JP5650765B2 - 姿勢を判定するための装置および方法 - Google Patents
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Description
例1に含み得る装置には、地球の重力場に対する装置のそれぞれ非平行な第1軸線、第2軸線、及び第3軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成された多次元姿勢センサと、キャリブレーション回路及び姿勢回路を含むプロセッサと、が含まれる。キャリブレーション回路は、対象が第1の特定姿勢にある状態のときに、装置の第1軸線に関する第1センサ出力と、装置の第2軸線及び第3軸線の内の一方に関する第2センサ出力とを測定し、対象が第2の特定姿勢にある状態のときに、装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線に関するセンサ出力を測定し、第1の特定姿勢からのセンサ出力を用いて1つ又は複数の座標変換を計算し、この座標変換を用いて第2姿勢に関するセンサ出力を変換し、第1センサ出力及び第2センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサをキャリブレーションするように構成し得る。姿勢回路は、姿勢センサを用いて対象の後続の姿勢を判定するように構成し得
る。
例10では、例1乃至9の何れか1つの内容にオプションとして含み得る第1姿勢は、直立姿勢であり、また、オプションとして含み得る第2姿勢は、第1姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない。
であるが完全な直立姿勢でない。
、第3方位角に関連した第3組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ヨー角に対応する第2組の行列成分を計算する段階が含まれる。
電極(環状電極125及び先端電極130等の電気接点)が含まれる。
あってよい。しかしながら、装置方位は、通常、理想的な方位にはない。
図5は、テイト・ブライアンのヨー角度、ピッチ角度、及びロール角度を示し、また、それらの角度を用いて、例えば、胸部に埋め込んだCFM装置の場合に、如何にして装置座標系から身体座標への回転又は変換を記述できるかを示す。身体上での装置の任意の座標回転は、3回の連続した回転によって決定できる。第1の回転は、患者が直立している場合に、上下方向(z)の身体軸線又は垂直の軸線を中心に可能である。図5において、この角度は、θyとして示されるヨー角であってよいことが分かる。
この第1の回転により、新しい回転したy軸であるy’が生じる。第2の回転は、このy’軸線を中心とし、ピッチ角と称し得る角度θpだけ回転する。即ち、
これら2回の回転によって、新しい回転したx軸であるx’’が生じる。第3の回転は
、このx’’軸を中心にして、ロール角と称し得る角度θrだけ回転する。即ち、
ピッチ角に対応するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、m13=au,Upright=sin(θp)であることが行列の形式から分かる。項「au,Upright」は、患者が直立姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。sin(θp)=au,Uprightならば、
必要とされる三角関数の関係は、
残りの演算対象は、ヨー回転に関連した2つの係数sy及びcyである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、第1姿勢に直交する第2姿勢を取る。例えば、第1位置は、直立姿勢であってよく、第2姿勢は、患者が自分の背中を下にして横たわる仰臥姿勢である。直立姿勢と同様に、仰臥姿勢に関する身体座標での重力ベクトルは[auavaw]T=[100]Tである。これによって下式に至る。即ち、
ヨー角、ピッチ角、及びロール角の1つ又は複数を実際に計算することなく計算でき、また、三角関数を計算することなく計算できる。
他の座標変換
身体内又は身体上における方位に関する装置をキャリブレーションする例では、まず直立姿勢を取り、次に仰臥姿勢を取る患者について述べた。仰臥姿勢で又は患者が自分の側部を下にして横たわって開始するなど、他のキャリブレーション操作も有用であり得る。時として、仰臥姿勢からキャリブレーション操作を始めて、直立姿勢でキャリブレーションを終了することが望ましい場合がある。これは、完全な直立姿勢から開始するキャリブレーション操作を繰り返すことが困難な場合があり得る。操作は、いずれの順番で実施してもよい。それは、どちらの操作が重力と完全に整合する必要があるか(即ち、完全な直立姿勢か又は完全な仰臥姿勢か)を選択させる2つの操作の処理の順番の選択である。
