JP6506480B2 - 被検体による食べ物及び／又は飲み物の摂取をモニタリングするための装置 - Google Patents
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Description
本発明は被検体(a subject)をモニタリングする方法及び装置に関連し、特に被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングする方法及び装置に関連する。
食べ過ぎは肥満の主な原因である。多くの場合、人々は、自身の身体が日常的に必要とするものより多くのものを食べていることを常には意識していない。食べ過ぎが生じる場合、人は体重がかなり増加するまで実感せず、食事習慣を少し変更して状況を改善するには遅すぎることがしばしばある。
典型的には、事象(即ち、何時)及び量の観点から食品摂取のモニタリングが自己報告の日誌により行われるが、そのデータの質及び有効性は、その人の自制心と、日誌にそれらを記入するために各自が使える時間とにかかっている。
食品摂取をモニタリングすることが可能なデバイスが幾つか存在するが、これらは侵襲的及び/又は高コストであり、例えばマノメトリ、シンチグラフィ、超音波検査、胃筋電図記録(EGG)、安定同位体呼吸検査などのデバイスを含む。更に、この種のデバイスの利用は、特定の摂食障害の診断に関する専門的な設定に限定される傾向にある。
従って、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングするための非侵襲的で概して控えめなソリューションを提供する改善された方法及び装置を求めるニーズが存在する。
第1側面によれば、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングするための装置が提供され、装置は制御ユニットを有し、制御ユニットは、被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得する第1取得モジュール；外的に印加される磁場により被検体の身体に発生する渦電流の測定結果を取得する第2取得モジュール；1つ以上の生理学的特徴の各自それぞれの周波数に基づいて、1つ以上のフィルタリング・ステージそれぞれのカットオフ周波数を設定する設定モジュール；1つ以上の生理学的特徴に起因する信号成分を除去するために1つ以上のフィルタリング・ステージを利用して渦電流の測定結果をフィルタリングするフィルタリング・モジュール；及び食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理する処理モジュールを有する。
ある実施形態では、1つ以上の生理学的特徴は、心拍速度及び呼吸速度のうちの1つ以上を含む。
ある実施形態では、1つ以上のフィルタリング・ステージは1つ以上のローパス・フィルタリング・ステージを有する。
ある実施形態では、処理モジュールは、フィルタリングされた測定結果の或る時点での振幅を閾値と比較することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するように、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように構成される。
ある実施形態では、処理モジュールは、或る時点での振幅が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が腹部に存在する、と判断することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するように、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように構成される。代替的な実施形態では、処理モジュールは：被検体内の蠕動に関する信号を識別するためにフィルタリングされた測定結果を処理すること；及び、或る時点での振幅が閾値を上回り且つ蠕動に関する信号が身体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在する、と判断することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するように、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように更に構成される。
代替的な実施形態では、処理モジュールは、フィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を決定すること；及びフィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を閾値と比較することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように構成される。
ある実施形態では、処理モジュールは、その量が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が腹部に存在する、と判断することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように更に構成される。代替的な実施形態では、処理モジュールは、被検体内の蠕動に関する信号を識別するためにフィルタリングされた測定結果を処理すること；及び上記の量が閾値を上回り且つ蠕動に関する信号が身体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在する、と判断することによって、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果の処理を行うように構成される。
