されており（通常、50mmより大きく）、パッチ２中に搭載されている電気回路内において、赤ん坊の身体の胸部および腹部領域に対する歪みゲージとして機能する。
パッチ２の電気回路は図４に概念的に示されており、図４に示されているように、フィルムストリップ10および11の電極12から出力された信号が、前置増幅器13を経て、マイクロプロセッサ14に供給される。前置増幅器13およびマイクロプロセッサ14は信号処理チップ15の一部を形成しており、それは、コントローラ16とともに、基板４のプリント回路板３上に装着されている。マイクロプロセッサ14は、コントローラ16により制御されており、前置増幅器13の出力信号およびサーミスタ17（図２中に図示せず）から供給される赤ん坊の体温に依存する信号によって、健康に関連するデータを作成する。
マイクロプロセッサ14により作成された健康関連データは、チップ15の信号送信器18に供給され、誘導ループ型のアンテナ19から遠隔の受信器に低電力の電磁波を送信する。ループアンテナ19は、回路板13およびストリップ10および11を取り巻くように、基板４上に印刷されている。回路板３はパッチ２に電力を供給するための再充電可能なバッテリ20を搭載しており、ループアンテナ19の内側の全回路は、シート６および７上のスクリーニング（screening）によって、外部の電気的な干渉から保護されている。
ベスト１上のパッチ２の位置は、フィルムストリップ10および11をそれぞれ赤ん坊の胸部および腹部の横方向に延在させるように配置することができるものであり、そこで、ストリップ10および11により発生される信号がそれらの各領域における呼吸による動きに依存し、また、ストリップ10および11は肋骨構造（rib cage）および腹部を経てそれぞれ伝搬される際の赤ん坊の鼓動にも反応する。更に、ストリップ10および11により発生される信号は、赤ん坊の心臓の圧力（hydraulics）および呼吸音（respiratory sounds）、特に、ぜいぜいという音に一般的に依存する成分を含んでいる。これらの信号は、前置増幅器13においてフィルタリングされて、サーミスタ17からの温度信号とともにマイクロプロセッサ14に供給される前に、不所望のノイズを除去される。
サーミスタ17は、小さいビーズの形をしており、好ましくは、腹部領域で、赤ん坊の肝臓の上部に当たる基板４の上に配置される。体温、そして、容易化のために温度の変化、を実質的に精確にモニタリングするためには、サーミスタ17が赤ん坊の皮膚に直接接触させることは必ずしも必要ではないことが見出された。
前置増幅器13およびサーミスタ17から供給される信号は、マイクロプロセッサ14内で処理されて、基本的に、胸部に関連する活性、腹部に関連する活性および体温に応じたディジタルデータを生成する。そのデータは、入力信号のサンプリングおよび周波数分析を含むプログラムに従って、また、データ圧縮技術を用いて、生成され、送信器18による送信のために供給される。送信器18は、周期的なバーストの形で、アンテナ19を経てそのデータを送信するように動作するが、必要ならば、この動作を無効にして、連続的な送信を供給するようにすることができる。
アンテナ19からの送信は、赤ん坊から遠隔の、例えば、赤ん坊のベッドの外側に取り付けられたユニット内、あるいは、同じまたは他の部屋の他の場所に配置されたステーションにおいて、受信される。その遠隔のステーションにおける使用に適したユニットが、図５に概念的に例示されており、以下に説明する。
図５を参照すれば、赤ん坊から遠隔配置される受信ユニット21は、パッチ２からのデータ送信を受信するためのアンテナ22を有している。受信されたデータは、アンテナ22からマイクロプロセッサ23に送られ、そこで赤ん坊の生体信号に依存する信号表示を引き出すために適したフィルタリングおよびその他の技術を施される。これらの表示は、ユニット21のメモリ24のRAMセクションに蓄積のために書き込まれ、赤ん坊の快適さに影響を与える条件の発端に応答するように、マイクロプロセッサ23内で連続的にモニタリングされる。特に後者の点については、更に、それらの表示が、マイクロプロセッサ23により、メモリ24のROMセクションに蓄積されている診療基準（clinical criteria）に照らしてモニタされており、そして、ユニット21はアラーム25を有しており、事態がおきれば、マイクロプロセッサ23によりトリガーされた音声および視覚的な警報信号を供給する。ディジタルディスプレイ装置26もまた備えられており、ユニット21の選択装置27を用いて生成された表示のいずれかが選択されると、それに応じて値が表示されるようになっている。
