JP6073919B2 - ユーザの圧受容器反射をモニタリングする方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの圧受容器反射の表示を提供する方法及び装置に関し、特に非侵襲的及び無接触な測定を利用してユーザの圧受容器反射の表示を提供可能な方法及び装置を提供する。

人間が仰向けの姿勢から着席又は起立の姿勢に動くとき、腹部及び脚における血液の貯留が重力により生じ、これは心臓への静脈の戻りの低下を生じさせ、心拍出量及び脳灌流を減少させる。通常、圧受容器（頸動脈及び大動脈の壁における圧力センサ）が、血圧の低下を検知し、以降に交感神経系を刺激し、毎分約１０〜３０回の脈拍の心拍の一時的な増加を生じさせる。心拍の一時的な増加により、心拍出量及び脳灌流は通常レベルに留まる。しかしながら、当該圧受容器反射の感度（圧反射とも呼ばれる）が低下すると、血圧の異常な変化と、仰向けの姿勢から起立の姿勢に動くときの心拍の一時的な増加の減少又は欠落が発生する。この場合、血圧及び脳灌流は、仰向けの姿勢から着席又は起立の姿勢に動くと有意に低下し、これは、素早く起立した後に、人にめまいを感じさせたり、失神させたり、又は気絶させたりしうる。

圧受容器反射及び起立直後の血圧を維持するための能力は年齢と共に低下し、立ちくらみ、混乱、吐き気及び失神を含む症状を生じさせる。しかしながら、この起立不耐症はまた無症候性である可能性がある。仰向け又は臥位の姿勢から着席及び／又は起立の姿勢に動くときの心拍の変化を常にモニタリングすることが可能であることが望ましい。これは、起立のための自然状態下の圧受容器反射のトレンドの解析を可能にするためである。圧受容器反射及び起立不耐症のトレンドモニタリングは、糖尿病や心不全などの原因となる（慢性的）病気を診断する際に医療専門家に役立つと考えられる。医療専門家による圧受容器反射の低下のタイムリな検出は、治療介入を実現し、気絶や失神を防ぐことが可能である。さらに、圧受容器反射のトレンドのモニタリングは、食塩水の摂取、ベータブロッカ及び降圧剤などの起立不耐性を改善又は悪化させると知られる栄養素及び薬品の効果を評価するのに利用可能である。

圧受容器反射の低下は、血圧、心拍及び呼吸レートが連続的にモニタリングされている間の各種起立性ストレステストを利用して、医療専門家によって評価されてもよい。このようなテストは、起立、ヘッドアップライトティルト（ＨＵＴ）テーブルテスト、及び下半身陰圧の利用を含む。しかしながら、このようなテストは、医療施設への訪問を必要とし、一般に日常ベースで実行されず、標準化されず、結果はしばしば再現的でない。さらに、ＨＵＴなどの起立性ストレステストは、患者の傾きが起立した人の実世界のシナリオに似ていないために不自然である。さらに、テストは、１日の間のある時点のある時間（１５分間など）におけるティルトテーブルに休んだ人を考慮し、起床時などの午前の定期的な時間のルーチンベースにおける起立性不耐症を評価することが好ましい。最後に、起立性ストレステストは明らかに妨害的なものであり、当該手続における（精神的）ストレスがテスト結果に影響を与える。

人は血圧計カフ及び心拍モニタを利用して着席又は仰向けのポジションから起立したとき血圧及び心拍を測定するセルフテストを行うことが可能であるが、これは、不便であって時間のかかるものである。さらに、横たわっているポジションの人から取得される血圧測定結果はカフの正確なポジションと共に腕のポジションとに大きく依拠することが知られている。このような正確な測定結果は、自宅環境において取得された測定結果からは期待できない。

ＵＳ２００７／０１６１９１２は、心拍センサ及び姿勢センサを含むデバイスを利用して着席又は仰向けのポジションから起立した際の圧受容器反射の解析について説明している。しかしながら、当該デバイスは、患者の体に埋め込まれる必要があり、センサが動脈若しくは静脈に又は近くに配置され、及び／又は電極が患者の心臓に付着されることを必要とする。従って、当該デバイスは、医療実務者による一般的な利用に特に適しておらず、患者がデバイスを埋め込むための重大な外科的処置を受けることを求める。

起立時の心拍の増加（又は増加の欠落）を検出するのに利用可能であり、パルスオキシメータ又は心拍時計を含む体に接触して配置されるデバイスを含む他のデバイスが知られているが、これらは、患者が当該デバイスを装着することを覚えている必要があり、睡眠中には患者にとって心地良くないものであるかもしれない。

従って、非侵襲的で無接触な測定を利用してユーザの圧受容器反射の表示を提供可能である圧受容器反射をモニタリングする装置及び方法が必要とされる。

本発明の第１の態様によると、ユーザの圧受容器反射をモニタリングするのに利用される装置が提供され、当該装置は、ベッドに付属されるか、又は近くに配置される第１センサにより出力される信号を処理し、ユーザがベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定し、横たわっているポジションから座っているポジションに動いた結果として生じるユーザの心拍の変化を決定するため、信号を処理することによりユーザの圧受容器反射の表示を提供するよう構成されるプロセッサを有する。

好適な実施例では、前記プロセッサは、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションにある間に決定される心拍の変化として決定するよう構成される。