ある実施形態では、装置は、被検体内に渦電流を発生させる励起コイル；及び被検体内の渦電流を測定するための測定コイルを更に有する。
ある実施形態では、装置は、被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得する1つ以上の生理学的特徴センサを更に有する。
第2側面によれば、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングするための装置が提供され、装置は制御ユニットを有し、制御ユニットは：被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得すること；外的に印加される磁場により被検体の身体に発生する渦電流の測定結果を取得すること；1つ以上の生理学的特徴の各自それぞれの周波数に基づいて、1つ以上のフィルタリング・ステージそれぞれのカットオフ周波数を設定すること；1つ以上の生理学的特徴に起因する信号成分を除去するために1つ以上のフィルタリング・ステージを利用して渦電流の測定結果をフィルタリングすること；及び食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理することを行うように構成される。
第3側面によれば、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングする方法が提供され、本方法は：被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得するステップ；外的に印加される磁場により被検体の身体に発生する渦電流の測定結果を取得するステップ；1つ以上の生理学的特徴の各自それぞれの周波数に基づいて、1つ以上のフィルタリング・ステージそれぞれのカットオフ周波数を自動的に設定するステップ；1つ以上の生理学的特徴に起因する信号成分を除去するために1つ以上のフィルタリング・ステージを利用して渦電流の測定結果をフィルタリングするステップ；及び食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するステップを有する。
ある実施形態では、1つ以上の生理学的特徴は、心拍速度及び呼吸速度のうちの1つ以上を含む。
ある実施形態では、1つ以上のフィルタリング・ステージは1つ以上のローパス・フィルタリング・ステージを含む。
ある実施形態では、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するステップは、フィルタリングされた測定結果の或る時点での振幅を閾値と比較することを更に含む。
ある実施形態では、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するステップは、或る時点での振幅が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が腹部に存在する、と判断するステップを含む。代替的な実施形態において、上記の処理は、被検体内の蠕動に関する信号を識別するためにフィルタリングされた測定結果を処理するステップ；及び或る時点での振幅が閾値を上回り且つ蠕動に関する信号が身体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在する、と判断するステップを含む。
代替的な実施形態では、上記のステップは、フィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を決定するステップ；及びフィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を閾値と比較するステップを含む。
ある実施形態では、上記のステップは、上記の量が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が腹部に存在する、と判断するステップを含む。代替的な実施形態では、上記のステップは、被検体内の蠕動に関する信号を識別するためにフィルタリングされた測定結果を処理するステップ；及び上記の量が閾値を上回り且つ蠕動に関する信号が身体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が被検体の腹部に存在する、と判断するステップを含む。
第4側面によれば、そこに組み込まれたコンピュータ読み取り可能なコードを有するコンピュータ読み取り可能な媒体を有するコンピュータ・プログラム・プロダクトが提供され、コンピュータ読み取り可能なコードは、適切なコンピュータ又はプロセッサによる実行の際に、コンピュータ又はプロセッサが上記の何れかの方法を実行するように構成されている。
本発明の更なる理解のため、本発明がどのように実施されて良いかをより明確に説明するために、単なる一例として添付図面が参照される。
本発明の実施形態による装置のブロック図。
被検体により装着される本発明の実施形態による装置を示す図。
被検体及び装置を通る断面図。
本発明の実施形態による方法をフローチャートで示す図。
本発明の実施形態により決定される様々な生理学的特徴の測定結果、蠕動成分、及び食料摂取信号を示す図。
本発明の実施形態による方法をフローチャートで示す図。
食べ物は、被検体により噛み砕かれた後、食道を通過し、胃に入る。胃の中で食べ物は塩酸及び消化酵素(例えば、トリプシン)と混合され、食べ物の塊サイズを(例えば、1mm程度まで)小さくして腸での吸収を促すように、力学的な作用に委ねられる。胃からの食べ物は幽門弁を経て腸に渡されるが、これは時間をかけて徐々に行われる。ごく僅かな量の糜粥(chyme)(胃を後にした部分的に消化された食べ物)のみが、低い頻度(又は周波数)でその都度その弁を通過する。胃の中に食べ物又は糜粥が存在することは、身体のこの部分の電気的及び磁気的な特性を変化させる。特に、胃の中の食べ物の存在は、磁場により身体内で生成される渦電流の強度を、胃が空である場合に生成されるものから変化させる。
