JP5872559B2 - 被験者の呼吸活動をモニタする方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、臨床応用、車両の運転者や乗客の生理的状態をモニタするシステム、被験者のリラクゼーションを制御するバイオフィードバックシステムなどにおける被験者の呼吸活動のモニタの分野に関する。

特許文献１は、ドップラーシフト信号を抽出できる信号を受け取るように構成されたレーザー型生理的運動センサを開示している。ドップラーシフト信号は、デジタル化され、処理されて一又は複数の被験者における心肺の動きに関する情報を抽出する。この情報には、呼吸数、頻拍数、呼吸又は心拍による波形、到着方向、呼吸異常などが含まれる。抽出された情報はディスプレイに表示される。

ドップラーレーダーセンサによる呼吸数モニタリングに対する他のアプローチが非特許文献１に記載されている。

様々なアプリケーションにおいて被験者の呼吸活動をモニタするモニタリングシステムが知られている。例えば、集中治療の場合、かかるアプリケーションを用いて患者の呼吸活動をモニタする。他のアプリケーションは、被験者が眠りに落ちるのを支援するよう呼吸エクササイズの誘導に基づくバイオフィードバックシステムである。さらに、呼吸活動をモニタする方法と装置のさらに別のアプリケーションは、車両の運転者の眠気の早期検知である。こうしたアプリケーションではすべて、センサを用いて、関心被験者の呼吸活動を表すセンサ信号を取得する。この信号は、システムによりさらに処理されて解釈される。

呼吸の努力をモニタする測定原理は、胸部誘導プレチスモグラフィーである。これは、被験者の胸部の周りにバンドを取り付け、呼吸による胸部の断面積の変化をモニタするものである。このいわゆるレスピバンド（respiband）は医療アプリケーションで一般的に使われているが、上記のバイオフィードバックシステムや運転者モニタシステムなどのコンシューマ製品では受け入れられない。ユーザにとってバンドの装着が不便であり、面倒であり、受け入れられないからである。このため、非接触法が好ましい。ドップラーレーダー原理に基づくレーダーセンサなどの非接触センサの配列を有するセンサベースのモニタリングシステムがある。各センサは、ある時間にわたり、オブジェクトのセンサからの距離の変化を検出できる。その動作原理のため、ドップラーレーダーセンサを用いて呼吸に関連する胸部の動きを検出することができる。ドップラーレーダーセンサは、容易に、家具に組み込んだり、自動車のシートやハンドルなどの自動車設備に組み込んだりできる。例えば、運転者の眠気の早期検知する上記のアプリケーションでは、ドップラーレーダーセンサの配列を運転者シートのバックレストに組み込むことができる。かかる配列により、呼吸活動の非接触での信頼できるモニタリングが可能になる。

周知の誘導プレチスモグラフィー法を使用すると、上記の通り、信号処理は多くの経験に基づき行えるが、ドップラーレーダーセンサを用いて呼吸活動を非接触でモニタする方法は、このような経験がないため、より困難である。この場合、重要な問題は、レスピバンド測定のために開発されたアルゴリズムが、簡単には、ドップラーレーダーセンサ測定に転用できず、同じ信頼性を有する処理結果を提供するアルゴリズムを開発しなければならないことである。一般的に、ドップラーレーダー測定の分野に、誘導又は抵抗測定などの周知の測定手法に上記の経験を適用することが望ましい。

米国特許出願公開第２０１０／０１５２６００Ａ１号明細書

Muehlsteff. J. et al. (2009)「Comparison of Respiration Rate Monitoring with a Low-cost Dopplier-Rader Sensor and Inductive Thorax-Plethysmography」（World Congress on Medical Physics and Bio-medical Engineering, September 7-12, 2009, Munich, Germany, in IFMBE Proceedings, Springer, 2009, Volumne 25/7, pages 768-771）

本発明の一目的は、誘導プレチスモグラフィーの分野ですでにテスト済みの基本的信号処理手法を用いることができるドップラーレーダーセンサを利用して、被験者の呼吸活動をモニタする方法を提供し、非接触モニタリングシステムの開発を単純化し、信頼性の高い処理結果を提供することである。