この第1回転は、新しい回転したy軸であるy’が生じる。第2回転は、このy’軸を中心に、角度θp’だけ行われ、これは、ロール角が小さい場合に、ピッチ角と同様な角度である。即ち、
これら2回の回転によって、新しい回転したz軸であるz’’が生じる。第3回転は、このz’’軸を中心にして、角度θy’だけ回転され、これは、ロール角が小さい場合に、ヨー角と同様な角度である。
2姿勢手動キャリブレーションを再度実施して、キャリブレーション行列を判定する。対象は、最初に、仰臥姿勢を取り、センサデータ[auavaw]Tが、搭載された装置から収集される。そして、対象は、第2姿勢を取り、対象が第2姿勢にある状態のときに、センサデータが収集される。仰臥姿勢の場合に、身体座標の重力ベクトルは、[auavaw]T=[100]Tである。この場合の行列式は、以下の通りである。
θp’に関連するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、m31=−sin(θp’)であって、sin(θp’)=−aw,Supineであることが行列の形式から分かる。項「aw,Supine」は、患者が仰臥姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。sin(θp’)=−aw,Supineであれば、
また、表記を簡素化すると、下式になる。
残りの演算対象は、θr’に関連した2つの係数、即ち、sr及びcrである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、直立姿勢(例えば、立位)を取る。直立姿勢に関する身体座標における重力ベクトルは、[auavaw]T=[001]Tであ
る。これによって、下式に至る。即ち、
ンサ出力は、au,Supineであってよい。別の例では、第1センサ出力は、aw,Supineであってよく、第3センサ出力は、aw,Uprightであってよい。
ブロック625では、キャリブレーションは、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。幾つかの例では、キャリブレーション行列が、姿勢を判定
するために用いられる。幾つかの例では、姿勢センサの出力は、1つ又は複数のしきい値と比較され、対象の姿勢又は概略の姿勢を判定する。
非直交キャリブレーション操作
時として、互いに直交する姿勢を用いなければならないことが、望ましくないことがある。幾つかの状況では、例えば、患者が座位呼吸をしており、横になることが困難な場合に、完全な横臥又は仰臥姿勢に患者を置くことは勧められないことがある。このことは、センサのキャリブレーションの実施を難しくすることがある。幾つかの状況では、患者が、完全に直立した状態で、完全に静止したままでいることは難しいことがある。このことは、キャリブレーションの不正確さに至ることがある。従って、キャリブレーションのために2つの互いに直交する姿勢を必要としないキャリブレーション行列の要素の成分に対する式があることが望ましい。
キャリブレーション操作に、患者が最初に直立姿勢であり、次に仰臥姿勢であることが含まれる例の場合に、同じ式が、ピッチ及びロール成分sp、cp、sy、及びcrに用いられ、異なる式が、ヨー成分sy及びcyに用いられるが、これによって、患者は、直立姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない第2姿勢とすることができる。
簡略化した表記で式(3)を書き直すと、下式になる。即ち、
x’、ay’、及びaz’が得られる。そして、変換後の出力ax’、ay’、及びaz’は、sy及びcyを計算するために用いられる。前のキャリブレーション方法では、au,Supineは、既に測定されていることに留意されたい。従って、このキャリブレーション方法では、av,Supine及びaw,Supineの2つだけの追加の測定値が必要である。
患者をまず仰臥姿勢に置き、次に直立姿勢に置くことによってキャリブレーションすることが望まれる場合に、同じ式が、ヨー及びピッチ成分sy、cy、sp、及びcpに用いられ、異なる式が、ロール成分sr及びcrに用いられるが、これによって、患者は、仰臥姿勢より直立姿勢であるが、完全な直立姿勢でない第2姿勢となることができる。
簡略化した表記で式(16)を書き直すと、下式になる。即ち、
は、au,lessthanUpright(直立姿勢未満)であってよい。
