JP6121069B2 - 心拍監視デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの心拍をモニタする心拍監視デバイス、ユーザの心拍をモニタする方法、及びユーザの心拍をモニタするコンピュータプログラムに関する。

例えば光学センサを用いるユーザの心拍のモニタリングが知られている。ここで、光学センサは、ユーザの皮膚へと光を放出する。放出された光は、皮膚において散乱され、反射された光は、皮膚を出て、適切なセンサによりキャプチャされる。センサから受信される信号に基づき、ユーザの心拍は決定されることができる。

ＵＳ２００７／０２４４３９８Ａ１号は、心拍を測定するため、超音波、赤外線、圧力検出、無線周波数又はレーザー技術を使用する心拍モニタを開示する。更に、この心拍モニタは、電源節約アルゴリズムも実現する。これは、予想された心拍の間でセンサの電力を減らす又はスイッチオフにすることにより実行される。

ＵＳ２０１４／００７３４８６Ａ１号は、さまざまな生理的データをユーザから連続して集めるよう構成される軽量ウェアラブルシステムを開示する。このシステムは、ユーザの心拍をモニタする心拍モニタを有する。このシステムは、例えば加速度計から、ユーザの運動に関するデータを受信することができる処理モジュールを有する。処理モジュールは、ユーザの運動状態を決定するために運動データを処理し、この運動状態に基づき、心拍モニタのデューティサイクルを調整することができる。

本発明の目的は、改善された電源節約機能を備えたユーザの心拍をモニタする心拍監視デバイス及びシステム、対応する方法並びにコンピュータを提供することである。

本発明の側面において、ユーザの心拍をモニタする心拍監視デバイスが提供される。心拍監視デバイスは、ユーザの心拍を測定又は決定する少なくとも１つの１次センサを有する。少なくとも１つの１次センサは、第１の電力消費を持つ。上記ユーザの上記心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定する少なくとも１つの２次センサからの測定又は情報に基づき、心拍監視デバイスは、上記少なくとも１つの１次センサの動作及び／又は電力消費を管理する電源管理ユニットを更に有する。上記少なくとも１つの２次センサは、上記少なくとも１つの１次センサの電力消費より低い第２の電力消費を持つ。上記心拍監視デバイスは、モデルと上記少なくとも１つの２次センサから受信される情報とに基づき、ユーザの心拍を推定するモデルユニットであって、上記モデルが、上記モデルユニットに格納される、モデルユニットを有する。上記モデルユニットが、フィードバックループを介して上記電源管理ユニットに結合され、上記電源管理ユニットは、上記測定された心拍と上記推定された心拍とを比較し、上記比較に基づき、上記１次センサの動作を制御するよう構成される。

上記心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定又は検出するために減らされた電力消費を持つ上記少なくとも１つの２次センサを用いることにより、上記少なくとも１つの第１のセンサの動作及び／又は電力消費が制御されることができる。少なくとも１つの第１のセンサの電力消費は、少なくとも１つのセンサをオン／オフに切替えることにより、ユーザのサンプリング周波数を減少させることにより、及び／又はセンサの出力強度を減少させることにより、減らされることができる。２次センサからの情報又は測定は、電源管理ユニットに対する入力として使用される。言い換えると、１次センサの動作及び／又は電力消費は、２次センサの出力に基づき制御される。モデルユニットに格納されるモデル及び２次センサからの測定に基づき、ユーザの心拍は、予測されることができる。モデルユニットにより予測された心拍が与えられると、電源管理ユニットは、その電力消費を減らすため、１次センサの動作に影響を与えるべきか否かを信頼性が高い態様において決めることができる。ユーザの心拍が相当な確実性で予測されることができる場合、これは、電源管理ユニットが１次センサの電力消費を減らすため１次センサを制御することができる状況をもたらすことができる。例えば、生理的要素が安定している場合、心拍は良い精度で推定されることができ、心拍を検出する１次センサからの情報が必要とされない。その結果、１次センサの電力消費が減らされることができる。

本発明の側面によれば、上記電源管理ユニットが、上記１次心拍センサを作動させる／停止させることにより、又は上記１次センサのサンプリング周波数及び／又は測定強度を制御することにより、上記１次心拍センサの動作を制御するよう構成される。従って、電力を節約するため、１次心拍センサは、オフに切り替えられることができ、そのサンプリング周波数は減らされることができ、又は測定強度が減らされることができる。これはすべて、２次センサからの情報に基づき実行される。

本発明の更なる側面によれば、２次センサにより測定される心拍に影響する物理要素は、ユーザの呼吸、ユーザの速度、ユーザの加速度、ユーザの皮膚における湿度、ユーザの高度及び／又はユーザの温度である。これらの生理的要素は、ユーザの心拍に影響を与えることが知られている。従って、これらの要素は測定され、ユーザの心拍に関する予測又は推定がなされることができ、及び従って、特定のケースにおいて、１次心拍センサの動作が、特に電力消費を減らすよう構成されることができる。