本発明の他の一目的は、上記の原理により動作する、被験者の呼吸活動をモニタする装置を提供することである。

この目的は、請求項１による被験者の呼吸活動をモニタする方法により、及び請求項９の装置により、達成できる。

本発明による方法では、被験者の呼吸活動を表す少なくとも一のドップラーレーダーセンサのセンサ信号Ｄ（ｔ）を取得する。周知のドップラー原理により、電磁波は、胸壁で反射され、被験者の呼吸により胸壁が動いていれば、ドップラー周波数シフトされる。それゆえ、受信信号は胸部の動きに関する情報を含む。

このセンサ信号Ｄ（ｔ）は、いわゆる変換信号Ｓ（ｔ）に変換される。Ｓ（ｔ）は

の級数である。すなわち、変換信号Ｓ（ｔ）は元のセンサ信号Ｄ（ｔ）のべき乗を表す項の、定数係数ａ_ｋをかけた和を表す。好適に選択した数ｍに対して、一セットのａ_ｋ、ｋ＝０−ｍを決定できる。結果の変換信号Ｓ（ｔ）はさらに処理できる。

上記の式（１）により、元のセンサ信号Ｄ（ｔ）は、同じ条件下で同じ被験者で測定した対応する誘導プレチスモグラフィック信号の推定を表す変換信号Ｓ（ｔ）に変換される。しかし、変換信号Ｓ（ｔ）は、ドップラーレーダーセンサを使用せずに、周知の信号処理方法で、特に、レスピバンドにより誘導プレチスモグラフィック信号を測定するのと同じアルゴリズムで取り扱えるという利点を有する。

ドップラーレーダー信号Ｄ（ｔ）と推定プレチスモグラフィック信号Ｓ（ｔ）との間の式（１）による数学的関係は、次の導出に基づく。

人間の胸部は人工的トルソモデルで記述できる。胸部は円筒形であると仮定され、胸部の半径はすべての方向で均一に呼吸により変化する。胸囲に伸びるレスピバンドの信号は

により表される。

この式（２）では、Ｒ（ｔ）は胸部の半径であり、これは基準半径Ｒ０と時間的変化項ΔＲ（ｔ）に分かれている。ここで、長さＬは一定であると仮定する。

他方、ドップラーレーダーセンサにより取得されるドップラーレーダー信号は、次の式（３）

によると、センサと被験者との間の距離ΔＲ（ｔ）に比例する。

レーダーベースの測定信号Ｄ（ｔ）をＳ（ｔ）に変換するため、上記の式（３）によるＤ（ｔ）を式（２）に挿入すると

となる。

この表現は３つの項の和として書ける

。

人間のトルソは通常は円筒形ではないから、上記の式（５）は

に一般化できる。

すなわち、上記の式（１）は、上記の考察で仮定された単純化トルソモデルの一般化を表す。

ａ_ｋは所定の定係数のセットであり、個々の被験者に対して特有なものである。かかるａ_ｋのセットは、プレチスモグラフィック信号とドップラーレーダーセンサ信号を同時に測定し、ａ_ｋのセットをこの測定から求めるキャリブレーション手順で取得できる。数ｍは任意に選んで良い。

モニタリングする被験者に対してａ_ｋのセットを決定すると、ドップラーレーダーセンサ信号Ｄ（ｔ）から変換と、誘導プレチスモグラフィック信号に適用可能な信号処理方法により処理により、推定変換信号Ｓ（ｔ）を決定できる。言い換えると、推定変換信号Ｓ（ｔ）は、レスピバンドで取得した元の呼吸信号のように取り扱われる。

本発明の好ましい一実施形態によると、係数ａ_ｋのセットはルックアップテーブルから取られる。

この場合、測定が始まった時に、係数ａ_ｋのセットがあり、例えば、好適な記憶部から取り、測定センサ信号Ｄ（ｔ）を変換信号Ｓ（ｔ）に変換して、さらに処理することができる。

他の好ましい一実施形態では、ルックアップテーブルは係数ａ_ｋの異なる複数のセットを含む。

個々の被験者に対して特有のａ_ｋのセットを用いるので、ａ_ｋの各セットは複数のセットから選択して、モニタする被験者にマッチしたものを選択しなければならない。

好ましくは、この被験者は識別され、対応する係数ａｋのセットは、識別の結果に応じて、係数ａ_ｋの複数のセットから選択される。この識別は、モニタリングシステムにより自動的に行われても、ユーザに識別情報をシステムに入力させてもよい。この情報により、ａ_ｋのセットがルックアップテーブルから選択される。あるいは、識別の結果が否定的である場合、すなわち、マッチするａ_ｋのセットが見つからない場合、ａ_ｋのデフォルトのセットを選択して、さらに処理してもよい。