そこで、本発明は、被検体の身体部分(即ち、胃を含む部分)の磁気インダクタンスの変化を感知することにより、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングする。有利なことに、被検体の身体の外に配置されるコイル又はその他のコンポーネントにより、励起磁場が印加され、身体の外に配置される別のコイル又はその他のコンポーネントを利用して、渦電流が測定され、従って、本発明は非侵襲的である。
しかしながら、場合によっては(例えば、使用される食べ物及び/又は飲み物の種類及び/又は堆積に依存して)、食べ物及び/又は飲み物の存在に起因する磁気インダクタンスの変化が比較的小さい可能性があり、従って、磁場を印加すること、及び身体の外部にある測定コンポーネントを利用して渦電流を測定することにより、検出することは困難である可能性がある。
磁場により生成される渦電流は胃の周辺の組織(例えば、筋肉、血管等)においても生成されるので、渦電流は、胃の内部における変化に加えてその組織の組成における変化(changes in the composition of that tissue)によっても影響を受ける。例えば、心臓の鼓動に起因する測定領域(渦電流が生成及び測定される身体内の領域)内の血管体積における変化が、渦電流に影響を及ぼす可能性があり、なぜなら、被検体の呼吸に起因して胸部の体積が変化し得るからである。同様に、糜粥を腸に放出する胃の運動(蠕動として知られている)は、渦電流に影響を及ぼし得る。
概して、渦電流の測定結果は、(i)心臓の鼓動に起因する正弦波信号(通常、例えば0.6Hzより高い周波数にある)、(ii)呼吸に起因する正弦波信号(通常、例えば0.2Hzより高い周波数にある)、(iii)食べ物及び/又は飲み物が胃に存在する場合には胃の蠕動運動に起因する正弦波信号(通常、例えば0.05-0.06Hz付近の周波数にある)、(iv)身体の含有物/構成に起因する定常的な(DC)成分(例えば、組織及び流体に起因する成分)、及び(v)胃の中身とともに増加及び減少する成分を含むであろう。胃の中への食べ物及び/又は飲み物の摂取は、後者の成分を増やし、胃から腸への糜粥の移動は後者の成分を減らす。胃の中身に起因する成分は(心拍、呼吸、及び上記の蠕動成分とは異なり)周期的な成分ではなく、徐々に線形に又は階段状に変化することが可能である点に留意すべきである。
従って、食べ物及び/又は飲み物の検出(即ち、胃の中身とともに増加及び減少する成分の検出)の感度を増やすため、本発明は、(例えば、心拍速度及び/又は呼吸速度のような)渦電流の測定結果に影響を及ぼす被検体の生理学的特徴を測定し、その生理学的特徴に関連し得る渦電流成分を除去する。
図1は、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングするために使用されることが可能な本発明の実施形態による装置2のブロック図を示す。装置2は、装置2の動作を制御し且つモニタリング方法を実現することが可能な制御ユニット4を有する。概して、制御ユニット4は、生理学的特徴の周波数を決定し、フィルタリング・ステージのカットオフ周波数を設定し、生理学的特徴に起因する信号成分を除去するためにフィルタリング・ステージを利用して渦電流の測定結果をフィルタリングし、そして、食べ物及び飲み物が胃の中に存在するか否かをフィルタリングされた信号に基づいて判断するように、生理学的特徴の測定結果の処理を行うように構成されている。制御ユニット4は、以下に説明されるように、被検体を監視するために装置2を制御するように構成又はプログラムされるプロセッサ、処理ユニット、マルチコア・プロセッサ又はモジュールのうちの1つ以上を有することが可能である。
特定の実現例において、制御ユニット4は複数のソフトウェア及び/又はハードウェアモジュールを有することが可能であり、それら各々は、本発明の実施形態によるモニタリング方法の個々のステップを実行するように構成され又は実行するためのものである。そこで、制御ユニット4は(或いは、より一般的に言えば、装置2)は、第1取得モジュール6と、代2取得モジュール8と、設定モジュール10と、フィルタリング・モジュール12と、処理モジュール14とを有し、これら各々は図4のステップ101-109を実行するように求められる機能を実現することが可能であり、この点については以下において詳細に説明される。
装置2はプログラム・コードを保存するために使用されることが可能なメモリ・ユニット18を有することも可能であり、プログラム・コードは本願で説明される方法を実行するように制御ユニット4により実行されることが可能である。メモリ・ユニット18は、装置内の何らかのセンサにより生成又は取得された信号及び測定結果(又は尺度)を保存するために使用されることも可能である(装置は、渦電流を測定するための測定コイル22又は他のコンポーネント、及び生理学的特徴センサ24を含む)。
ある実施形態では、装置2は、制御ユニット4の制御の下で被検体内に渦電流を発生させる(又は誘発する)ための励起コイル20(或いは、磁場を生成する他のコンポーネント)、測定コイル22(或いは、被検体内の渦電流を測定するための他のコンポーネント)、及び/又は被検体の1つ以上の生理学的特徴を測定する1つ以上の生理学的特徴センサ24を有することが可能である。渦電流及び生理学的特徴の測定結果は、測定結果が取得されると(例えば、リアルタイムに)処理されることが可能であり、或いは、メモリ・ユニット18に保存されることが可能であり、制御ユニット4は過去に取得された測定結果をメモリ・ユニット18から後の時点で取り出して処理することも可能である。