センサ1030が含まれる。呼吸センサの例は、わずかな呼吸容量又は1回呼吸量を測定するために用いられる経胸腔インピーダンスセンサである。経胸腔インピーダンスを測定する方法が、1998年2月27日に出願された、米国特許第6,076,015号、「経胸腔インピーダンスを用いた拍数適応可能な心律動管理装置」、ハートトレイ(Hartley)らによるに記載されており、これは、その全体を本明細書に参照することによって本願に組み込む。呼吸センサは、対象の呼吸を表す信号を提供する。プロセッサ1010は、呼吸信号を用いて、対象の1回呼吸量を計算する。トレンド回路1025は、対象の判定された姿勢に基づき、対象の1回呼吸量のトレンドを捉える。
上記詳細な説明には、詳細な説明の一部を構成する添付図面に対する参照が含まれる。図面は、例証として、本発明を実践し得る特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では、「例」とも称する。本文書において参照する全ての公報、特許、及び特許文書は、あたかも個別に引用・参照するかのように、それら全体を本明細書に引用・参照する。本文書とそのように引用・参照されたそれらの文書との間で整合性のない用法が生じた場合に、引用した参照の用法は、本文書の用法に対する補足であると見なし、相入れない不一致が生じた場合に、本文書の用法が優先する。
ためのコンピュータ判読可能命令を含み得る。コードは、コンピュータ・プログラム・プロダクトの一部を形成し得る。更に、コードは、実体のあるものとして、実行時又は他の時に、1つ又は複数の揮発性又は不揮発性コンピュータ判読可能媒体上に記憶することができる。これらのコンピュータ判読可能媒体としては、これらに限定するものではないが、ハードディスク、着脱可能な磁気ディスク、着脱可能な光ディスク(例えば、コンパクト・ディスク及びデジタル・ビデオ・ディスク)、磁気カセット、メモリカード又はスティック、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)等が挙げられる。
Claims (14)
- 多次元姿勢センサ(1005)と、
該姿勢センサに通信可能に結合されたプロセッサ(1010)と、
を含む装置であって、
前記多次元姿勢センサは、地球の重力場に対する前記装置のそれぞれ非平行な第1軸線、第2軸線、及び第3軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成されており、
前記プロセッサは、キャリブレーション回路(1015)と姿勢回路(1020)とを含み、
前記キャリブレーション回路(1015)は、
対象が第1の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第1軸線に関する第1センサ出力と、前記装置の第2軸線及び第3軸線の内の一方に関する第2センサ出力のみとを測定し、
前記対象が前記第1の特定姿勢と非直交となる姿勢である第2の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線の内の少なくとも1つに関するセンサ出力を測定し、
第1の特定姿勢からのセンサ出力に関する座標変換を計算し、
第1の特定姿勢からのセンサ出力を用いて第2の特定姿勢のセンサ出力に関する座標変換を計算し、
それらの座標変換と、第1センサ出力及び第2センサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、前記姿勢センサのキャリブレーションを行うように構成され、
前記姿勢回路(1020)は、
前記姿勢センサを用いて前記対象の後続の姿勢を判定するように構成されている装置。 - 前記キャリブレーション回路(1015)は、
第1センサ出力を用いて第1方位角に関連する第1座標変換を計算し、
第1センサ出力及び第2センサ出力を用いて第2方位角に関連する第2座標変換を計算し、
対象が第2の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線のそれぞれに関する第3センサ出力、第4センサ出力、及び第5センサ出力を測定し、
第1座標変換及び第2座標変換を用いて第3センサ出力、第4センサ出力、及び第5センサ出力を変換するように構成されている、請求項1に記載の装置。 - 第1方位角は、ピッチ角に対応し、第2方位角は、ロール角に対応し、第3方位角は、ヨー角に対応する、請求項2に記載の装置。
- 第1方位角は、ピッチ角に対応し、第2方位角は、ヨー角に対応し、第3方位角は、ロール角に対応する、請求項2に記載の装置。
- 前記キャリブレーション回路(1015)は、
第1センサ出力を用いて第1回転行列の要素を計算し、
第1センサ出力及び第2センサ出力を用いて第2回転行列の要素を計算し、