本発明の好ましい他の一実施形態では、個々の被験者の係数ａ_ｋのセットはキャリブレーションステップで取得され、前記キャリブレーションステップは、ある時間にわたり前記被験者の呼吸に関するプレチスモグラフィック信号Ｓ’（ｔ）を測定するステップと、前記時間にわたり前記被験者の胸部の動きに関するセンサ信号Ｄ（ｔ）を測定するステップと、関係

によりＳ’（ｔ）とＤ（ｔ）とから係数ａ_ｋのセットを決定するステップとを有する。

このキャリブレーションプロセスは、例えば、修理工場や自動車販売店の店舗で行える。係数ａ_ｋの決定は、レスピバンドとレーダーセットアップによる同時測定からのデータの標準的信号処理方式により行える。

本発明の好ましい一実施形態によると、Ｄ（ｔ）はｎ個のセンサからのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎの和である。

２個以上のドップラーレーダーセンサがある場合、すべてのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）は共通センサ信号Ｄ（ｔ）にサマライズされ、式（１）によりさらに処理され、すなわち、変換信号Ｓ（ｔ）にさらに変換される。この場合、個別の一被験者には、定数係数ａ_ｋの一セットが必要である。

すべてのドップラーレーダーセンサの和を構成することにより、被験者の呼吸における不規則性が、ドップラーレーダーセンサのみを用いる場合より、モニタリングシステムにより容易に検知することができるという利点がある。一般的に、複数のセンサが、呼吸活動中に、胸部の可動部分をカバーするエリアを表す測定エリアに分布している。単純化した例では、胸と腹の動きは異なるセンサにより測定される。例えば、あくびなどの不規則性は、一センサによってのみ測定され、この不規則性は他のセンサでは見逃されることがある。しかし、両方のセンサ信号を足し合わせると、その不規則性はその和信号にも現れる。パターン検出アルゴリズムを利用して、和信号において呼吸プロセス中の不規則性を見つけることができる。

本発明の好ましい他の一実施形態では、複数のセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎをｎ個のセンサから取得し、係数ａ_ｋの一セットを前記ｎ個のセンサの各センサに対して決定する。

この場合、変換信号は、係数ａ_ｋｉの各セットを利用して、各センサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）に対して個別に決定でき、推定変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）が各センサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）に対応して存在する。各センサの係数ａ_ｋｉのセットは、上記の通り、キャリブレーション手順において個別に決定しなければならない。

好ましくは、

により各センサｉに対して一変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）を求め、合計変換信号
（外１）

を前記センサの変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）の和

として計算する。

これは、変換信号の和が、元の各ドップラーレーダーセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）から求められた変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）から構成されることを意味する。

本発明による、被験者の呼吸活動をモニタする対応するシステムは、被験者の呼吸活動を表すセンサ信号Ｄ（ｔ）を取得する少なくとも一のドップラーレーダーセンサと、前記センサ信号Ｄ（ｔ）を変換信号Ｓ（ｔ）に変換する信号変換部であって、Ｓ（ｔ）は

による級数であり、ａ_ｋは所定の定数係数のセットである信号変換部と、所定の定数係数のセットａ_ｋを記憶する記憶部と、前記変換信号Ｓ（ｔ）を処理する処理部とを有する。

好ましくは、このシステムは、さらに、測定レンジ内の異なる複数の位置に配置された複数のドップラーレーダーセンサを有する。

この測定レンジは、一般的に、呼吸運動中に動く胸部のエリアに対応する。例えば、一センサは胸領域に設けられ、他のセンサは腹領域に配置され、各センサが呼吸運動中の異なる動きを測定するようにする。これにより、他の領域は通常の呼吸活動を示すが、一胸部領域での動きのみに関する呼吸の不規則性を測定する確率が高くなる。

