JP6619739B2 - 心臓のモニタリングシステム - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザーのバイタルサインをモニタリングすることに関し、特に独立請求項の前文に規定する、対象の心臓の働きをモニタリングするためのシステム、方法およびコンピュータプログラム製品に関する。
心臓は、小部屋で形成された中空の組織であり、これらの小部屋は、その長さや形状を変化させる収縮を起こすことができる。心臓は、周期的収縮により、心臓血管系と呼ばれる動脈と静脈のネットワークを通じてポンプのように血液を送り出す。図1に示すように、人の心臓は、4つの部屋を含み、これらは中隔によって右側(右心房RAと右心室RV)と左側(左心房LAと左心室LV)に分割されている。心拍周期中、右心房RAは、静脈から血液を受け取り右心室に送り込み、右心室RVは、酸素供給のために血液を肺に送り込む。左心房LAは、酸素供給を受けた血液を肺から受け取り、左心室LVに送り込み、左心室LVは、血液を静脈に送り込む。心尖部APは、左心室LVの下外側部によって形成される部分である。
本発明の目的は、先行技術の欠点の少なくとも1つを取り除き、あるいは少なくとも軽減する、心臓の働きをモニタリングする非侵襲のソリューションを提供することである。本発明の目的は、独立請求項の特徴部分に従うシステム、方法およびコンピュータプログラム製品を用いて実現される。
以下に、好ましい実施態様に関連して、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
下記の各実施態様は例示である。明細書中において「或る」、「1つの」または「いくつかの」実施態様ということがあるが、これは、必ずしもこれらの語による言及が同じ実施態様を意味したり、特徴が1つの実施態様にのみ適用されることを意味したりするものではない。異なる実施態様の特徴を1つずつ組み合わせて更なる実施態様を提供してもよい。
y(t)=(1−k)*y(t−1)+k*x(t) (1)
式中、
y(t)は、時間ステップtにおけるフィルタされた信号の値であり、
y(t−1)は、時間ステップ(t−1)におけるフィルタされた信号の値であり、
xは、時間ステップtにおけるフィルタされない信号の値であり、
kは、フィルタ係数である。
フィルタリングは、また、あるいは代替的に、多項式フィッティング(例えば、Savitzky−Golayフィルタを用いたコンボリューション(convolution))を適用してもよい。
s1 = mx1 − mn1
s2 = mx2 − mn1
s3 = mx2 − mn2
s4 = mx3 − mn2
等。
C(j) = E{(TD - μT) × (PD - μP)}
式中、C(j)は、相関係数であり、Eは期待値の演算子(即ち、E{変数}は、変数の期待値)であり、TDはタイミングデータであり、μTはタイミングデータの平均であり、PDはペーシングデータであり、μPはペーシングデータの平均であり、そしてjは心拍期間におけるタイミングデータに対するペーシングデータのタイムラグを表現する整数である。観察結果(empirical results)に照らすと、ペーシングデータPDがタイミングデータTDに対して1心拍期間の遅れを有する(即ち、j=1)のが有利である。この場合、タイミングデータTDが所定の心拍期間に関係する時は、対応するペーシングデータPDは、先の心拍期間に関係する。相関関数は、常に−1から+1の範囲についてσT,Pの形式で表現できる。
σT,P = C(j) / (σT × σP)
式中、σTおよびσPは、それぞれ、タイミングデータおよびペーシングデータからの標準偏差である。
RMSp−p - AVEp−p
であり得る。
式中、RMSp−pは、検出したピーク・ツー・ピーク値の二乗平均平方根(root−mean−square;RMS)であり、AVEp−pは、心血管の回転を示す信号の検出したピーク・ツー・ピーク値の相加平均である。他の例として、振幅変動の強さは、検出したピーク・ツー・ピーク値の標準偏差を用いて表現し得る(即ち、振幅変動量は、心血管の回転を示す信号の検出したピーク・ツー・ピーク値の標準偏差であり得る)。
Claims (45)
- 心臓モニタリングシステムであって、前記心臓モニタリングシステムが、
コリオリ効果を利用するジャイロスコープであって、対象の胸部の外側に非侵襲的に装着され、かつ、その位置において前記対象の前記胸部の回転反跳運動を示す角度心弾動信号を取得するように構成されている前記ジャイロスコープを有することを特徴とし、前記回転反跳運動が、前記対象の心拍周期における前記対象の心臓の回転に応答して起こり、
信号処理手段であって、前記角度心弾動信号から前記対象の前記心拍周期の間における、前記心臓の半径方向の配向における位置、前記心臓の角速度または前記心臓の角加速度を示す出力パラメータの測定値を生成するように構成されている前記信号処理手段を有することを特徴とする
心臓モニタリングシステム。 - センサユニットであって、前記ジャイロスコープを有する前記センサユニットと、
制御ユニットであって、前記センサユニットに連結されて前記角度心弾動信号を受け取る前記制御ユニットと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記制御ユニットが、前記センサユニットに通信的に連結されて前記角度心弾動信号を受け取るものである