代替的な実施形態では、励起コイル20、測定コイル22、及び/又は生理学的特徴センサ24は、(それらのコンポーネントに対する適切な制御回路とともに)装置2から分離されることが可能であり、渦電流の測定結果及び/又は生理学的特徴の測定結果は、以後の分析のために、例えば有線又は無線コネクションを経て装置2へ提供されることが可能である。
ある実施形態では、制御ユニット4(従って、装置2)は、それを有することが可能なスマート・フォン又はその他の汎用コンピューティング・デバイスの一部分であっても良く、生理学的特徴センサ及び測定コイル22に接続されていても良く、或いは生理学的特徴センサ及び測定コイル22から測定信号を受信するように接続されていても良いが、別の実施形態では、装置2は、被検体の胃の中の食べ物及び/又は飲み物の存在を確認するために、被検体をモニタリングする目的に特化されている装置であるとすることが可能である。制御ユニット4がスマート・フォン又は他の汎用コンピューティング・デバイスの一部分である実施形態では、モニタリングされる生理学的特徴に依存して、センサ24は、スマート・フォンに統合されているセンサ、或いは、スマート・フォントは別個であって処理及び分析のためにスマート・フォン/コンピューティング・デバイスへセンサ信号/測定結果を(例えば有線又は無線コネクションを介して)提供することが可能なセンサであるとすることが可能である。
生理学的特徴センサ24は、被検体の1つ以上の生理学的特徴を測定する。ある実施形態では、生理学的特徴は心拍であり、従って、生理学的特徴センサ24は心拍を測定することが可能な又は相応しい任意のセンサであるとすることが可能である。従って、生理学的特徴センサ24は、加速度計、心電計(ECG：an electrocardiogram)(例えば、複数の電極を含む)、光電脈波計(PPG：a photoplethysmogram)、マイクロフォン等のような心拍センサであるとすることが可能である。ある実施形態では、生理学的特徴は呼吸速度(又は呼吸数)であり、生理学的特徴センサ24は呼吸速度を測定することが可能な又は相応しい任意のセンサであるとすることが可能である。従って、生理学的特徴センサ24は、加速度計、心電計(ECG)、ひずみゲージ(被検体の呼吸のような胸部周辺の変動を測定するもの)、マイクロフォン等のような呼吸速度センサであるとすることが可能である。生理学的特徴センサ24の出力は生理学的特徴に関する時系列の値又は「処理前(raw)」測定結果(例えば、加速度の測定結果)であっても良く、処理前測定結果は、生理学的特徴に関する時系列の値を決定するために制御ユニット4により処理される。
ある実施形態では複数の生理学的特徴の測定が可能であり、またそれらの生理学的特徴を測定するために単独の生理学的特徴センサが利用可能であることが認められるであろう。例えば、被検体の上半身に装着されている加速度計からの測定信号は、心拍速度及び呼吸速度を決定するように処理されることが可能である。代替的に、ECGの信号が、心拍速度及び呼吸速度を決定するように分析されることが可能である。
ある実施形態では、装置2は温度センサを更に有し、温度センサは、消化に関連する温度の変化を測定するために胃の近辺で被検体の身体に装着される。
図1は本発明の一側面を説明するために必要とされるコンポーネントを示しているに過ぎず、実際の実現例では装置2は図示のものに対して追加的なコンポーネントを有するであろうということが、認められるであろう。例えば、装置2は、装置2を給電するバッテリ又はその他の電源、或いは主電源に装置2を接続する手段、及び/又は、生理学的特徴の測定結果及び/又は非検体の渦電流の測定結果が装置2のベース・ユニット又はリモート・コンピュータへ連絡されることを可能にする通信モジュールを有していても良い。装置2は少なくとも1つのユーザ・インターフェース・コンポーネントを有しても良く、そのユーザ・インターフェース・コンポーネントは、被検体又は装置2の他のユーザ(例えば、家族又はヘルスケア提供者)に、本発明による方法から得られる情報を提供する。例えば、ユーザ・インターフェース・コンポーネントは、食べ物及び/又は飲み物が、被検体の胃の中に存在するか否かの指示、或いは、選択された時間に胃の中に存在していたか否かの指示を提供することが可能である。代替的又は追加的に、ユーザ・インターフェース・コンポーネントは、食べ物及び/又は飲み物が或る時間インターバルにわたって胃の中に存在していたことの指示を提供することが可能である。ユーザ・インターフェース・コンポーネントは、上記の情報を提供することに相応しい任意のコンポーネントを有することが可能であり、例えば、ディスプレイ・スクリーン又はその他の視覚的なインジケータ、スピーカ、1つ以上の照明、触覚的なフィードバック(例えば、振動機能)を提供するコンポーネントのうちの任意の1つ以上であるとすることが可能である。
更に、ユーザ・インターフェース・コンポーネントは、被検体又は装置2の他のユーザが、装置2と相互作用すること及び/又は装置2を制御することを可能にする何らかの手段である又はその手段を有する。例えば、ユーザ・インターフェース・コンポーネントは、装置2及び/又はモニタリング・プロセスをアクティベート及びデアクティベートするためのスイッチ、ボタン、又はその他の制御手段を有することが可能である。
図2は被検体30により装着される本発明による装置2を示す。この実施形態において、装置2はストラップ32又は他の形態の取り付け手段を有し、ストラップ32等は、装置2が被検体の身体の周辺部に保持されることを可能にし、それにより、励起コイル20が胃を含む身体部分に磁場を印加し、測定コイル22がその身体部分で生じる渦電流を測定できるようにする。装置2は様々な形態で取り付けられて良い。