このシステムの好ましい他の一実施形態では、前記センサ変換部は、各センサｉのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）を変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）に変換し、得られた変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）を合計して合計変換信号
（外２）

を求める。

他の好ましい一実施形態では、前記センサ変換部は、前記センサのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）を合計して合計Ｄ（ｔ）を求め、前記合計信号Ｄ（ｔ）を変換して変換信号Ｓ（ｔ）を求める。この変換は、既述の本発明による規則により、実行できる。すなわち、サマリー信号Ｄ（ｔ）を式（１）によるべき級数に変換して、これらの項の和が変換信号Ｓ（ｔ）により表されるようにする。

本発明の上記その他の態様を、以下に説明する実施形態を参照して明らかにし、説明する。
本発明の第１の実施形態によるセンサベースのモニタリングシステムを示す図である。 本発明による方法の一実施形態を示すフロー図である。 本発明の方法によるキャリブレーティングステップを示す他のフロー図である。 本発明の第２の実施形態による他のセンサベースのモニタリングシステムを示す図である。

図１は、車両の運転者シート１２にいる運転者など、被験者の呼吸活動をモニタリングするシステム１０を示す。あるいは、シート又はチェアは、それを用いる人のリラクゼーションをモニタリング又は制御するバイオフィードバックシステムの一部である。システムは、シートやチェアの代わりに、マットレスを有していてもよい。かかる一実施形態は、図４を参照してより詳しく説明する。センサ１８の配列１６がシート１２に組み込まれており、シート１２のバックレスと１４の後側にある。このセンサは、被験者の呼吸活動をモニタするドップラーレーダーセンサである。各センサ１８は、被験者の胸部の所定エリアに対応する画定された測定レンジを有する。例えば、配列１６の上部センサ１８は、被験者の胸エリアをモニタし、下部センサ１８は腹部の動きをモニタするように構成されている。ドップラー原理により、センサ１８により放射された電磁波は、胸壁で反射され、被験者の呼吸により胸壁が動いていれば、ドップラー周波数シフトされる。それゆえ、センサ１８により受信される信号は、胸部の動きに関する情報を含む。

システム１０は、ドップラーレーダーセンサ１８により取得されたセンサ信号を受け取るセンサ変換部２０をさらに有する。このセンサ変換部２０は、配列１６中のセンサ１８の一部のみをアクティブにするようにセンサ１８を制御する制御機能をさらに有する。よって、変換部２０は、信号変換タスクのためだけでなく、以下に説明するように、さらに機能を有していても良い。

信号変換部２０は、センサ１８のセンサ信号Ｄ（ｔ）を受信すると、後でさらに説明するように、このセンサ信号Ｄ（ｔ）は変換信号Ｓ（ｔ）に変換される。変換は、結果として得られる変換信号Ｓ（ｔ）が誘導プレチスモグラフィーが個々のプレチスモグラフィーから求めた信号、すなわち呼吸運動中に胸囲の変化を測定するレスピバンド測定のように処理できるように行われる。既存の信号処理方法は、推定プレチスモグラフィック信号として処理される、かかる変換後信号Ｓ（ｔ）に容易に適用できる。

この情報に必要な係数ａ_ｋのセットは、信号変換部２０と通信できる記憶部２２に記憶されている。所定の定係数ａ_ｋの各セットは、ここの被験者に対して特有なものである。被験者ごとに、係数ａ_ｋの複数のセットを記憶部２２に記憶する。

変換信号Ｓ（ｔ）が一旦決定されると、その変換信号を不規則性を考慮して分析する処理部２４でさらに処理される。かかる不規則性は被験者のあくびであるかも知れず、センサ１８のうちの一センサの少なくとも一センサ信号のパターン内に明確に現れる。かかる不規則性が見つかったら、その人がシートに座ってリラックスしていることと取られる。シートが車両の運転者のシートである場合、あくびは関心運転者の危険な状態を示すものと考えられ、フィードバック信号が運転者に与えられる。同様に、シートが、ユーザがリラックスする支援をするバイオフィードバックシステムの一部である場合、フィードバック信号がユーザに与えられる。シートが運転席である場合、ある不規則性を示す信号は、処理部２４により出力され、バスシステムを介して送信される。車両の場合、このバスシステムは、例えば、自動車のＣＡＮバス２６であっても良い。他のアプリケーションでは、シート又はチェアは（有線又は無線の）ローカルエリアネットワークに接続されていてもよい。処理部は、バスシステム又はネットワークを介して、ユーザにフィードバック信号を生成するように構成された他のハードウェア部に接続されていてもよい。この信号は、例えば、オーディオ及び／又はビデオ信号である。