本発明の側面において、少なくとも１つの２次センサは、心拍監視デバイスに対して内部又は外部センサとすることができる。言い換えると、１次及び２次センサは単一のハウジングにおいて構成されることができ、又は少なくとも１つの第２のセンサが、少なくとも１つの第１のセンサのハウジングの外に構成されることができる。従って、少なくとも１つの２次センサは、第１のセンサに隣接して、又は、別の位置に構成されることができる。

本発明の側面によれば、ユーザの心拍をモニタする方法が提供される。この方法は、第１の電力消費を持つ少なくとも１つの１次センサによりユーザの心拍を測定するステップと、ユーザの心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定する少なくとも１つの２次センサから受信される情報に基づき、上記少なくとも１つの１次センサの動作及び／又は電力消費を管理するステップであって、上記少なくとも１つの２次センサが、上記第１の電力消費より低い第２の電力消費を持つステップとを有する。この方法は更に、モデルユニットに格納されるモデルと上記少なくとも１つの２次センサから受信される情報とに基づき、上記ユーザの心拍を推定するステップと、上記測定された心拍と上記推定された心拍とを比較し、上記比較に基づき、上記１次センサの動作を制御するステップとを有する。

本発明のこれらの及び他の態様が、以下に説明される実施形態より明らとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

本発明による心拍監視システムの概略的なブロックダイアグラムを示す図である。

本発明による心拍監視システムは、以下の原理に基づかれる。１次センサ、例えば光学センサが、ユーザの心拍を測定するために用いられる。ユーザの心拍に影響する生理的要素を測定又は決定するために、２次低電力センサが用いられる。１次センサの動作及び電力消費を制御するのに、２次センサからの情報が用いられる。２次センサからの情報に基づき、制御ユニットが例えば心拍が安定していると決定する場合、１次センサのサンプリングレートは低下されることができる。例えば、運動が原因で、ユーザの心拍が増加することを２次センサが検出する場合、例えば、１次センサのサンプリングレートは、再び増加されることができる。

図１は、本発明による心拍監視システムの概略的なブロック図を示す。心拍監視システム１００は、ユーザの心拍を測定又は決定する少なくとも１つの１次センサ１１０と、ユーザの心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定又は決定する少なくとも１つの２次センサ１２０とを有する。心拍監視システム１００はオプションで、少なくとも１つの１次センサ１１０の動作を制御する制御ユニット１３１を更に有する。オプションで、ユーザの心拍を決定するため、少なくとも１つの１次センサ１１０の出力を処理する処理ユニット１３２が提供される。オプションで、心拍監視システムは、心拍を表示するディスプレイ１４０及び／又は測定若しくは決定された心拍を出力する出力部１５０を有することができる。

本発明の側面によれば、心拍監視システム１００は、手首若しくは前腕、又は、ユーザの耳の後に構成されることができる。

１次センサ１１０は、例えば人工光を生成するＬＥＤの形の光源を有する光学センサとして実現されることができる。光源は、ユーザの皮膚へ人工光を放出する。皮膚において、放出された人工光は、血管において血液により部分的に吸収される。人工光は、皮膚にわたり散乱されることができ、光学センサ１１０の一部とすることもできる光検出器へ反射されることができる。光検出器は、ユーザの皮膚を通り反射された光を検出し、出力信号を生成する。

光学センサ１１０の出力信号は、処理ユニット１３２にフォワードされることができる。オプションで、処理ユニット１３２は、光学センサ１１０に配置されることもできる。処理ユニット１３２は、光学センサ１１０から信号を受信し、１次センサ１１０の出力信号に基づき、ユーザのパルスレート又は心拍を決定する。

心拍監視システム１００は更に、電源管理ユニット１６０を有する。電源管理ユニット１６０は、心拍監視システムの電力消費及び／又は動作、特に１次センサ１１０の電力消費を制御するものとして機能する。電源管理ユニット１６０は、専用のユニットとして実現されることができる。追加的又は代替的に、電源管理ユニット１６０の機能は、制御ユニット１３１又は処理ユニット１３２により実行されることができる。更に、制御ユニット１３１、処理ユニット１３２及び電源管理ユニット１６０は、マイクロコントローラ１３０により実現されることができる。更に、心拍監視システムは、モデルユニット１３３を有する。これはオプションで、マイクロコントローラ１３０により実現されることもできる。

本発明の側面による電源管理は、１次センサ又は全体の心拍監視システムの電力消費を制御するため、２次センサからの情報１２６を使用する。特に、２次センサからの追加的な情報は、１次センサ１１０の起動及び停止（オン／オフの切り替え）、１次センサ、サンプリングレート及び／又は測定強度を制御するために用いられることができる。言い換えると、１次センサ１１０又は全体システムの電力消費が、減らされることができる。