図3は、被検体30に装置2を維持するためにストラップ32を利用する本発明に従って装置2を装着している被検体30の断面図を示す。胃を通る断面図が、渦電流36とともに示されており、渦電流36は、励起コイル20により生じる磁場により誘導され、測定コイル22により測定される。励起コイル20及び測定コイル22は概して被検体30の身体を挟んで反対側に配置されるように描かれているが、コイル20，22は被検体30の同じ側に配置されることも可能であることが認められるであろう(ただし、後者の場合、測定コイル20において、励起コイル20からのクロストークの影響を避けるためにそれらの位置関係に配慮しなければならない)。
図4は本発明に従って被検体30による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングする方法を示す。本方法は概して制御ユニット4の制御により又はその制御の下で実行されることが可能である。
第1ステップにおいて、ステップ101は第1取得モジュール6により実行又は実現されることが可能であり、被検体30の1つ以上の生理学的特徴の測定結果が取得される。これらの測定結果は、生理学的特徴センサ24から直接的に取得されることが可能であるし、或いはメモリ・ユニット18から取り出されることも可能である。測定結果は典型的には或る時間期間(例えば、数秒間、数分間など)をカバーする。上述したように、生理学的特徴センサ24の出力は、生理学的特徴の値又は「処理前」測定結果(例えば、加速度の測定結果)の時系列であっても良い。後者の場合、ステップ101は処理前測定結果を処理して生理学的特徴の測定結果を決定することを含んでも良い。好ましい実施形態では、生理学的特徴は心拍速度及び/又は呼吸速度であるとすることが可能であり、生理学的特徴の測定結果は周波数(例えば、一分当たりの鼓動、一分当たりの呼吸など)として表現されることが可能である。
第2ステップにおいて、ステップ103は第2取得モジュール8により実行又は実現されることが可能であり、外的に印加される磁場により被検体30の身体に発生する渦電流の測定結果が取得される。これらの測定結果は、測定コイル22から直接的に取得されることが可能であるし、或いはメモリ・ユニット18から取り出されることも可能である。渦電流の測定結果は、かなりの期間(例えば、数時間、数日間など)をカバーしても良い。測定結果が測定コイル22から直接的に取得される場合、本方法は、励起コイル20を利用して(例えば、励起コイル20に電流を供給することにより)被検体30に磁場を発生させることを含んでも良い。
好ましくは、被検体30の1つ以上の生理学的特徴の測定結果は、渦電流の測定結果と同時に又は同様な時点で生成される。
次に、設定モジュール10により実行又は実現されることが可能なステップ105においては、測定された生理学的特徴の各々に関し、フィルタリング・ステージにおけるカットオフ周波数が、その生理学的特徴の測定結果に基づいて設定される。胃の中身とともに増減する信号成分と蠕動成分とは、生理学的特徴(例えば、心拍速度及び/又は呼吸速度)より低い周波数を有する信号であるので、フィルタリング・ステージは、好ましくは、カットオフ周波数未満の信号成分を通すように入力信号についてのローパス・フィルタリングを実行し、それにより、カットオフ周波数を上回る周波数を有する信号成分を除去する。ある実施形態では、カットオフ周波数は生理学的特徴の値に設定されることが可能である(例えば、カットオフ周波数は、測定された心拍速度又は呼吸速度に設定される)。しかしながら、生理学的特徴の値はセンサ信号から測定(又は推定)され、生理学的特徴の値は時間経過とともに緩やかに変動し得るので、カットオフ周波数は、生理学的特徴の渦電流測定結果に対する寄与が除外されることを保証する値に設定されることが好ましい。従って、ある実施形態では、カットオフ周波数は、所定の幾らか(小さな)オフセットだけ小さい生理学的特徴の値に設定されることが可能である。例えば、そのオフセットは0.05Hz又は0.1Hzであるとすることが可能である。
ある実施形態では、生理学的特徴それぞれに対する測定結果に基づいて設定される各フィルタリング・ステージのカットオフ周波数とともに、測定された生理学的特徴それぞれについてフィルタリング・ステージが存在し得る。しかしながら、好ましくは、単独のフィルタリング・ステージが存在し、そのフィルタリング・ステージのカットオフ周波数は、測定された生理学的特徴に関連する周波数のうちより低いものに基づいて設定される。例えば、心拍速度及び呼吸速度が測定される場合、2つの生理学的特徴のうち低い方が、ローパス・フィルタリング・ステージのカットオフ周波数を設定するために使用される。
ある実施形態では、ローパス・フィルタを利用する代わりに、生理学的特徴の測定値に基づく1つ又は複数のストップ・バンド(例えば、複数の生理学的特徴が測定される場合)を有する帯域阻止フィルタを利用することが可能である。
カットオフ周波数(1つ以上)がステップ105で設定されると、1つ以上の生理学的特徴に起因する信号成分を除去するために、ステップ107において、渦電流の測定結果はフィルタリング・ステージを利用して選別される。ステップ107はフィルタリング・モジュール12により実行又は実現されることが可能である。
フィルタリングされた測定結果は、食べ物及び/又は飲み物が被検体の胃の中に存在するか否かを判断するために処理される(ステップ109)。ステップ109は、処理モジュール14により実行又は実現されることが可能である。
簡易な実施形態では、ステップ109は、特定の時点におけるフィルタリングされた信号の振幅を確認し、その振幅を閾値と比較することを含むことが可能である。例えば、その時点での信号の振幅が閾値を上回る場合、特定のその時点で被検体の胃の中に食べ物及び/又は飲み物が存在していた、と判断することが可能である。