ことを特徴とする請求項2に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記ジャイロスコープが、回転軸に平行な検知方向における回転運動を検知するように構成されており、
前記センサユニットの前記検知方向が、前記対象の身体の対称面に位置合わせされるように構成されている
ことを特徴とする請求項2または3に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記対象が、人であり、かつ前記対称面が前記人の対象の矢状面である
ことを特徴とする請求項4に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記システムが、モバイルコンピューティングデバイスである
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記システムが、前記制御ユニットに通信的に連結されている遠隔ノードを含む
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記角度心弾動信号から、前記対象の前記心臓の心拍間隔時間または心拍数を表す測定値を生成するように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記角度心弾動信号から、前記対象の前記心臓の大動脈の閉口または大動脈の開口を表す測定値を生成するように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記角度心弾動信号から、前記対象の他の生体の働きを表す測定値を生成するように構成されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記生体の働きが呼吸である
ことを特徴とする請求項10に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記制御ユニットが、対象の角度心弾動信号または前記対象の前記角度心弾動信号から生成した測定値を局所または遠隔のデータベースに保存するように構成されている
ことを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記制御ユニットが、新しい測定値と選択した保存情報とを比較し、かつ前記保存情報からの新しい値のズレが予め定義された閾値を超える場合は、警告を作成するように構成されている
ことを特徴とする請求項12に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、
前記角度心弾動信号の振幅変動を決定し、
前記角度心弾動信号の前記決定した振幅変動から、出力パラメータの測定値を生成するように構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記角度心弾動信号上の前記心拍数について繰り返す波形パターンから前記振幅変動を決定して、前記振幅変動が前記振幅の2以上の増加および前記振幅の2以上の減少を含むように構成されている
ことを特徴とする請求項14に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記角度心弾動信号上の前記心拍数について繰り返す大動脈の開口(AO)波形パターンから前記振幅変動を決定するように構成されている
ことを特徴とする請求項15に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、
心臓の活動に関係する電磁現象を示す信号から、心拍数について繰り返す第1の波形パターンを抽出し、
前記角度心弾動信号から、前記心拍数について繰り返す第2の波形パターンを抽出し、
タイミングデータであって、その値が1心拍期間に属する前記第1の波形パターンの基準点から、同じ前記心拍期間に属する前記第2の波形パターンの基準点までの期間を示している、前記タイミングデータを形成し、
前記タイミングデータを使用して出力パラメータの測定値を生成する
ように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、
前記タイミングデータと前記心拍数を示すペーシングデータとの間の相関関係を決定し、
前記相関関係を使用して、出力パラメータの測定値を生成する
ように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、
連続する心拍期間の間の前記タイミング値における確率的変動を決定し、
前記確率的変動を使用して、出力パラメータの測定値を生成する
ように構成されていることを特徴とする請求項17に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記信号処理手段が、前記出力パラメータを使用して前記対象の異常な心臓の働きを示す
ように構成されていることを特徴とする請求項14〜19のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記心臓の異常な働きが、心房性期外収縮または心房細動に起因する
ことを特徴とする請求項20に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記センサユニットが、前記対象の胴体上部の胸の部分に配置されるように構成されている