好ましくは、前記第１センサは、ベッドに付属され、前記ベッド上のユーザの動きを表す信号を前記プロセッサに出力するよう構成される。このようにして、ユーザは控えめにモニタリング可能である。

前記第１センサは、歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル、エレクトレットホイルセンサ、前記ベッドの一部における動きにより誘導される変化を光学的に検知するセンサ、カメラ又はドップラーレーダセンサである。

好ましくは、前記プロセッサは、前記ベッドに付属又は近くに配置される第１センサのアレイにより出力される信号を処理し、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定するよう構成される。センサのアレイの利用は、ベッド上のユーザのポジション及びその姿勢を容易に決定することを可能にする。

好適な実施例では、前記プロセッサは更に、前記ベッドの近くに配置される第２センサにより出力される信号を処理し、前記ユーザが起立しているポジションに動くときを決定し、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を決定するため、前記第２センサからの信号を処理することによって前記ユーザの圧受容器反射の表示を提供するよう構成される。

好ましくは、前記プロセッサは、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記座っているポジションにいる間に決定される前記心拍の変化として決定するよう構成される。

好ましくは、前記プロセッサは更に、前記横たわっているポジションから前記起立したポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションにいる間に決定された前記心拍の変化を決定するよう構成される。

好適な実施例では、装置の電力消費を低減するため、前記プロセッサは、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動いたと判断されると、前記第２センサを起動するよう構成される。

ある実施例では、前記第２センサは、前記ベッドの近くに配置され、起立しているポジションにある間の前記ユーザの動きを測定するよう構成される。

前記第２センサは、カメラ、ドップラーレーダセンサ、前記ベッドの近くのマットにおける動きに誘導される変化を光学的に検知するセンサ、又は歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル若しくはエレクトレットホイルセンサなどのメカニカルセンサである。

ある実施例では、前記プロセッサは、前記ユーザが座っているポジションにあるときに前記第１センサにより出力された信号から決定される心拍を利用して、前記ユーザが前記ベッドに座っているポジションにあるときに前記第２センサにより出力される信号を補正するよう構成される。

更なる実施例では、前記プロセッサは更に、前記第１センサにより出力される信号を処理し、前記ユーザの呼吸レートを決定するよう構成される。呼吸レートは、ユーザの圧受容器反射の更なる表示として利用可能である。

本発明の第２の態様によると、ユーザの圧受容器反射をモニタリングする方法であって、ベッドに付属又は近くに配置された第１センサから測定結果を受信するステップと、前記測定結果を処理し、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定するステップと、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を決定するため、前記測定結果を処理することにより前記ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップとを有する方法が提供される。

好適には、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップは、横たわっているポジションから座っているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対するユーザがベッドに横たわっているポジションにある間に決定される心拍からの変化を決定することを含む。

好適には、測定結果を受信するステップは、ベッドに属され、ベッド上のユーザの動きの測定結果を出力する第１センサからの測定結果を受信することを含む。

好ましくは、第１センサは、歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル、エレクトレットホイルセンサ、カメラ又はドップラーレーダセンサである。

好ましくは、測定結果を受信するステップは、ベッドに付属又は近くに配置される第１センサのアレイから測定結果を受信することを含み、当該測定結果を処理し、ユーザがベッドで横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定するステップは、第１センサのアレイから受信した測定結果を処理することを含む。

好ましくは、本方法は更に、ベッドの近くに配置された第２センサから測定結果を受信するステップと、測定結果を処理し、ユーザが起立しているポジションに動くときを決定するステップとを有し、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップは更に、第２センサからの測定結果を処理し、座っているポジションから起立しているポジションに動いた結果として生じるユーザの心拍の変化を決定することを含む。

好ましくは、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップは、座っているポジションから起立しているポジションに動いた結果として生じるユーザの心拍の変化を、座っているポジションから起立しているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対するユーザが座っているポジションにある間に決定される心拍からの変化として決定することを含む。

好ましくは、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップは更に、横たわっているポジションから起立しているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対するユーザがベッドに横たわっているポジションにある間に決定される心拍からの変化を決定することを含む。

好ましくは、本方法は更に、ユーザがベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動いたと判断されると、第２センサを起動するステップを有する。

好ましくは、第２センサは、カメラ、ドップラーレーダセンサ（第１センサがまたカメラやドップラーレーダセンサでない場合）又は歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル又はエレクトレットホイルセンサなどのメカニカルセンサである。

好ましくは、本方法は更に、ユーザが座っているポジションにあるときに第１センサから受信される測定結果から決定された心拍を利用して、ユーザがベッドで座っているポジションにあるときに第２センサにより出力された測定結果を補正するステップを有する。

好ましくは、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップは、第１センサから受信した測定結果を処理し、ユーザの呼吸レートを決定することを含む。

本発明の第３の態様によると、コンピュータ可読コードが具現化されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードは、適切なプロセッサ又はコンピュータにより実行されると、前記プロセッサ又はコンピュータが請求項１４記載の方法を実行するよう構成されるコンピュータプログラムが提供される。