渦電流の測定結果におけるドリフトの影響を減らす、より好ましい実施形態では、ステップ109は、フィルタリングされた信号の振幅が(例えば、数秒間、1分間などのような継続期間を有する)所定の時間ウィンドウにわたって変動した量を決定し、その変動量を閾値と比較することを含む。当業者はその量が決定され得る方法を把握しており、例えばその量は時間ウィンドウ内での最大及び最小の振幅の間の差分として決定されることが可能であり、或いは、その量は時間ウィンドウの開始時の振幅と時間ウィンドウの終了時の振幅との間の差分として決定されることが可能である。振幅が時間ウィンドウ中に閾変動量より多く増加している場合、食べ物及び/又は飲み物が胃の中に存在する、と判断されることが可能である。振幅が時間ウィンドウ中に閾変動量より多く減少している場合、食べ物及び/又は飲み物はもはや胃の中に存在しない、と判断されることが可能である。
他の実施形態では、ステップ109は、機械学習技術を利用して、フィルタリングされた渦電流信号を分析し、食べ物及び/又は飲み物が胃に入った及び/又は胃を後にしたことを決定することを含むことが可能である。この種の技術により、胃の中の食べ物及び/又は飲み物の存在は、フィルタリングされた(時間依存する)渦電流信号から、或いは、フィルタリングされた(時間依存する)渦電流信号から抽出される特徴から、推測されることが可能である。
ある実施形態では、ステップ109は、蠕動に関連する信号を識別するように、フィルタリングされた測定結果を処理することを含むことが可能である。例えば、身体の中身/構成に起因する一定の(DC)成分、及び、胃の中身とともに増減する成分から、蠕動に起因する概ね周期的な信号を分離するために、フィルタリングされた渦電流の測定結果の周波数分解が実行されることが可能である。蠕動に起因する信号の分離の後に、食べ物及び/又は飲み物の摂取に起因する増加分(an increment)が生じたか否かを判断するために、残りの渦電流信号の信号成分は、(例えば、上記のより好ましい実施形態と同様な方法で)信号の先行する部分と比較されることが可能である。代替的に、上述したように、ある実施形態では、蠕動に起因する信号の分離の後に、食べ物及び/又は飲み物が被検体の胃の中に存在するか否かを識別するために、残りの渦電流の信号成分の振幅が閾値と比較されることが可能である。
上記の実施形態では、蠕動成分は渦電流の測定結果から効果的に除去されること、及び胃に入る食べ物及び/又は飲み物に符合する増加分が存在するか否かを判断するために、残りの測定結果が処理されることが、認められるであろう。しかしながら、好ましい実施形態では、食べ物及び/又は飲み物が胃に存在する旨の判断は、蠕動に起因する概ね周期的な信号(即ち、蠕動が生じていること)及び時間ウィンドウにわたる残りの渦電流信号成分の増加(或いは、渦電流信号の振幅が閾値を上回ること)の双方の検出を条件とすることが可能である。
図5は、本発明に従う処理による、例示的な生理学的特徴、及び、食べ物及び/又は飲み物が胃に存在するか否かを表す信号を示す。図5(a)-(d)の各々において、x軸は時間(秒)を表し、y軸は関連する信号の正規化された振幅を表す。即ち、図5(a)は1Hzの周波数(即ち、1分間に60回の鼓動)を有する心拍速度信号であり、図5(b)は0.2Hzの周波数(即ち、1分間に12回の呼吸)を有する呼吸速度信号である。上述したように、図5(a)及び(b)における生理学的特徴に関連する周波数は、その生理学的特徴に起因する渦電流成分を除去するために、フィルタリング・ステージ(又はそれぞれのフィルタリング・ステージ)で使用される。図5(c)は、フィルタリングされた渦電流信号から導出される蠕動信号であり、蠕動は、約8秒の時点で始まり、約0.05Hzの周波数(即ち、1分間に約3回の収縮)で、残りの測定期間の間継続する。図5(d)は、蠕動成分の分離後に残りの渦電流測定結果から得られる食品摂取信号を示し、この場合において、0の値は胃袋に食べ物が無いことを表し、1の値は胃袋に食べ物が存在することを表す。従って、この例では8秒ないし15秒の間に、食べ物が胃に到達することに起因する信号の増加があることが分かる。
図4の方法は頻繁に、準継続的に又は継続的に実行されることが可能であることが認められ、その場合において、食べ物及び/又は飲み物が摂取される時点、食べ物及び/又は飲み物が摂取される期間、及び/又は胃が空である時間を検出することが可能であるかもしれない。
ある実施形態では、以下で更に詳細に説明されるように、胃の導電性(the conductivity of the stomach)が増加又は減少したか否かを識別するために(増加は食べ物及び/又は飲み物の摂取を示し、減少は糜粥が腸に移動したことを示す)、フィルタリングされた測定結果が処理されることが可能である。場合によっては、フィルタリングされた測定結果は導電性の測定結果に処理されることが可能であるが、別の場合には、分析部が、フィルタリングされた現在の測定結果を直接的に操作することが可能である。ある実施形態では、摂取された食べ物及び/又は飲み物の量は、導電性の変動の大きさに基づいて推定されることが可能である。
生体組織における渦電流密度→Jは、以下の拡散方程式に支配される：
上述したように、胃の領域内の生体媒体(the biological medium)は、基本的には、(i)心拍(心拍の鼓動に起因する血管の収縮及び緩和)；(ii)呼吸(横隔膜筋の運動、及び胸腔の運動)；(iii)蠕動(胃袋からの糜粥を押し出す消化管の筋肉の収縮及び緩和)；及び(iv)食べ物及び/又は飲み物の導入(the introduction of food and/or drink)(媒体は、胃に存在する糜粥及び生体組織の電気的及び磁気的な特性の組み合わせを示す)に起因して変化する。食べ物及び/又は飲み物が摂取されていない場合(及び何らかの過去に摂取された食べ物及び/又は飲み物が胃袋から移動している場合)、(iii)及び(iv)の要因は存在せず、渦電流に影響を及ぼさないであろう。