留意点として、図１のモニタリングシステム１０の例は、被験者の呼吸活動のモニタリングの一アプリケーションに過ぎない。さらに、信号変換部２０と処理部２４を有するシステム１０のアーキテクチャは、一例と考えねばならない。変換機能と、さらに別の処理機能とは、一ハードウェア部により実行されてもよく、これらのタスクの２つの動作部２０、２４への分割は、単に説明をするためのものである。さらに別の一例では、異なる動作部２２、２４、２６は、バスシステムを介して、又はネットワーク２６自体を介して、接続されている。

図１のモニタリングシステム１０を用いて被験者の呼吸活動をモニタする方法の一実施形態を、図２のフロー図を参照して、以下に説明する。

第１に、ステップ１００において、ユーザを、モニタする被験者として識別する。この識別は、被験者の特徴を検出することにより、又はシステム１０へのユーザＩＤの入力により、システムにより自動的に行われる。運転者（被験者）が識別されると、その識別結果に応じて、一セットの係数ａ_ｋが記憶部２２から読み出される（ステップ１１０）。通常、複数セットの係数ａ_ｋが記憶部２２内のルックアップテーブル内に記憶され、そのうちの一セットが識別結果に応じて選択される。

被験者の識別ができなければ、すなわち、識別ステップ１００の結果が否定的であり、被験者に一致する個人の係数セットａ_ｋがルックアップテーブル内に無ければ、係数ａ_ｋのデフォルト（標準的）セットをルックアップテーブルから読み出し、これに基づいてその後の処理を行う。

変換に必要なこの係数ａ_ｋの組の意味は以下に説明する。

さらに別のステップ１２０において、被験者の呼吸活動を表すセンサ信号Ｄ（ｔ）を、センサ１８から取得する。ドップラーレーダーセンサのセンサ信号Ｄ（ｔ）は、センサと被験者（すなわち、電磁波が反射されセンサに戻される胸壁）との間の距離に比例する。センサ信号の処理を簡単にするため、元のセンサ信号は変換ステップ１３０において、次式

により変換信号Ｓ（ｔ）に変換される。

これは、変換信号Ｓ（ｔ）は複数の項の和で構成され、各項は元のセンサ信号Ｄ（ｔ）のべき乗に係数ａ_ｋをかけたものであることを意味する。数ｍは好きに選んで良い。ａ_ｋ、ｋ＝０．．．ｍは、前述のステップ１１０でルックアップテーブルから取った係数を表す。

この変換信号Ｓ（ｔ）は、レスピバンドなどから取得した信号として扱える、推定されたプレチスモグラフィック信号を表す。かかるレスピバンド信号に適用できる信号処理方法を、処理ステップ１４０での変換信号Ｓ（ｔ）の処理にさらに用いる。しかし、変換信号Ｓ（ｔ）は、抵抗測定に適用できる信号処理方法で、処理できる。これらの方法で取得した信号も、数学的にべき級数に展開できるからである。

ユーザ識別ステップ１００と、その後のルックアップテーブルから係数を読み出すステップ１１０は、プロセス全体の初期化手順１５０を表し、持続的モニタリングルーチン１６０では、以下のステップ１２０、１３０、及び１４０が続けて実行（及び繰り返し）される。すなわち、被験者のモニタリング中、信号を取得し、取得した信号をすぐに変換し、変換信号をさらに処理する持続的プロセスがある。

図１に示したように、複数のセンサ１８がある場合、元のセンサ信号Ｄ（ｔ）を処理する異なる複数の可能性がある。一可能性は、ｎ個のセンサからのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎを合計して、上記のように和Ｄ（ｔ）を処理する。これは、すべてのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）の和を、１つの共通センサ信号Ｄ（ｔ）のように扱うことを意味する。変換信号Ｓ（ｔ）への変換の場合、１人の被験者に対して一セットの係数ａ_ｋのみが必要である。