本発明の実施例が、以下の図面を参照して例示的に説明される。
図１は、本発明の第１実施例によるベッド及び装置を示す。 図２は、本発明の第１実施例による装置のブロック図である。 図３は、本発明の第１実施例において実行される処理ステップを示すブロック図である。 図４は、図１〜３の装置を利用して測定される心拍の変化を示すグラフである。 図５は、本発明の他の実施例によるベッド及び装置を示す。

図１において、本発明の第１実施例による装置が示される。本装置２は、病院のベッド又は装置２のユーザの自宅のベッドなどのベッド４と共に利用される。本実施例によると、装置２は、２つのセンサ６，８を有し、第１センサはベッド４に付属され、ユーザがベッドに横たわっている又は座っている間のユーザの動きを測定するセンサ６であり、第２センサはベッド４の近くに配置され、ベッド４に座っていて、隣に起立する間のユーザのイメージを記録するカメラ８である。

本実施例では、第１センサ６は、ベッド４のスラットに一体化された１以上の歪みセンサ又は歪みゲージを好ましくは有するメカニカルセンサ６とすることが可能である。あるいは、１以上の歪みセンサ又は歪みゲージは、マットレスに、ベッドのポストに若しくは下に、又はベッドフレームの他の何れかなどのベッド４の異なる部分に配置可能である。他の実施例では、他のタイプのメカニカルセンサが、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル及びエレクトレットホイルセンサなどのユーザの心肺機能及び他の筋肉活動により生成される小さな振動に反応する心拍及び体の姿勢を測定するのに利用可能である。好適な他の実施例では、センサ６のアレイは、好ましくは、心拍及び体のポジションのより正確な検出を可能にするため、異なるセンサ６がベッド４の異なる位置に配置されるように利用される（ベッド４のエッジに横たわるか直立になる）。

装置２はまた、メカニカルセンサ６及びカメラ８に接続される制御部１０を有する。制御部１０は、メカニカルセンサ６により出力された信号を処理し、ベッド４上の（横たわっている又は直立している）ユーザの姿勢を決定し、ユーザの心拍を検出する。これから、制御部１０は、ベッド４に横たわっている間（例えば、仰向けのポジション、うつぶせのポジション又は再度に横たわっているなど）、ユーザの心拍を決定でき、ユーザが横たわっている姿勢からベッド４のエッジに座っている姿勢に動くと、ベッド４のエッジに座っているときのユーザの心拍を決定できる。

制御部１０は、カメラ８により収集されたイメージを処理し、ユーザの姿勢を決定し（特に、ユーザがベッド４に座っているか、又はベッド４の隣に起立しているか）、ユーザの心拍を検出する。ユーザの心拍の検出の際、カメラ８及び制御部１０の関連する処理は、その内容が参照することによりここに援用される、Ｇ．Ｃｅｎｎｉｎｉ，Ｊ．Ａｒｇｕｅｌ，Ｋ．Ａｋｓｉｔ ａｎｄ Ａ．ｖａｎ Ｌｅｅｓｔ，ｐａｇｅｓ ４８６７−４８７５，１ Ｍａｒｃｈ ２０１０，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．５，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓによる“Ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｖｉａ ｒｅｍｏｔｅ ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｍｏｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔｓ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ”に記載されるなど、リモートフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）として動作する。あるいは、制御部１０は、その内容が参照することによりここに援用される、Ｍ−Ｚ Ｐｏｈ，ＤＪ ＭｃＤｕｆｆ ａｎｄ ＲＷ Ｐｉｃａｒｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１０，２０１０の“Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ，ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃａｒｄｉａｃ ｐｕｌｓｅ ｍｅｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｖｉｄｅｏ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｂｌｉｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ”に説明されるように、カメラ８を用いて心臓パルスレートを復元することにより取得されるユーザの顔のイメージを処理可能である。

まとめると、リモートＰＰＧでは、周辺光の下で取得されたカメライメージからの心拍の検出は、心臓サイクルから生じる顔の血管のボリュームの変化に基づく。これらのボリュームの変化は、入射する周辺光のパス長を変更する。反射光の量の以降の変化は、心臓サイクルのタイミングを示す。デジタルカメラ８により顔領域のビデオを録画することによって、ＲＧＢ（Ｒｅｄ Ｇｒｅｅｎ Ｂｌｕｅ）カラーセンサが、周辺光の状態の変化や動きなど、アーチファクトによる光の他の変動ソースと共に、反射したプレチスモグラフ信号の混合を抽出する。

３つのＲＧＢ信号は、対象領域において記録され（顔領域内の矩形領域など）、空間的に平均化される。空間的に平均化されたＲＧＢ信号は、オーバラップを有する３０秒などの長さの時間ウィンドウにおいて処理される。これらの信号は、平均を差し引き、標準偏差により除することによって正規化される。独立成分解析などの動き低減アルゴリズムが、その後、高速フーリエ変換などを利用して計算され、心拍が、スペクトルの（ローカルな）最大値における周波数として決定される。

従来、ＰＰＧは常に特別な光源を用いて実現されたが、この分野の最近の進歩は、正確なパルス測定が周辺光の状態の下で市販のデジタルカムコーダ又はカメラを用いて実現可能であることを示してきた。ＰＰＧ信号は動きに対して大変反応的であるため（特に、無接触測定のケースでは）、基礎となる処理アルゴリズムは、これらのアーチファクトをフィルタリング可能である必要がある。動きアーチファクト及び心拍は、典型的には同一の周波数帯域幅にあるため、非リニアフィルタは、動きアーチファクトを低減する必要がある。