上述したように、渦電流における上記の(i)、(ii)及び(iii)の影響は(電流が生成される媒体の体積の変化に起因して)容易に理解可能であるが、(iv)は幾何学的及び電気力学的な変化の組み合わせを通じて渦電流に影響を及ぼす。幾何学的な変化は、胃の中に食べ物及び/又は飲み物が存在することに起因し、電気力学的な変化は消化プロセスに起因する。この生体プロセスの間に、胃は、以下のようにして媒体の導電性に影響を及ぼす多くの酸(高いH+濃度を有する)を解放する：
ステップ109における処理の結果は、装置2のユーザ・インターフェース・コンポーネントを利用して、被検者又は装置2の他のユーザ(例えば、ヘルスケア提供者)に提示されることが可能である。結果は、適切な任意の又は所望の形式で提示されることが可能である。例えば、結果は、食べ物及び/又は飲み物が胃に存在するか否かの指標(an indication)、或いは、食べ物及び/又は飲み物が被検体によって摂取されているか否かの指標として提示されることが可能である。指標は、光又は他の視覚的なインジケータのような簡易な形式で提供されることが可能であり、或いは、記載された又は話されるメッセージとして提示されることが可能であり、或いは、図式的なフォーマットで提示されることが可能であり、おそらくその図は食べ物が摂取されている/食べ物が胃に存在していた時間を示している。
実施形態では、生理学的特徴の測定結果(或いは、生理学的特徴センサ24からの測定結果)は、その時間に渦電流を測定及び/又は分析するのに有用であるか否かを判断するために使用されることが可能である。例えば、被検体が運動している場合、或いは肉体的に極めて活動的である場合、その間には食事をしない傾向があり、従って、生理学的特徴の測定結果は、被検体が活動中であるか否かを判断するために分析されることが可能であり(例えば、心拍が心拍閾値を上回り及び/又は呼吸速度が呼吸速度閾値を上回る場合、被検体は活動中であると考えられる)、その場合、制御ユニット4は、励起コイル20を利用して磁場を生成することを停止し、及び/又は、渦電流のうちの、高い活動度に関連するセグメントについての処理を停止するであろう。被検体が身体的にさほど活動的でないと判断される場合(例えば、心拍が心拍閾値未満であり、呼吸速度が呼吸速度閾値未満である場合)、制御ユニット4は、磁場を生成するように励起コイル22を制御し、測定コイル22を利用して渦電流を測定し、及び/又は、低い活動レベルに関連する渦電流の測定結果のセグメントの処理を開始/継続する。追加的又は代替的に、被検体の身体的な活動レベルの測定結果は、加速度計を利用して取得されることが可能である(加速度計は、生理学的特徴を測定するために使用されるものと同じ加速度計であっても良いし、或いは別個の又は追加的な加速度計であっても良い)。(例えば、加速度計の測定結果の大きさを分析することにより取得されることが可能な)身体的な活動レベルが閾値と比較される場合において、身体的な活動レベルが閾値を上回る場合、制御ユニット4は、励起コイル20を利用して磁場を生成することを停止し、及び/又は、高い活動レベルに関連する渦電流の測定結果のセグメントの処理を停止する。
追加的又は代替的に、食べ物及び/又は飲み物が存在する場合(消化プロセスに起因して)胃の温度は上昇傾向にあるので、胃の領域の温度が温度センサにより測定され、温度が温度閾値を上回る場合に(例えば、約40°Cより高い場合に)、磁場の生成及び渦電流の、測定がトリガされることが可能である。
食べ物及び/又は飲み物が胃に入ったことに起因するかもしれない変化を判断するために、渦電流の測定結果が或る時間ウィンドウにわたって分析される実施形態では、被検体がその時間ウィンドウの間中、同じ姿勢にあったか否かを検査することが望ましいかもしれない。特に、これが有用であるのは、渦電流の測定結果が被検体の姿勢の変化により影響をうけ得るからである。例えば、姿勢は、加速度計の軸に対する重力加速度ベクトルの向き(方向)を分析することにより、加速度計(生理学的特徴と測定するために使用される加速度計と同じあっても良いし、或いは、装置2に含まれる別の加速度計であっても良い)を利用して決定されることが可能である。代替的に、ジャイロスコープ又は他のタイプのセンサが姿勢を決定するために使用されることが可能である。
図6は本発明の実施形態による特定の方法を示す。この実施形態では、心拍及び呼吸速度を測定するためにECGが利用され、モニタリング・プロセスの開始をトリガするために温度センサが使用されている。
ブロック121において、胃の領域の温度(T)を測定する温度センサから(ブロック123)、データ/測定結果が取得される。この温度Tは、胃で消化が行われているか否かを判断するために使用される温度閾値と比較される(ブロック125)。閾値は40°Cであるとすることが可能であるが、他の値の使用も可能である。Tが閾値未満である場合、温度は、閾値を超えるまで監視される。Tが閾値を超えると、ブロック121はECGセンサからのECG測定結果/データ(ブロック127)及び渦電流の測定結果(磁気インダクタンス(MI)信号として示されている)(ブロック129)を収集する。
心拍速度及び呼吸速度を決定するためにECG信号の周波数分析が実行され(ブロック131)、これらの速度(周波数)は、上記のステップ107でのように、MI信号から心拍及び呼吸速度の成分を選別するために使用される(ブロック133)。フィルタリングされた信号は、食べ物の存在、食べ物の消化、及び運動性(motility)に関する情報を決定するために分析される(ブロック135)。選択的に、この情報は被験者又は装置2の別のユーザに表示されることが可能である。