再充電可能なバッテリ28により電力を供給されているユニット21には、選択的に、（図５に示されているように）VHF送信器カプセル29を設けることが可能である。送信器カプセル29は、ユニット21内に挿入されるように作られており、挿入された時には、VHF無線信号により赤ん坊の生理的状態についての情報を離れた場所にあり、また、例えば、両親あるいは看護婦が携帯している無線受信器に送信するように、ユニット21を変更する。ユニット21内にカプセル29を装着すれば、赤ん坊に大電力の送信器を取り付けることなく、遠距離通信を実現することが可能となる。
ユニット21内で形成されてメモリ24のRAM部分に書き込まれる表示情報（representations）の一つとして、赤ん坊の胸部および腹部の呼吸運動の間における同期／非同期の程度を表すものがある。この場合、マイクロプロセッサ23は、圧電ストリップ10および11によってモニタされた呼吸の回数と深さに従って、信号の相対的な位相（relative phasing）を決定するように動作する。しかしながら、呼吸のレートおよび周期的変動量（tidal volume）の表示情報もまたこれらの信号から導出されて、赤ん坊の気管（airway）におけるぜいぜい音や障害によって引き起こされる呼吸の悪化を指示することとなるそれらの表示情報のいかなる成分も記録される。更に、パッチ２から受信される信号に基づいて、温度および温度変化の表示情報とともに、パルス周波数およびリズムの表示情報も導出される。
携帯可能なデータロガー31が、ユニット21に接続できるようになっており、メモリ24のRAM部分に蓄積されているデータにアクセスする。データロガー31は、プロセッサ32に加えて、メモリ24からのデータを受信し、保持し、そして、詳細な分析のために長時間にわたってそれを蓄積するためのディジタルオーディオテープ蓄積装置33を有している。それは、また、図示されているように、蓄えられた情報をグラフィック表示するためのプロッタ34、データ入力および選択のためのキーパッド35（key−pad）およびコンピュータによる分析用にデータをダウンロードするためのモデム36を備えている。
バッテリの電力を維持するために、通常、データは周期的なバーストの形態でパッチ２の送信器28から送信される。しかしながら、上記したように、連続的に送信するために、送信器18のこのような動作を停止することは可能である。これは、パッチ２の回路中に組み込まれ、かつ、送信器18に結合された磁気駆動スイッチ手段（図示せず）によって、実現される。そのスイッチの設定により、送信が周期的であるか、あるいは、連続的であるかが決定され、パッチ２上に磁石を一方向あるいはその逆の方向に移動させることによって、簡単にその設定は変更される。そのスイッチは、また、前置増幅器13に結合されており、そこでは、連続的な送信に設定されると、前置増幅器13内で実行される信号フィルタ作用がバイパスされるようになっている。
パッチ２内における胸部および腹部の動きを検知することは、フィルムストリップ10および11に含まれている圧電検知技術以外の技術を用いて実現することも可能であり、例えば、ホール効果による検知を用いることができる。しかしながら、圧電フィルムを使用すれば、一枚のフィルムを分離されたストリップ10および11に置き換えることもでき、このフィルムは、適度に電導性のあるインクにより印刷されることによって、胸部および腹部領域（可能ならば、他の領域にも）に必要とされる歪みゲージセンサを提供するのみならず、基板４の位置においてパッチ２の全回路に対する基板としても作用することができる。後者の場合のフィルムは、分離されたストリップ形式の場合と同様に、多分伸びに対するよりも大きい範囲で曲げに対して応答するように構成されることが可能であり、フィルムが二重フィルムの積層された形態にある場合には、その応答は、層がともに対面して接着される方向を変更することによって、調整されることが可能である。
パッチ２はベスト１から取り外すことができ、電気回路を損傷することなく、ベスト１を洗濯することが可能となり、また、バッテリ20が上がったり、回路障害が生じた時に、容易に取り替えることができる。しかしながら、パッチ２は、もし必要ならば、永久的にベスト１に取り付けることもできるが、いずれにしても、ベスト１の外側でなく、内側に取り付けられる。代わりに、それを正確に配置させるだけでなく、それを少なくとも部分的に隠して、赤ん坊により取り外される可能性を少なくするために、たれ蓋の下か、あるいは、ポケットの中に設置するようにすることもできる。この方法によりパッチを設置するためのたれ蓋あるいはポケットを有するベストを用いた健康モニタリングシステムが、図６に例示されており、以下に説明する。