これから、制御部１０は、ベッド４に座っている間のユーザの心拍を決定し（例えば、メカニカルセンサ６を用いて決定された心拍との比較などのため）、ユーザが座っている姿勢から直立した（起立した）姿勢に動きと、ベッド４の側で起立しているときのユーザの心拍を決定できる。

制御部１０は、ユーザの圧受容器反射の表示を提供するため、決定された心拍及び姿勢情報を合成する。

図２は、図１の装置２をより詳細に示す。特に、制御部１０は、メカニカル（歪み）センサ６及びカメラ８から出力される信号を受信し、上述した信号の処理を実行するプロセッサ１２を有する。制御部１０はまた、プロセッサ１２に接続され、例えば、メカニカルセンサ６及びカメラ８から受信した信号と、これらの信号から圧受容器反射の表示を決定するのに必要な処理を実行するためのプロセッサ１２による実行用のプログラムコードなどを格納可能な記憶部１４を有する。

当該図示された実施例では、制御部１０はまた、プロセッサ１２が圧受容器反射の表示、ユーザの心拍の現在及び過去の測定結果、ユーザの姿勢の現在及び過去の測定結果、ユーザの心拍が異常であり、ユーザが気絶又は失神するおそれがあるという警告（例えば、ユーザが横たわっているポジションから座っている又は起立しているポジションに動くときの（十分な）心拍の増加の欠落を含む）、及び／又はユーザ又は医療専門家に有用な他の何れかの情報を表示するよう制御可能なディスプレイ１６を有する。制御部１０は更に、プロセッサ１２がユーザがある姿勢の変化の間に異常な圧受容器反射を有していたという判定に応答して、ユーザが気絶又は失神のリスクがあることをユーザに警告するため、ユーザに聴取可能なトーン又はメッセージを出力するよう制御可能なスピーカ１８を有する。

プロセッサ１２はまた、任意的には、装置２の動作中に収集された測定結果から医療専門家により利用されるレポートを準備し、これらをディスプレイ１６上で又は通信インタフェース（有線又は無線接続など）を介し医療専門家のコンピュータ端末に出力可能である。

最後に、制御部は更に、ユーザが装置２の処理を制御し、要求された情報を制御部１０に入力することを可能にするユーザ入力手段２０を有する。ユーザ入力手段２０は、限定することなく、キーボード、キーパッド、マウス及びタッチパネル（例えば、ディスプレイ１６に関連付けされた）を有することが可能である。ユーザ入力手段２０はまた、ユーザが医療専門家による以降のレビューのための現在状態に関するメッセージを記録できるように、マイクロフォンを有してもよい。例えば、ユーザは、マイクロフォンを用いてユーザがちょうど気絶したこと、又は横たわっているポジションから着席若しくは起立ポジションに移った後に失神又は立ちくらみをしたことを示すメッセージを記録できる。

図１及び２において別々のユニットしてメカニカルセンサ６、カメラ８及び制御部１０は示されているが、制御部１０がメカニカルセンサ６又はカメラ８と一体化可能であることは理解されるであろう。

図３は、圧受容器反射の表示を決定するため、本発明の第１実施例におけるプロセッサ１２により実行される処理ステップを示す。図３において、処理ステップは、複数の別々の処理モジュールにより実現されるものとして示され、これらのモジュールは、プロセッサ１２内の別々のハードウェア処理モジュールとして、プロセッサ１２により実行される適切なプログラムコードによって、又はこれらの何れかの組み合わせによって実現可能であることが理解されるであろう。

図３において、メカニカル（歪み）センサ６により出力される信号は、心拍検出モジュール３０及び姿勢変化検出モジュール３２に提供される。心拍検出モジュール３０は、メカニカル（歪み）センサ信号を処理し、ベッドに横たわっている又は座っている間のユーザの心拍を抽出する。ユーザの検出された心拍は、心拍検出モジュール３０によって圧受容器反射表示決定モジュール３４に出力される。当業者は、メカニカルセンサ６から受信した信号においてユーザの心拍を検出するため、心拍検出モジュール３０において利用可能な適切なアルゴリズムを認識するであろう。特に、メカニカルセンサ６が心臓による血液のポンピングから生じるユーザの体内の衝撃力の測定結果を提供する。これらのアルゴリズムにおいて、メカニカルセンサ６からの信号からの心拍の検出（歪みゲージ、圧電センサ、圧力センサ、ロードセルなど）は、アナログセンサ信号の増幅、ローパスフィルタリング及びサンプリングに関する。デジタル信号は、その後、ローパス又はバンドパスフィルタを用いてフィルタリングされる。例えば、バンドパスフィルタは、ターゲットとなる心拍が毎分３５〜１８０ビートの範囲内に制限されるように設計可能である。このとき、心臓ピークは、移動ウィンドウ内の信号のローカルな最小値（又は最大値）を利用することによって、又は周波数領域における自己相関関数を解析することによって検出される。高速フーリエ変換を実行するための最適なウィンドウ長は、先行するビート間間隔から計算可能であり、センサ６のタイプ及び個数（センサ６のアレイのケース）に応じて複数のビートに及ぶ必要がある。