人の心拍は、ユーザの物理的状態、運動レート、ユーザの活動、ユーザの感情及び内外の要素といった複数の要素に依存することがよく知られている。２次センサを用いて、心拍に影響を持つ要素に関連する情報が、集められることができる。２次センサにより測定されることができる生理的要素は、呼吸、ユーザの速度、ユーザの加速度、ユーザの皮膚における湿度、高度などである。

２次センサ１２０によって決定される物理要素の情報１２６に基づき、１次センサ１１０の動作及び／又は電力消費は、電源管理ユニット１６０により制御されることができる。これは、２次センサからの情報が、ユーザの心拍を推定又は予測するのに十分である場合に実行されることができる。予測又は推定が十分に良好である場合、例えば、１次センサのサンプリングレートは減らされることができる。追加的又は代替的に、１次センサ１１０は、作動され、少なくとも心拍が十分に正確に推定されることができる期間に関して、停止されることができる。しかしながら、２次センサの出力により検出されることができる心拍における変化が現れる場合（例えば運動パターンが変化するとき）、１次センサの動作は、正確な心拍を決定するために再び作動されることができる。

言い換えると、心拍が一定又は実質的に一定である時間期間の間、１次センサのサンプリング周波数は、減らされることができる。代替的に、斯かる時間期間の間、１次センサは、電力を節約するために停止されることができる。

本発明の側面によれば、起動及び停止（１次センサのオン／オフの切り替え）は、電源管理ユニット１６０により制御されることができる。２次センサの１つ、例えば加速度計１２４により、ユーザが一定の運動下にある、又は動いていないと決定されることができる場合、ユーザの心拍も明らかに変化しないと決定されることができる。２次センサ１２０が、ユーザの運動又は運動パターンにおいて変化を検出するとすぐに、１次心拍センサ１００が、ユーザの実際の心臓を測定するために再び作動されることができる。

本発明の側面によれば、１次心拍センサ１１０は、特定の時間間隔で心拍を測定するよう制御されることができる。この場合、時間間隔は、ユーザの運動の変化に基づき変化することができる。１次センサが、連続してではなく断続的に作動される場合、電力消費は減らされることができる。

本発明の側面によれば、２次センサは、湿度センサ１２１、高度計１２２、ＧＰＳセンサ１２３、加速度計１２４及び／又は圧力センサ１２５でありえる。湿度センサ１２１は、ユーザの皮膚における湿度を測定するために用いられることができる。ユーザの皮膚における湿度は、感情を示すパラメータ、ユーザの生理的条件及びムードにおける変化でありえる。高度計１２２は例えば、ユーザの高度を決定するために用いられることができる。これは、ユーザが、滑走している、クライミングしているかどうか等のインジケーションを与えることができる。ＧＰＳセンサ１２３は、例えばユーザが、サイクリングしている、レース中かどうか等を決定するスピードセンサとして使用されることができる。

圧力センサ１２５は、気圧計として使用されることができる。このセンサからの情報は、高度計又は気象観測端末として使用されることができる。気圧が高いとき、人は、上昇された心拍でそれに反応する場合がある。

本発明の側面によれば、心拍監視システムは、モデルユニット１３３を有する。２次センサ１２０の出力は、モデルユニット１３３により受信される。モデルユニット１３３に格納されるモデルに基づいて、心拍が、２次センサ１２０からの情報１２６に基づき予測又は推定される。モデルユニットは、フィードバックループを介して電源管理ユニットに接続され、予測された心拍がその後、１次センサの動作及び／又は電力消費を制御するため、電源管理ユニット１６０により使用される。

１次心拍センサの動作は、サンプリングレート及び測定の強度を制御することにより、電源管理ユニット１６０により制御されることができる。１次センサ１１０が例えば光学センサとして実現される場合、サンプリングレート及び光学センサの光強度が制御されることができる。例えばモデルユニット１３０の出力である予測された心拍に基づき、電源管理ユニット１６０は、サンプリングレートを低下させることができるか、又は光学センサの光源の強度を減少させることができる。

本発明の側面によれば、電源管理ユニット１６０は、１次センサ１１０により測定される心拍とモデルユニット１３３の予測された心拍とを比較することができる。測定及び予測された心拍の間の差が低い（即ち、予測及び測定された心拍が、互いに対応する）場合、サンプリングレート又は測定強度は減らされることができる。しかしながら、測定及び予測された心拍の間の差が高い場合、サンプリング周波数は増加される、及び／又は測定強度（光強度）が増加されることができる。