ことを特徴とする請求項2〜5、12および13のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 前記センサユニットが、前記対象の胴体上部の裏側の部分に配置されるように構成されている
ことを特徴とする請求項2〜5、12および13のいずれか一項に記載の心臓モニタリングシステム。 - 対象の心臓をモニタリングするための方法であって、前記方法が、
前記対象の胸部の外側の位置に、コリオリ効果を利用するジャイロスコープを非侵襲的に装着することを有し、
その位置において、前記対象の前記心臓の回転に応答する、前記対象の前記胸部の回転反跳運動を示す角度心弾動信号を取得することを有し、前記回転反跳運動が、前記対象の心拍周期における前記対象の心臓の回転に応答して起こり、
前記角度心弾動信号から、前記対象の前記心拍周期の間における、前記心臓の半径方向の配向における位置、前記心臓の角速度または前記心臓の角加速度を示す出力パラメータの測定値を生成することを有する
方法。 - 前記角度心弾動信号を前記センサユニットに通信的に接続された制御ユニットに送ること
を含む請求項24に記載の方法。 - 回転軸に平行な検知方向において、回転運動を検知することと、
前記検知方向を前記対象の身体の対称面に位置合わせすることと
を含む請求項24または25に記載の方法。 - 前記対象が人であり、かつ前記対称面が前記人の対象の矢状面である
ことを特徴とする請求項26に記載の方法。 - 前記測定値を前記制御ユニットに通信的に連結された遠隔ノードに送ること
を含む請求項25〜27のいずれか一項に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号から、前記対象の前記心臓の心拍間隔時間または心拍数を表す測定値を生成すること
を特徴とする請求項24〜28のいずれか一項に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号から、前記対象の前記心臓の大動脈の閉口または大動脈の開口を表す測定値を生成すること
を特徴とする請求項24〜28のいずれか一項に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号から、前記対象の他の生体の働きを表す測定値を生成すること
を特徴とする請求項24〜28のいずれか一項に記載の方法。 - 前記生体の働きが呼吸である
ことを特徴とする請求項31に記載の方法。 - 対象の角度心弾動信号または前記対象の前記角度心弾動信号から生成した測定値を局所または遠隔のデータベースに保存すること
を特徴とする請求項24〜32のいずれか一項に記載の方法。 - 新しい測定値と選択した保存情報とを比較することと、前記保存情報からの新しい値のズレが予め定義された閾値を超える場合は、警告を作成することと
を特徴とする請求項33に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号の振幅変動を決定することと、
出力パラメータの測定値を前記角度心弾動信号の前記振幅変動から生成することと
を特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号についての前記心拍数について繰り返す波形パターンから前記振幅変動を決定して、前記振幅変動が前記振幅の2以上の増加および前記振幅の2以上の減少を含むようにする
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 前記角度心弾動信号上の前記心拍数について繰り返す大動脈の開口(AO)波形パターンから前記振幅変動を決定する
ことを特徴とする請求項36に記載の方法。 - 心臓の活動に関係する電磁現象を示す信号から、心拍数について繰り返す第1の波形パターンを抽出することと、
前記角度心弾動信号から、前記心拍数について繰り返す第2の波形パターンを抽出することと、
タイミングデータであって、その値が1心拍期間に属する前記第1の波形パターンの基準点から、同じ前記心拍期間に属する前記第2の波形パターンの基準点までの期間を示している、前記タイミングデータを形成することと、
前記タイミングデータを使用して出力パラメータの測定値を生成することと
を特徴とする請求項24に記載の方法。 - 前記タイミングデータと前記心拍数を示すペーシングデータとの間の相関関係を決定することと、
前記相関関係を使用して、出力パラメータの測定値を生成することと
を特徴とする請求項38に記載の方法。 - 連続する心拍期間の間の前記タイミング値における確率的変動を決定することと、
前記確率的変動を使用して、出力パラメータの測定値を生成することと
を特徴とする請求項39に記載の方法。 - 前記出力パラメータを使用して前記対象の異常な心臓の働きを示す信号処理手段
を特徴とする請求項35〜40のいずれか一項に記載の方法。 - 前記心臓の異常な働きが、心房性期外収縮または心房細動に起因すること
を特徴とする請求項41に記載の方法。 - 前記センサユニットを前記対象の胴体上部の胸の部分に配置すること
を特徴とする請求項25に記載の方法。 - 前記センサユニットを前記対象の胴体上部の裏側の部分に配置すること
を特徴とする請求項25に記載の方法。 - コンピュータによって判読可能であり、かつ心臓のモニタリングシステムにおいて請求項24〜44のいずれか一項に記載の方法を実行するための命令をコードする、コンピュータプログラム。
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