複数のセンサ１８を用いることにより、センサ１８の各センサが配列１６内の異なる位置に配置できるという利点がある。例えば、他のセンサ１８がまったく不規則性を検出しなくても、呼吸リズムの不規則性を一センサ１８で検出できる。しかし、これらのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）の和Ｄ（ｔ）には、不規則性がある。不規則性の典型例は、一センサのセンサ信号中に現れるが、他のセンサのセンサ信号では検出できないあくびパターンである。

ｎ個のセンサのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎを取り扱うその他の可能性としては、各センサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）を対応する変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎに変換し、Ｎ個の変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）があるようにすることである。各変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）は次式

で計算される。

明らかに、この場合、各センサに対して係数ａ_ｋｉのセットが必要である。

（変換ステップ１３０で得られる）異なる変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）は、センサの変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）の和を計算する次式

で合計される。

この合計変換信号
（外３）

は、信号処理アルゴリズムでさらに処理され（ステップ１４０）、推定プレチスモグラフィック信号として扱われる。

所定の定数係数ａ_ｋのセットを求めるため、図３のフロー図に示したキャリブレーションステップを実行する。

このキャリブレーションステップにおいて、ある時間にわたり、プレチスモグラフィック信号Ｓ’（ｔ）を測定する。かかる信号Ｓ’（ｔ）は、レスピバンド測定により得られ、被験者の胸部ボリュームに関連する（ステップ２００）。同時に、被験者の胸部の動きに関するドップラーレーダーセンサ信号Ｄ（ｔ）を測定する（ステップ２２０）。両方の測定から、係数ａ_ｋは、最先端の統計的方法に基づき、次のステップ２３０において、次の式

により計算される。

ユーザは、ユーザＩＤを入力するよう要求され（ステップ２４０）、係数ａ_ｋのセットはルックアップテーブル内にユーザ識別データとともに記憶される（ステップ２５０）。

選択された設定により、各センサ１８に対して係数ａ_ｋを決定でき、キャリブレーションステップにおいて、センサ全体に対して係数ａ_ｋが決定され、ユーザＩＤとともに記憶される。車両での利用の場合、これは自動車管理システムに記憶される。例えばシステムが家庭でリラクゼーションシステムとして用いられる場合、図４を参照してより詳細に説明するように、ローカルに、又は他のモジュールに、又はホームネットワークに接続されたコンピュータに記憶できる。図１に示したように、バス又はネットワーク２６を介して、係数ａ_ｋのセットとユーザ識別データとを含むすべてのデータを通信することが可能である。

本発明を、レスピバンドを用いて誘導プレチスモグラフィーにより得られる信号の推定に対応した変換信号を生成するものとして説明したが、変換信号を他の方法で取得した推定信号と解釈することも可能である。例えば、被験者の胸囲の抵抗測定は変換信号により推定できる。抵抗測定信号もドップラーレーダー信号情報を含む級数によりシミュレーションできるからである。この点、他の測定方法を使うこともできる。

図４は、本発明による被験者３２の呼吸活動をモニタするシステム３０の他の一実施形態を示す図である。このシステム３０は、マットレスを含み、センサ１８の配列が組み込まれ、そのマットレス３４の上面に横臥した被験者３２をモニタする。システム３０は、さらに、信号変換部２０と処理部２４と、及び記憶部２２を有する。センサ１８、信号変換部２０、処理部２４、及び記憶部２２の動作原理は、図１を参照して説明したのと基本的には同様であり、説明を簡略にするため、ここでは省略する。図４の実施形態では、処理部２４は出力部３６と通信し、処理部２４からコマンドを受信した場合、被験者３２が知覚できるオーディオ及び／又はビデオフィードバック信号を生成する。かかるフィードバックシステムは、呼吸リズムのペースを調整することにより、すなわち、現在測定している呼吸に対する知覚可能なフィードバックを与えることにより、被験者３２がリラックスするのを支援する。さらに、マットレス３４にセンサ１８が組み込まれた同様のシステム３０を用いて、臨床で患者をモニタすることができる。