姿勢変化検出モジュール３２は、歪みセンサ信号を処理し、ユーザの姿勢を特定する（仰向け、うつぶせ又はサイドポジションでベッド４上で横たわっている、ベッド４上に座っている、又はベッド４にいないことを含む）。姿勢変化検出モジュール３２が、ユーザの姿勢が横たわっている姿勢から座っている姿勢に変化したと判断すると、姿勢変化検出モジュール３２は、対応する信号を圧受容器反射表示決定モジュール３４に出力する。

ユーザがベッド４から起きて起立すると、メカニカルセンサ６により出力される信号から心拍コンポーネントをもはや抽出することはできなくなり（ユーザはもはやセンサ６に接触していないため）、メカニカルセンサ６からの信号は、ベッド４が占有されていないことを示すであろう。当業者は、ベッド４上のメカニカルセンサから受信した信号を処理し、ベッド４に横たわっているユーザの姿勢を決定するのに利用可能な適切なアルゴリズムを認識するであろう。特に、ベッド４上にメカニカルセンサ６のアレイが存在する好適な実施例では、横たわっているポジションからベッド４において座っているユーザの動作は、メカニカルセンサ６のアレイに対して作用する力の分布の有意な変化を生じさせる。

さらに、装置２の拡張された利用によって、装置２は自己学習することが可能であり、これは、プロセッサ１２がベッド４からの実際の退出前に行われるメカニカルセンサ６からの信号の変化を解析可能であることを意味し、当該解析結果を利用して、ベッドからの退出が行われる可能性があるか判断するため、姿勢変化検出モジュール３２（及び後述される姿勢変化検出モジュール３８）において用いられるアルゴリズムを採用することを可能にする。このような自己学習システムは、その内容が参照することによりここに援用される、“Ｂｅｄ Ｅｘｉｔ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ”というタイトルのＷＯ２０１０／０２９４６６に説明される。

好適な実施例では、姿勢変化検出モジュール３２はまた、カメラ８に姿勢変化信号を出力する。当該信号は、座っているポジションから起立ポジションまでユーザをモニタリングできるように、カメラ８を起動する。カメラ８がユーザがベッド４に横たわっている間（睡眠中など）は起動されていないため、装置２の電力消費を低減できる。

カメラ８により出力される信号（すなわち、イメージ系列）は、心拍検出モジュール３６及び姿勢変化検出モジュール３８に提供される。心拍検出モジュール３６は、イメージを処理し、ベッド４のエッジに座っている間又はベッド４の隣に直立している間のユーザの心拍を決定し、検出した心拍を圧受容器反射表示決定モジュール３４に表示する信号を出力する。上述されるように、カメラ８及び当該モジュール３６は、リモートＰＰＧとして動作可能である。

姿勢変化検出モジュール３８は、カメラ８により出力されるイメージ系列を処理し、ユーザの姿勢を決定し（すなわち、ベッド４のエッジに座っているか、又はベッド４の隣で起立しているなど）、ユーザがベッド４のエッジの座っているポジションから起立ポジションに動いたと判断されると、圧受容器反射表示決定モジュール３４に信号を出力する。カメライメージを用いて人の体の姿勢を認識するための技術及びアルゴリズムは周知である。好適な実施例では、カメライメージを処理するのに用いられるアルゴリズムはまた、顔認識を実現し、座っている姿勢と起立姿勢との間を区別する必要がある。

顔検出のための一例となる方法を説明した１つの論文は、その内容が参照することによりここに援用される、“Ｆａｃｅ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅｓ：Ｇｌｏｂａｌ ｖｅｒｓｕｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ−ｂａｓｅｄ Ａｐｐｒｏａｃｈ”，Ｂ．Ｈｅｉｓｅｌｅ ｅｔ ａｌ．，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ，２００１である。要約すると、顔検出は、顔及び非顔イメージを有するトレーニングデータベースに対して訓練されるサポートベクトルマシーンなどの分類手段への入力としてイメージの特徴（ピクセル値又は勾配値など）を利用することに関する。当該分類は、顔全体又は顔の個々の構成要素に適用可能である。

座っている姿勢と起立の姿勢との間を区別するための一例となる方法を説明する１つの論文は、その内容が参照することによりここに援用される、“Ｓｉｔ ｔｏ Ｓｔａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ”，Ｓ．Ａｌｌｉｎ ａｎｄ Ａ．Ｍｉｈａｉｌｉｄｉｓ ｉｎ ＡＡＡＩ Ｆａｌｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｓｅｒｉｅｓ ２００８である。要約すると、座っている姿勢から起立している姿勢への移動の検出は、入力イメージからの特徴の抽出し、それらを２つの体のポジションの１つに関連付けることに関する。イメージ特徴は、Ｈｕモーメント不変量などのフォアグラウンドのシルエットからの特徴を含む。イメージ特徴からのポーズの認識は、分類手段のトレーニングを介して、ベッド４のエッジに座っていて、その後に起立するユーザのカメライメージのトレーニングデータセットを利用することに関する。分類手段は、分類木、ニューラルネットワーク又はサポートベクトルマシーンなどの何れかの機械学習方法とすることが可能である。

圧受容器反射表示決定モジュール３４は、メカニカル（歪み）センサ信号から心拍を検出するモジュール３０と、カメライメージから心拍を検出するモジュール３６とによって行われる心拍測定結果を、ユーザの圧受容器反射の表示を決定するため、モジュール３２，３８により提供される姿勢の変化の表示と共に利用する。