第1回転行列及び第2回転行列によって第3センサ出力、第4センサ出力、及び第5センサ出力を乗算して、該センサ出力を変換するように構成される、請求項1乃至4の何れか一項に記載の装置。 - 前記キャリブレーション回路(1015)は、キャリブレーション行列の要素を計算することによって、キャリブレーション変換を計算するように構成される、請求項1乃至5の何れか一項に記載の装置。
- 前記キャリブレーション回路(1015)は、
第1センサ出力を用いて第1方位角に関連した第1組の行列成分を計算し、
第1センサ出力と、第2センサ出力及び第3センサ出力の内の一方とを用いて第2方位角に関連した第2組の行列成分を計算し、
変換後のセンサ出力を用いて第3方位角に関連した第3組の行列成分を計算し、
第1組の行列成分、第2組の行列成分、及び第3組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算するように構成される、請求項1乃至6の何れか一項に記載の装置。 - 前記姿勢回路(1020)は、
前記姿勢センサの非平行な3つの軸線の各々に関するセンサ出力を受信し、
キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を変換し、
変換後のセンサ出力を特定のしきい値と比較して、対象の姿勢を判定するように構成される、請求項1乃至7の何れか一項に記載の装置。 - 第1の特定姿勢は、直立姿勢であり、また、第2の特定姿勢は、第1の特定姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない、請求項1乃至8の何れか一項に記載の装置。
- 第1の特定姿勢は、仰臥姿勢であり、また、第2の特定姿勢は、第1の特定姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でない、請求項1乃至8の何れか一項に記載の装置。
- 装置の動作を制御する方法において、該方法(600)は、
プロセスによって多次元姿勢センサに関するキャリブレーション変換を判定する段階であって、前記プロセスには、
対象が第1の特定姿勢にある状態のときに、装置の第1軸線に関する第1センサ出力と、前記装置の第2軸線及び第3軸線の内の一方に関する第2センサ出力のみとを測定する段階と、
前記対象が前記第1の特定姿勢と非直交となる姿勢である第2の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線の内の少なくとも1つに関するセンサ出力を測定する段階と、
第1の特定姿勢からのセンサ出力に関する座標変換を計算する段階と、
第1の特定姿勢からのセンサ出力を用いて第2の特定姿勢のセンサ出力に関する座標変換を計算する段階と、
それらの座標変換と、第1センサ出力及び第2センサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサのキャリブレーションを行う段階と、が含まれるキャリブレーション変換を判定する段階と、
キャリブレーションを用いて後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階と、
が含まれる方法。 - 対象が第2の特定姿勢にある状態のときに測定する段階には、対象が、第1の特定姿勢と非直交となる第2の特定姿勢にある状態のときに測定する段階が含まれる、請求項11に記載の方法。
- 第1の特定姿勢からのセンサ出力を用いて1つ又は複数の座標変換を計算する段階には、
第1センサ出力を用いて第1方位角に関連する第1座標変換を計算する段階と、
第1センサ出力及び第2センサ出力を用いて第2方位角に関連する第2座標変換を計算する段階と、が含まれ、
前記装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線に関するセンサ出力を測定する段階には、前記対象が第2の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第1軸線、第2軸線、及び第3軸線のそれぞれに関する第3センサ出力、第4センサ出力、及び第5センサ出力を測定する段階が含まれ、
出力を変換する段階には、第1座標変換及び第2座標変換を用いて第3センサ出力、第4センサ出力、及び第5センサ出力を変換する段階が含まれる、請求項11又は12に記載の方法。 - キャリブレーション変換を計算する段階には、キャリブレーション行列の要素を計算する段階が含まれ、また、キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、キャリブレーション行列を用いて後続のセンサ出力から後続の対象の姿勢を判定する段階が含まれる、請求項11乃至13の何れか一項に記載の方法。
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