本発明を、図面と上記の説明に詳しく示し説明したが、かかる例示と説明は例であり限定ではなく、本発明は開示した実施形態には限定されない。請求項に記載した発明を実施する際、図面、本開示、及び添付した特許請求の範囲を研究して、開示した実施形態のその他のバリエーションを、当業者は理解して実施することができるであろう。 請求項において、「有する（comprising）」という用語は他の要素やステップを排除するものではなく、「１つの（"a" or "an"）」という表現は複数ある場合を排除するものではない。相異なる従属クレームに手段が記載されているからといって、その手段を組み合わせて有利に使用することができないということではない。請求項に含まれる参照符号は、その請求項の範囲を限定するものと解してはならない。

Claims (14)

1. 被験者の呼吸活動をモニタする方法であって、
   被験者の呼吸活動を表す少なくとも一のドップラーレーダーセンサのセンサ信号Ｄ（ｔ）を取得するステップと、
   前記センサ信号Ｄ（ｔ）を、前記センサ信号Ｄ（ｔ）と同じ条件下で同じ被験者で測定した対応する誘導プレチスモグラフィック信号の推定を表す信号である変換信号Ｓ（ｔ）に変換するステップと、
   前記変換信号Ｓ（ｔ）を処理するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 前記変換信号Ｓ（ｔ）は
   

   

   による級数であり、係数ａ _ｋ は所定の定数係数のセットである、請求項１に記載の方法。
3. 前記係数ａ_ｋのセットはルックアップテーブルから取られることを特徴とする、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記ルックアップテーブルは係数ａ_ｋの異なる複数のセットを含むことを特徴とする、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記被験者は識別され、対応する係数ａ_ｋのセットは、前記識別の結果に応じて、前記係数ａ_ｋの複数のセットから選択されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 個々の被験者の係数ａ_ｋのセットはキャリブレーションステップで取得され、前記キャリブレーションステップは、
   ある時間にわたり前記被験者の胸部ボリュームに関する信号Ｓ’（ｔ）を測定するステップと、
   前記時間にわたり前記被験者の胸部の動きに関するセンサ信号Ｄ（ｔ）を測定するステップと、
   関係
   

   

   によりＳ’（ｔ）とＤ（ｔ）とから係数ａ_ｋのセットを決定するステップとを有することを特徴とする、
   請求項２乃至５いずれか一項に記載の方法。
7. Ｄ（ｔ）はｎ個のセンサからのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎの和であることを特徴とする、請求項２乃至６いずれか一項に記載の方法。
8. 複数のセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）、ｉ＝１−ｎをｎ個のセンサから取得し、
   係数ａ_ｋの一セットを前記ｎ個のセンサの各センサに対して決定することを特徴とする、
   請求項２乃至６いずれか一項に記載の方法。
9. 

   により各センサｉに対して一変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）を求め、
   合計変換信号
   （外１）
   

   

   を前記センサの変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）の和
   

   

   として計算することを特徴とする、
   請求項８に記載の方法。
10. 被験者の呼吸活動をモニタするシステムであって、
    被験者の呼吸活動を表すセンサ信号Ｄ（ｔ）を取得する少なくとも一のドップラーレーダーセンサと、
    前記センサ信号Ｄ（ｔ）を、前記センサ信号Ｄ（ｔ）と同じ条件下で同じ被験者で測定した対応する誘導プレチスモグラフィック信号の推定を表す信号である変換信号Ｓ（ｔ）に変換する信号変換部と、
    前記変換信号Ｓ（ｔ）を記憶する記憶部と、
    前記変換信号Ｓ（ｔ）を処理する処理部とを有することを特徴とするシステム。
11. 前記変換信号Ｓ（ｔ）は
    

    

    による級数であり、係数ａ _ｋ は所定の定数係数のセットである、請求項１０に記載のシステム。
12. 測定レンジ内の異なる複数の位置に配置された複数のドップラーレーダーセンサを有す
    ることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記信号変換部は、各センサｉのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）を変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）に変換し、得られた変換信号Ｓ_ｉ（ｔ）を合計して合計変換信号
    （外２）
    

    

    を求めることを特徴とする、
    請求項１２に記載のシステム。
14. 前記信号変換部は、前記ドップラーレーダーセンサのセンサ信号Ｄ_ｉ（ｔ）を合計して合計信号Ｄ（ｔ）を求め、前記合計信号Ｄ（ｔ）を変換して変換信号Ｓ（ｔ）を求めることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。

Images