本発明によれば、心拍監視システム１００は、１次センサ１１０だけでなく少なくとも１つの２次センサ１２０を収容するハウジングを持つことができる。しかしながら、代替的に、２次センサ１２０は、１次センサ１１０のハウジングの外側に構成されることができる。例えば、いくつかの２次センサは、スマートフォンなどといった外部デバイスの一部とすることができる。２次センサ１２０は、１次センサ１１０のハウジングとして体の他の部分に構成されることもできる。

本発明によれば、２次センサ１２０は、例えば加速度計といったモーションセンサである。モデルユニット１３３はこうして、モーションセンサから受信される現在及び過去の測定を考慮して、モデルユニットに格納されるモデルに基づき、ユーザの心拍を予測することができる。例えば、低い運動が測定されるとき、休息時の心拍が予測され、より高いレベルの運動がモーションセンサにより測定される場合、休息時の心拍より高い心拍が予測される。予測された心拍は、モデルユニット１３３に格納されるモデルから得られる。モデルは、例えば温度、高度、ユーザの年齢等といったパラメータを考慮し、運動の関数として、心拍の進展を与える。

心拍監視システムは、手首デバイスとして構成されることができる。心拍監視システムは、ユーザの耳に、又はこの上に着用されるデバイスとして構成されることもできる。監視デバイスは、ユーザによりかけられる眼鏡の部分でもよい。心拍監視デバイスは、補聴器の部分でもよいか、又はユーザにより着用されることもできる。

１次センサ１１０は、光学センサ、電気センサ及び／又は圧力センサとして実現されることができる。２次センサは、湿度センサ、スピードセンサ、加速度センサ、高度計等として実現されることができる。２次センサは、１次センサの電力消費より低い電力消費を持つ。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。

単一のユニット又はデバイスが、請求項において列挙される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属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有利に使用されることができないことを意味するものではない。

ユーザの心拍に影響を与える心拍又は生理的要因の測定、１次センサの動作及び／又は電力消費の管理といった１つ又は複数のユニット又はデバイスにより実行される手順は、他の任意の数のユニット又はデバイスにより実行されることができる。これらの手順及びユーザの心拍をモニタする方法による心拍監視システムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実現されることができる。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (7)

1. ユーザの心拍をモニタする心拍監視デバイスであって、
   第１の電力消費を持ち、ユーザの心拍を測定する少なくとも１つの１次センサと、
   前記ユーザの心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定する少なくとも１つの２次センサであって、前記少なくとも１つの２次センサが、前記第１の電力消費より低い第２の電力消費を持つ、少なくとも１つの２次センサと、
   前記少なくとも１つの２次センサから受信される情報に基づき、前記少なくとも１つの１次センサの動作を管理する電源管理ユニットと、
   モデルと前記少なくとも１つの２次センサから受信される情報とに基づき、前記ユーザの心拍を推定するモデルユニットであって、前記モデルが、前記モデルユニットに格納される、モデルユニットとを有し、
   前記モデルユニットが、フィードバックループを介して前記電源管理ユニットに結合され、前記電源管理ユニットは、前記測定された心拍と前記推定された心拍とが互いに対応する場合、前記１次センサのサンプリング周波数及び／又は測定強度を減らすよう構成される、心拍監視デバイス。
2. 前記少なくとも１つの２次センサにより測定される前記心拍に影響する前記生理的要素が、前記ユーザの呼吸、前記ユーザの速度、前記ユーザの加速度、前記ユーザの皮膚における湿度、前記ユーザの高度及び／又は前記ユーザの温度の少なくとも１つである、請求項１に記載の心拍監視デバイス。
3. 前記少なくとも１つの１次センサが、光学センサである、請求項１に記載の心拍監視デバイス。
4. 前記少なくとも１つの２次センサが、モーションセンサである、請求項１に記載の心拍監視デバイス。
5. 手首デバイスとして構成される、請求項１に記載の心拍監視デバイス。
6. ユーザの心拍をモニタする方法において、
   第１の電力消費を持つ少なくとも１つの１次センサによりユーザの心拍を測定するステップと、
   少なくとも１つの２次センサにより前記ユーザの心拍に影響する少なくとも１つの生理的要素を測定するステップであって、前記少なくとも１つの２次センサが、前記第１の電力消費より低い第２の電力消費を持つ、ステップと、
   前記少なくとも１つの２次センサから受信される情報に基づき、前記少なくとも１つの１次センサの動作及び／又は電力消費を管理するステップと、
   モデルユニットに格納されるモデルと前記少なくとも１つの２次センサから受信される情報とに基づき、前記ユーザの心拍を推定するステップと、
   前記測定された心拍と前記推定された心拍とを比較し、前記測定された心拍と前記推定された心拍とが互いに対応する場合、前記１次センサのサンプリング周波数及び／又は測定強度を減らすステップとを有する、方法。
7. ユーザの心拍をモニタするコンピュータプログラムであって、コンピュータに、請求項６に記載の方法のステップを実行させるための、コンピュータプログラム。

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