図６を参照すれば、この場合のベスト41は、図１のベスト１と同じ一般的な伸びる性質を持つものであるが、使用されるパッチ42は、前部にある部分的な開口44を覆っているたれ蓋43の下に挿入されている。この開口44は検知されることとなるベスト41内に生じる伸びにとっても有効なものであり、そして、パッチ42（上述したパッチ２と基本的には同等である）がこの開口44に跨がるたれ蓋43の下に挿入されている。パッチ42は、開口44の周りのベスト41の端縁に固着されている繊維のフック−小穴（fabric hook−and−eye）によって、取り付けられており、そして、たれ蓋43がそれを覆って閉じられる。その場合、そのたれ蓋43もまた、ベスト41および、可能ならば、パッチ42にも固着されている繊維のフック−小穴によって、そこに保持されている。
たれ蓋43には、パッチ42の絵柄46を見せ、かつ、ベスト41上のその配置を確実にするために、小窓45（小孔あるいは薄くされた部分の形態で）が設けられている。例示された実施例においては、絵柄46は宇宙人であり、小窓45はたれ蓋43の宇宙船を描いている絵柄47中に位置しており、そこで、パッチ42が正しく配置された時に、宇宙人の顔が宇宙船の小窓45から現れることとなる。

Claims (12)

1. 人間あるいは動物である対象物の生体信号をモニタリングするためのシステムであって、
   上記対象物に着せられるためのものであって、上記対象物の身体に密に適合するように、該身体の横方向および縦方向の両方向に伸びることのできる着衣の形態のベストと、
   上記対象物の胸部および腹部の両領域において、上記対象物の呼吸および心臓作用の少なくとも一方に関連する上記ベストの弾性的な歪みを検知するために、上記ベストに取り付けられた共通のキャリアにより携帯されるセンサと、および、
   上記対象物から遠隔して受信し、かつ、分析するために、上記検知された歪みに応じた信号を送信する手段と
   を有するシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   センサが、胸部および腹部のそれぞれにおいてベストの弾性的な歪みに応答するように、共通のキャリア上に配置された圧電センサを含んでいるシステム。
3. 請求項１あるいは請求項２に記載のシステムであって、
   対象物の体温に応答するために、共通のキャリアにより携帯される温度検知手段を有しており、そして、
   送信する手段により送信される信号が、上記温度検知手段の応答に依存する信号を含んでいるシステム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシステムにおいて、
   共通のキャリアが、対象物の胸部および腹部の領域に跨がるように、ベストに取り付けられているシステム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシステムにおいて、
   共通のキャリアがベストに取り外し自在に取り付けられたパッチであるシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、
   パッチが、ベストの繊維とフックファイバとの相互係合を含む繊維のファスナによって、該ベストに取り付けられているシステム。
7. 請求項５に記載のシステムにおいて、
   パッチが、ベストのたれ蓋の下およびポケットの中のいずれかにおいて、該ベストに取り付けられているシステム。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のシステムにおいて、
   パッチが布地の最上層を有する積層の形態であるシステム。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のシステムにおいて、
   送信する手段が、検知された歪みに依存する信号を電磁波送信するための手段であるシステム。
10. 請求項９に記載のシステムにおいて、
    送信する手段が共通のキャリアにより携帯されるシステム。
11. 請求項１乃至請求項３あるいは請求項９のいずれかに記載のシステムにおいて、
    遠隔して受信される送信信号が、胸部−腹部の動きの同期／非同期に依存する表示を与えるように、処理する手段を有するシステム。
12. 請求項１乃至請求項３あるいは請求項９あるいは請求項11のいずれかに記載のシステムであって、
    このシステムが赤ん坊の呼吸停止をモニタリングするために用いられるシステム。

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