JP5981718B2 - 呼吸モニタ及び監視方法 - Google Patents
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Description
を検出し、呼吸関連の運動が検出される。なぜなら加速度計は、重力の加速度ベクトル
に対する個別の加速度計30の方向における変化を一般にもたらすからである。加速度計30は、一定の加速度Gとして重力
を測定する。しかしながら、Gは、A=Gcos(φ)という関係に基づき、重力ベクトル
の角度に対する加速度計30の角度(φ)に依存する。ここで、Aは、加速度計30により測定される加速度であり、Gは、重力ベクトル
の大きさである。例えば呼吸が原因による胸部運動といった呼吸関連の運動は、加速度計30の方向φのゆっくりした及び一般に周期的な変化を引き起こす。これは、測定される加速度Aがゆっくり変化することを生じさせる。
に対する、個別の磁力計32の方向(又は、より一般に、一体的センサ20の方向)に関して感度が良い。地磁場ベクトル
の方向は、地球の表面上の位置と共に変化するが、(可能性として北又は南磁極の近くを除けば)重力ベクトル
に対して、常に一般に横断方向にある。加速度計30により出力される加速度計信号及び磁力計32により出力される磁力計信号の適切な処理は、一体的センサ20の方向に関係なく有効である呼吸関連の運動を示すセンサ信号の生成を可能にする。
及び地磁場ベクトル
の方向により規定される基準フレームに対して、3つの自由度(DOF)を持つ。センサ20のDOF方向は、地球に固定された基準座標フレームに対して表されることができる。この目的のため、センサ20は、3つの直交軸線を持つ、体に固定された座標フレームとして見られることができる。体座標フレームのx、y及びz軸が、ベクトル
により規定される基準座標フレームの対応する軸に対して並んでいる場合、センサ20が、基準姿勢をとったと言われる。
に基づき、瞬間的な姿勢及び時間平均化されたバージョンの姿勢から計算されることができる。ここで、
は、瞬間的な姿勢行列であり(上付きの
は、それが基準座標フレームに関して表されることを示す)、
は、時間平均化された姿勢の行列であり、及び
は、呼吸関連の運動が原因による方向変化である。上付きの
は、転置演算子を表す。これは、ユニタリ行列(回転行列を含むクラス)に関しては逆演算子と同じである。時間平均化された姿勢の行列は、姿勢行列の時間平均ではない。姿勢行列の係数の時間平均化は、もはや純粋な回転行列でない行列をもたらす。回転行列は、ユニタリ行列である。これは、その列が単位長を持ち、相互に直交することを意味する(これは、冗長度6をもたらす)。
が、時間平均化され、時間平均化された姿勢は、時間平均化された場ベクトルから決定される。この手法は、瞬間的な姿勢が瞬間的な場ベクトルから決定される方法に類似する。例えばWO/2006117731A1号を参照されたい。
の4元法は、時間平均化された4元法
をその長さで割ることにより見つけられることができ、
となる。呼吸関連の運動が原因による方向変化に対応する4元法
は、
から見つけられる。ここで、
は、瞬間的な姿勢を表す4元法であり、
は、4元法積演算子であり、
は、共役演算子である(単位長の4元法に関して、これは、逆演算子を置換することができる)。
及びその補数
(係数の否定)が同じ回転を表すということである。これは、連続したサンプリング瞬間にわたり4元法の不連続性を生じさせることができる。これらの不連続性を回避するため、4元法の符号を適切に変化させることができる。即ち、4元法
の第1の要素が負である場合、
とすることができる。そうでない場合、
とすることができる。こうして得られる信号は、その平均方向に対するセンサ20の瞬間的な回転角度を表わす。呼吸関連の運動に関しては、時間の関数として多かれ少なかれ周期的角度が予想される。
Claims (6)
- 呼吸モニタであって、
呼吸関連の運動及び呼吸関連の音を示すセンサ信号を生成するよう構成されるセンサと、
前記呼吸関連の運動を示す低周波信号を前記センサ信号から抽出するよう構成される第1のフィルタと、
前記呼吸関連の音を示す高周波信号を前記センサ信号から抽出するよう構成される第2のフィルタと、
前記低周波信号及び前記高周波信号が共に持つ呼吸を表す周期性に基づき、前記低周波信号及び前記高周波信号の相互相関から呼吸レート値を出力する呼吸モニタ信号を合成するよう構成される信号シンセサイザと、
前記高周波信号のエンベロープに対応するエンベロープ信号を生成するよう構成されるエンベロープフィルタ又は抽出器とを有し、
前記高周波信号が、前記エンベロープ信号に基づかれる、呼吸モニタ。 - 前記センサが、呼吸する被験者に取付けられるよう構成される少なくとも1つの加速度計を有する、請求項1に記載の呼吸モニタ。
- 前記少なくとも1つの加速度計が、1つの加速度計であり、
前記センサは更に、
前記加速度計に結合される磁力計であって、前記加速度計及び前記磁力計が共通の基板上にモノリシック的に一体化される、磁力計と、
前記加速度計により出力される加速度計信号及び前記磁力計により出力される磁力計信号に基づき、前記センサ信号を生成するよう構成される信号プロセッサとを有する、請求項2に記載の呼吸モニタ。 - 前記センサが、
加速度計と、
呼吸関連の運動に応じて前記加速度計と共に移動するよう構成される磁力計と、
前記加速度計により出力される加速度計信号及び前記磁力計により出力される磁力計信号に基づき、前記センサ信号を生成するよう構成される信号プロセッサとを有する、請求項1に記載の呼吸モニタ。 - 呼吸監視方法において、
呼吸関連の運動及び呼吸関連の音を示すセンサ信号を取得するステップと、
呼吸関連の運動を示す低周波信号を前記センサ信号から得るステップと、
呼吸関連の音を示す高周波信号を前記センサ信号から得るステップと、
前記低周波信号及び前記高周波信号が共に持つ呼吸を表す周期性に基づき、前記低周波信号及び前記高周波信号の相互相関から呼吸レート値を出力する呼吸モニタ信号を合成するステップとを有し、
前記高周波信号を得るステップが、
呼吸関連の音の周波数を含むフィルタリングされた信号を生成するため、前記センサ信号をフィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされた信号のエンベロープを抽出するステップとを有する、呼吸監視方法。 - 前記前記センサ信号を取得するステップが、加速度計信号を取得するステップを有する、請求項5に記載の呼吸監視方法。
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