従って、被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングするための非侵襲的で概して控えめなソリューションを提供する改善された方法及び装置が提供される。
開示される実施形態に対する変形例は、本開示、特許請求の範囲及び図面を学習することにより、請求項に係る発明を実施する当業者に理解及び把握されることが可能である。特許請求の範囲において、「有する又は含む(comprising)」という言葉は他のエレメント又はステップを排除しておらず、「或る(“a” or “and”)」という不定冠詞的な語は複数個を排除していない。1つのプロセッサ又は他のユニットが、特許請求項の範囲に記載される複数の事項の機能を実行しても良い。所定の複数の事項が互いに異なる従属請求項に記載されているという唯それだけの事実は、これらの事項の組み合わせが有益に利用できないことを意味するものではない。コンピュータ・プログラムは、例えば他のハードウェアとともに又はその一部分として提供されるソリッド・ステート媒体又は光ストレージ媒体のような適切な媒体に保存又は分散されて良いが、例えばインターネット又はその他の有線又は無線通信システムにより、他の形態で分配されても良い。特許請求の範囲における如何なる参照符号も範囲を限定するように解釈されるべきではない。
Claims (10)
- 被検体による食べ物及び/又は飲み物の摂取をモニタリングする装置であって、制御ユニットを有し、前記制御ユニットは：
前記被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得するように構成される第1取得モジュール；
外的に印加される磁場により前記被検体の身体に発生する渦電流の測定結果を取得するように構成される第2取得モジュール；
前記1つ以上の生理学的特徴の各自それぞれの周波数に基づいて、1つ以上のフィルタリング・ステージそれぞれのカットオフ周波数を設定するように構成される設定モジュール；
前記1つ以上の生理学的特徴に起因する信号成分を除去するために前記1つ以上のフィルタリング・ステージを利用して前記渦電流の測定結果をフィルタリングするように構成されるフィルタリング・モジュール；及び
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように構成される処理モジュール；
を有する、装置。 - 前記1つ以上の生理学的特徴は、心拍速度及び呼吸速度のうちの1つ以上を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記処理モジュールは：
前記フィルタリングされた測定結果の或る時点での振幅を閾値と比較することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように構成される、請求項1又は2に記載の装置。 - 前記処理モジュールは：
前記或る時点での振幅が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が前記腹部に存在する、と判断することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように構成される、請求項3に記載の装置。 - 前記処理モジュールは：
前記被検体内の蠕動に関する信号を識別するために前記フィルタリングされた測定結果を処理すること；及び
前記或る時点での振幅が閾値を上回り且つ前記蠕動に関する信号が前記被検体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在する、と判断することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように更に構成される、請求項3に記載の装置。 - 前記処理モジュールは：
前記フィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を決定すること；及び
前記フィルタリングされた測定結果の振幅が所定の時間ウィンドウにわたって変化した量を閾値と比較することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように構成される、請求項1又は2に記載の装置。 - 前記処理モジュールは：
前記量が閾値を上回る場合に食べ物及び/又は飲み物が前記腹部に存在する、と判断することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように更に構成される、請求項6に記載の装置。 - 前記処理モジュールは：
前記被検体内の蠕動に関する信号を識別するために前記フィルタリングされた測定結果を処理すること；及び
前記量が閾値を上回り且つ前記蠕動に関する信号が前記被検体内で蠕動が生じていることを示す場合に、食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在する、と判断することによって、
食べ物及び/又は飲み物が前記被検体の腹部に存在するか否かを判断するために、フィルタリングされた測定結果を処理するように構成される、請求項6に記載の装置。 - 前記装置は：
前記被検体内に渦電流を発生させる励起コイル；及び
前記被検体内の前記渦電流を測定するための測定コイル；
を更に有する、請求項1ないし8のうち何れか一項に記載の装置。 - 前記装置は：
前記被検体の1つ以上の生理学的特徴の測定結果を取得する1つ以上の生理学的特徴センサ；
を更に有する、請求項1ないし9のうち何れか一項に記載の装置。
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