一実施例では、ユーザの圧受容器反射の表示は、横たわっているポジションから座っているポジションに移動するときのユーザの心拍の変化の指標、座っているポジションから直立のポジションに移動するときのユーザの心拍の変化の指標、及び／又は横たわっているポジションから直立のポジションへのトータルの心拍の変化の指標を有する。これらの指標は、各姿勢における安静中の心拍の変化とすることが可能であるが（安静中の心拍は、数分間の特定の姿勢にあるときのユーザの心拍の相対的に一定の値である）、好ましくは、これらの指標は、各姿勢の間の遷移中又は直後に生じる心拍の最大変化とすることが可能である。

決定可能な圧受容器反射の他の（間接的な）指標は、ベッド４から起床するのにかかる時間及び呼吸レートを含む。圧受容器反射の機能低下は、ユーザが横たわっている状態から座っている状態への変化の後及び座っている状態から起立した状態への変化の後に休止する必要があるとき、ベッド４から起床するのにより長い時間がかかることになる。呼吸レートはまた、呼吸が心臓のアクションにより生じるものより大きな振動性のメカニカルな力を生じさせるため、メカニカルセンサ６及び／又はカメラ８により提供される信号から抽出可能である。これは、呼吸レートが圧受容器反射機能と相関することを可能にする。これは、よりゆっくりした呼吸が心不全の患者において圧受容器反射の感度を増大させると知られているため、有用となりうる。

図４は、ユーザが横たわっているポジションから、ベッド４のエッジに座り、その後に起立するまど動くとき、２つの心拍検出モジュール３０，３６により出力される心拍の例示的なグラフを示す。本例では、ユーザは、起立するまで約１分間かかる前に約１分間ベッド４のエッジに座り、心拍が安静中の心拍レベルまで低下することを可能にする。従って、ユーザが仰向けポジション（ＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ}により示される）にあるときの安静時の心拍レベルから、仰向けポジション（ＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ}）から座っているポジションに移動するとき又は直後のピーク心拍（時間ｔ_１におけるＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ−ｓｉｔｔｉｎｇ}により示される）に心拍が増加することが観察できる。仰向けポジションの安静時の心拍（ＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ}）からピーク心拍（ＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ−ｓｉｔｔｉｎｇ}）への心拍の変化は、ΔＨＲ_１により示され、ユーザの圧受容器反射の強さの表示を提供する。時間ｔ_１におけるピーク心拍の後、心拍は、座っているポジションのための安静時の心拍レベル（ＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ}により示される）まで低下する。

ユーザが座っているポジションから起立しているポジションに動くとき又は直後、心拍は、その後座っている安静時の心拍（ＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ}）からピーク心拍（時間ｔ_２におけるＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ−ｓｔａｎｄｉｎｇ}により示される）に増加する。座っているポジションにおける安静時の心拍（ＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ}）からピーク心拍（ＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ−ｓｔａｎｄｉｎｇ}）への心拍の変化は、ΔＨＲ_２により示され、ユーザの圧受容器反射の強さの他の表示を提供する。時間ｔ_２におけるピーク心拍の後、心拍は、起立したポジションにおける安静時の心拍レベル（ＨＲ_{ｓｔａｎｄｉｎｇ}により示される）に低下する。

ユーザの圧受容器反射の更なる他の表示は、仰向けの安静時の心拍レベル（ＨＲ_{ｓｕｐｉｎｅ}）から、ユーザが座っているポジションから起立したときに生じる心拍のピーク（ＨＲ_{ｓｉｔｔｉｎｇ−ｓｔａｎｄｉｎｇ}）までの心拍の変化により提供できる。この心拍の変化は、図４のΔＨＲにより示される。

典型的には、心拍は、座ったか又は起立した後の５〜１０秒以内のピーク値に増加する。このとき、心拍が安静時レベルに低下するのに約１分間かかる。以下のテーブルは、健康な人々の３つのポジションの安静レベル直後及び次における心拍の表示を与える。これらのデータは、Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．，２００３，“Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｈｅａｒｔ ｒａｔｅ ａｎｄ Ｒ−ｗａｖｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｗｉｔｈ ｐｏｓｔｕｒｅ”，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙから取得された。

上述したものに対する他の実施例では、カメラ８は、装置２がアクティブ状態である間は常にアクティブとすることが可能であり、ユーザがベッド４に横たわっているときでさえ、心拍検出モジュール３６は心拍を検出するよう動作可能である。姿勢変化検出モジュール３８はまた、ユーザがベッドに横たわっているか判断するよう動作可能である。本実施例では、装置２が微光状態で動作する必要があるとき（例えば、ユーザが目覚める／起床する前の朝など）、十分な光量がＰＰＧ処理が動作するため提供される必要がある。この場合、赤外線などの控えめな光源が利用可能である。カメライメージからの心拍測定結果は、ユーザの心拍の１つの指標を提供するため、歪みセンサ６から決定された心拍測定結果と共に利用可能である。あるいは、歪みセンサ信号から取得される測定結果は、ユーザがもはやベッド４と接触していないとき（すなわち、起立している）、カメラ８による以降の測定結果が妥当な程度に正確になるように、カメライメージを用いて取得された測定結果を補正するのに利用可能である。

ユーザがベッド４上で座ったと判断されたときにのみカメラ８が起動される好適な実施例では、ユーザがベッド４で座っている間に歪みセンサ信号から決定された心拍の測定結果が、ユーザが起立する前にカメライメージから決定された心拍の測定結果を補正するのに利用可能であることが理解されるであろう。

この補正では、カメラ８により測定されるようなベッド４のエッジに座っている間の心拍は、例えば、同じ体のポジションにおいてメカニカル（歪み）センサ６により測定される心拍と一致するように、ある係数と乗算可能である。当該補正係数はまた、その後、ユーザが起立している間にカメラ８により取得された心拍に適用されるべきである。この補正後、トータルの心拍の変化（起立中にカメラ８により測定された心拍からメカニカル（歪み）センサ６により測定されるようなベッド４上に横たわっている間の心拍を差し引く）は、より正確な結果を提供可能である。

カメラ８が常時アクティブである実施例では、上記の補正技術は、ユーザがベッド４上で横たわっている間に抽出された心拍を含むよう拡張可能であることが理解されるであろう。

本発明の他の実施例では、装置２は、ベッド４上のユーザの姿勢をモニタリングし、ユーザの心拍を決定する単一のセンサを有することが可能である。これらの実施例の１つでは、カメラ８は、上述した装置２から省略可能であり、この場合、装置２は、メカニカルセンサ６からの横たわっているポジションと座っているポジションとにおけるユーザの心拍の測定結果のみを利用して、ユーザの圧受容器反射の表示を決定する。本実施例は、医療状態の結果として起立することができないユーザのために利用可能である。これらの実施例の他の１つでは、単一のセンサ６はカメラであり、カメラにより取得されたイメージが、ユーザの姿勢（すなわち、ベッド４に横たわっている、ベッド４に座っている、又はベッド４の側に起立している）、各姿勢におけるユーザの心拍とを決定するのに利用される。

図５に示される本発明の他の実施例では、カメラ８は装置２から省略可能であり、起立ポジションのユーザの心拍の測定結果が、ベッド４の近くのフロアに配置され、起立中及び起立後のユーザの動き／反応力を測定する第２のメカニカルセンサ４０を用いて取得可能である。ベッド４に一体化されるメカニカルセンサ６に関して、第２メカニカルセンサ４０は、ユーザの動き／反応力を測定する１以上の歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル及びエレクトレットホイルセンサを有することが可能である。第２のメカニカルセンサ４０からの測定結果は、第１のメカニカルセンサ６からの測定結果と同様に、ユーザの心拍を決定するため処理可能である。明示的な姿勢検出処理は、非ゼロ信号が第２のメカニカルセンサ４０により取得されている場合、ユーザがメカニカルセンサ４０上に起立していなければならないという仮定がなされるとして省略可能である。

本発明の更なる実施例では、カメラ８の代わりに、第２センサが、ユーザがベッド４に横たわっている間、ベッド４に座っている間、及び／又はベッド４の側に座っている間のユーザの心拍を遠隔的にモニタリングするため、ドップラーレーダ技術を利用可能である。ドップラーレーダ技術は、移動面から反射される無線周波数波が表面速度に比例する周波数シフトを受けることに基づき作用する（すなわち、ドップラー効果）。表面が心臓及び呼吸活動の結果としてのユーザの胸壁などの周期的に動いている場合、伝送及び反射波は、胸の動きに比例する低周波数成分を導出するのに利用可能である。心拍及び呼吸レートは、当該信号の周波数スペクトルにおけるピークから導出可能である。上述したカメラ８に関して、ドップラーレーダセンサは常時アクティブとすることが可能であるか、又はユーザがベッド４上で横たわっているポジションから座っているポジションに動いたことを第１センサ６が検出したときに起動可能である。

本発明の更なる他の実施例では、メカニカルセンサでなく、第１センサ６はベッド４のマットレスの下方に配置された１以上の発光コンポーネント（ＬＥＤなど）と光検出手段（フォトディテクタなど）を有する光センサ６とすることが可能である。このセンサは、ベッド４のマットレスにおける動きに誘導される変化を光学的に検知する。これらのセンサは、マットレスに光を発し、経時的にマットレスを介し散乱した光の強度を測定することによって作用する。マットレスに横たわっている人の何れかのタイプの動き（すなわち、呼吸の動き、心臓の振動、他の何れかの体の動き）は、マットレスの若干の変形を生じさせる。この幾何学的な変化を通じて、マットレスの光学的な性質が変化し、さらに光検出手段に反射又は散乱される光の強度の変化を生じさせる。経時的に光の強度を記録することによって、呼吸、心臓及び他の活動を含む曲線が取得可能である。さらに、一部の実施例では、第２センサ８は、ユーザがベッド４の側に起立しているときのユーザの心拍を検出するため、ベッド４の側のフロア上のマットの下方に配置される光センサとすることが可能である。

装置２のための１つの特定のアプリケーションは、心不全患者のリモートモニタリングである。心不全の患者は、起立性低血圧及び／又は圧受容器反射の低下により気を失う可能性がある。装置２は、効果的には、経時的に患者の圧受容器反射の変化を遠隔的にモニタリングするのに利用可能である。これらの変化は、医療専門家によりレビューされ、当該反射における劣化が特定可能である。

装置２はまた、ある人が気絶するリスクが増加しているかの表示を提供するのに利用可能である。その人が異常な圧受容器反射を有すると判断された場合、又は経時的に圧受容器反射の有害な変化があったと判断された場合、装置２は、その人が気絶するリスクが高いという表示を提供可能である。

従って、横たわっているポジションから座っているポジションへ、また好ましくは座っているポジションから起立したポジションへのユーザの姿勢の変化中の非侵襲的で非接触な測定を利用して、ユーザの圧受容器反射の表示を提供可能なユーザの圧受容器反射をモニタリングするための装置及び方法が提供される。

本発明が図面及び上述した説明において詳細に図示及び説明されたが、このような図示及び説明は、限定的でなく例示的なものとしてみなされるべきであり、本発明は開示された実施例に限定されるものでない。

開示された実施例に対する変形は、図面、開示及び添付した請求項を検討することから、請求された発明を実施する当業者により理解及び実行可能である。請求項において、“有する”という用語は他の要素又はステップを排除するものでなく、“ある”という不定冠詞は複数を排除するものでない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された複数のアイテムの機能を実現してもよい。特定の手段が互いに異なる従属形式の請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが効果的に利用できないことを示すものでない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと一緒に又はその一部として供給される光記憶媒体又はソリッドステート媒体などの適切な媒体に格納／配布されてもよいが、インターネットや他の有線若しくは無線通信システムを介するなどの他の形態により配布されてもよい。請求項における参照符号は、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. ユーザの圧受容器反射をモニタリングするのに利用される装置であって、
   ベッドに付属されるか、又は近くに配置される第１センサにより出力される信号を処理し、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定し、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を決定するため、前記信号を処理することにより前記ユーザの圧受容器反射の表示を提供するよう構成されるプロセッサを有する装置。
2. 前記プロセッサは、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を、前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションにある間に決定される心拍の変化として決定するよう構成される、請求項１記載の装置。
3. 前記第１センサは、ベッドに付属され、前記ベッド上のユーザの動きを表す信号を前記プロセッサに出力するよう構成される、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記第１センサは、歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル、エレクトレットホイルセンサ、前記ベッドの一部における動きにより誘導される変化を光学的に検知するセンサ、カメラ又はドップラーレーダセンサである、請求項１乃至３何れか一項記載の装置。
5. 前記プロセッサは、前記ベッドに付属又は近くに配置される第１センサのアレイにより出力される信号を処理し、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定するよう構成される、請求項１乃至４何れか一項記載の装置。
6. 前記プロセッサは更に、前記ベッドの近くに配置される第２センサにより出力される信号を処理し、前記ユーザが起立しているポジションに動くときを決定し、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を決定するため、前記第２センサからの信号を処理することによって前記ユーザの圧受容器反射の表示を提供するよう構成される、請求項１乃至５何れか一項記載の装置。
7. 前記プロセッサは、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を、前記座っているポジションから前記起立しているポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記座っているポジションにいる間に決定される前記心拍の変化として決定するよう構成される、請求項６記載の装置。
8. 前記プロセッサは更に、前記横たわっているポジションから前記起立したポジションに動いた結果として生じる最大心拍に対する前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションにいる間に決定された前記心拍の変化を決定するよう構成される、請求項６又は７記載の装置。
9. 前記プロセッサは、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動いたと判断されると、前記第２センサを起動するよう構成される、請求項６乃至８何れか一項記載の装置。
10. 前記第２センサは、前記ベッドの近くに配置され、起立しているポジションにある間の前記ユーザの動きを測定するよう構成される、請求項６乃至９何れか一項記載の装置。
11. 前記第２センサは、カメラ、ドップラーレーダセンサ、前記ベッドの近くのマットにおける動きに誘導される変化を光学的に検知するセンサ、又は歪みセンサ、歪みゲージ、圧力センサ、圧電センサ、抵抗力センサ、ロードセル若しくはエレクトレットホイルセンサなどのメカニカルセンサである、請求項１０記載の装置。
12. 前記プロセッサは、前記ユーザが座っているポジションにあるときに前記第１センサにより出力された信号から決定される心拍を利用して、前記ユーザが前記ベッドに座っているポジションにあるときに前記第２センサにより出力される信号を補正するよう構成される、請求項６乃至１１何れか一項記載の装置。
13. 前記プロセッサは更に、前記第１センサにより出力される信号を処理し、前記ユーザの呼吸レートを決定するよう構成される、請求項１乃至１２何れか一項記載の装置。
14. ユーザの圧受容器反射をモニタリングする方法であって、
    ベッドに付属又は近くに配置された第１センサから測定結果を受信するステップと、
    前記測定結果を処理し、前記ユーザが前記ベッドに横たわっているポジションから座っているポジションに動くときを決定するステップと、
    前記横たわっているポジションから前記座っているポジションに動いた結果として生じる前記ユーザの心拍の変化を決定するため、前記測定結果を処理することにより前記ユーザの圧受容器反射の表示を提供するステップと、
    を有する方法。
15. コンピュータ可読コードが具現化されるコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードは、適切なプロセッサ又はコンピュータにより実行されると、前記プロセッサ又はコンピュータが請求項１４記載の方法を実行するよう構成されるコンピュータプログラム。

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