JPWO2020049333A5 - - Google Patents
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本発明は、1人又は複数人のユーザの血圧を決定するシステムに関する。
世界保健機関によると、成人の3人に1人が世界中で高血圧を患っている。高血圧は、脳卒中や心不全などの重篤な合併症を引き起こすおそれがある。毎年、この病気は世界中で750万人の早死をもたらす。高血圧の逆理は、この状態を患っているほとんどの人が高血圧をわかっていないということである。
さらに、現在の血圧(BP)計測の「至適基準」は、腕の周りにカフを巻いて実行されている。この110年前の技術はわずらわしく、自己監視を処方された患者が指示を守ろうという意識を低下させる。その結果、この病気の診断と治療のための完全で高品質のデータにヘルスケア専門家の手が届かない。
J.Uthayakumar et. al., "A survey on data compression techniques: From the perspective of data quality, coding schemes, data type and applications", [online]、[2018年5月17日検索], インターネット<URL:https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2018.05.006>
Fen Miao et. al., "A Novel Continuous Blood Pressure Estimation Approach Based on Data Mining Techniques", IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, Volume: 21, Issue: 6,(米)、2017年、pp. 1730-1740
本開示は、1人又は複数人のユーザのBPを連続的かつ正確な方法で監視する非侵襲的システムに関する。
より具体的には、本開示は、1人又は複数人のユーザの血圧(BP)を決定するシステムに関し、当該システムは、
各ユーザについて、ユーザの手首に装着される予定の着用可能な装置と協働するように構成され、脈動感知ユニットを備える、信号モジュールを備え、信号モジュールは
脈動感知ユニットを制御して、ユーザの手首で複数の脈動信号を計測する制御モジュールと、
脈動信号を処理して脈動信号データを取得する処理モジュールと、
前記脈動信号データを遠隔送信する通信モジュールと
を備える。
当該システムはさらに、
各ユーザの送信された脈動信号データをデータベースに記憶するデータベース記憶システムを備える外部サービスモジュールと、
データベースに記憶された脈動信号データに基づいて、各ユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュールと
を備える。
各ユーザについて、ユーザの手首に装着される予定の着用可能な装置と協働するように構成され、脈動感知ユニットを備える、信号モジュールを備え、信号モジュールは
脈動感知ユニットを制御して、ユーザの手首で複数の脈動信号を計測する制御モジュールと、
脈動信号を処理して脈動信号データを取得する処理モジュールと、
前記脈動信号データを遠隔送信する通信モジュールと
を備える。
当該システムはさらに、
各ユーザの送信された脈動信号データをデータベースに記憶するデータベース記憶システムを備える外部サービスモジュールと、
データベースに記憶された脈動信号データに基づいて、各ユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュールと
を備える。
一実施形態では、データベース記憶システムは、各ユーザの着用可能な装置のために得られた複数の脈動性信号データを備えるセットを記憶するように構成されている。計算モジュールは、各ユーザ又は複数のユーザ用に、データベースに記憶されている複数の脈動性信号データを備えるセットに基づいてBPを計算するように、さらに構成されてもよい。
一実施形態では、脈動性感知ユニットは、光学計測センサを備えてよい。
別の実施形態では、制御モジュールは、複数の脈動信号のそれぞれが、所定の計測期間中に計測されるように構成されている。制御モジュールは、計測期間を開始及び終了するように構成されたトリガーモジュールを備えてよい。
さらに別の実施形態では、脈動性信号データは測定された脈動信号に対応するか、あるいは処理モジュールが脈動性信号データを取得するなど、計測された脈動性信号に対して前処理ステップを実行するように構成可能である。
さらに別の実施形態では、信号モジュールは、第1短距離通信リンクを介して着用可能な装置と協働可能である。
さらに別の実施形態では、通信モジュールは、ポータブルゲートウェイ装置に備えられてもよい。
さらに別の実施形態では、データベース記憶システムは、各ユーザの脈動信号データをデータベースに記憶するように構成可能である。
さらに別の実施形態では、システムは、前記1人又は複数のユーザのそれぞれについてユーザ固有の情報を入力するように構成可能である。
さらに別の実施形態では、システムは、計算されたBP値を表示するように構成された表示インタフェースを備えてもよい。
本発明は、例として与えられ、図によって示される実施形態の説明を用いて、よりよく理解されるであろう。
図1は、一実施形態による、1人又は複数人のユーザの血圧(BP)値を決定するシステムを概略的に表す。各ユーザ用に、システムは、信号モジュール2を備え、信号モジュール2は、ユーザの手首に装着されるように決められた着用可能な(ウェアラブル)装置1と協働し、脈動感知ユニット11を備える。脈動感知ユニット11は、脈動信号4を出力するアナログ-デジタル変換器モジュール(図示せず)を装備可能である。
図2は、信号モジュール2の可能な実施形態を表す。信号モジュール2は、着用可能な装置1が着用されたときに脈動感知ユニット11がユーザの手首で脈動信号4を計測するように着用可能な装置1を制御するように作られている制御モジュール20を備える。信号モジュール2は、脈動信号データ22を取得するなど、脈動信号を処理するように作られている処理モジュール21をさらに備える。
着用可能な装置
着用可能な装置1の可能な構成は、図3の断面図に示されている。着用可能な装置1は、脈動感知ユニット11を備える手首バンド15を備えることがある。図3の特定の例では、手首バンド15は、着用可能な装置1が着用されたときにユーザの手首の皮膚に接触するように、手首バンド15の周囲の内側に沿って分散された4つの脈動感知ユニット11を備える。腕バンド上の脈動感知ユニット11の他の配置がありえる。例えば、腕バンドは、任意の数の脈動感知ユニット11を手首バンド15に沿った様々な構成で備えてもよい。
着用可能な装置1の可能な構成は、図3の断面図に示されている。着用可能な装置1は、脈動感知ユニット11を備える手首バンド15を備えることがある。図3の特定の例では、手首バンド15は、着用可能な装置1が着用されたときにユーザの手首の皮膚に接触するように、手首バンド15の周囲の内側に沿って分散された4つの脈動感知ユニット11を備える。腕バンド上の脈動感知ユニット11の他の配置がありえる。例えば、腕バンドは、任意の数の脈動感知ユニット11を手首バンド15に沿った様々な構成で備えてもよい。
一実施形態では、脈動性感知ユニット11は、動脈の脈動、動脈の直径、血流及び/又は血液含有量を計測可能であるフォトプレチスモグラフ(PPG)(光電式容積脈波記録用)センサアレイを備えてもよい。この実施形態では、脈動性感知ユニット11は、光学センサアレイ11が尺骨113の近くの尺骨動脈111、又は(図3に示すような)橈骨114の近くの橈骨動脈112、又は手首の皮膚の任意の動脈血管床117などの動脈にまたがるか、そうでなければそれら動脈に位置決めするように、手首バンド15上に配置されるだろう。
PPGセンサ11の可能な構成の詳細は、図4に示されている。PPGセンサ11は、少なくとも1つの光源115と、光源115に隣接して配置された少なくとも1つの光検出器116とを備える。例えば、PPGセンサ11は、同じ波長又は異なる波長で発光する2つ又はそれ以上の光源を備えてもよい。光源115は、発光ダイオード(LED)を備えてもよい。光源115は、レーザー、白熱灯又は周囲光などの他の適切な光源をさらに備えてもよい。光検出器116は、光トランジスタ、カメラ画像化装置、又は電荷結合装置(CCD)を備えてもよい。脈動感知ユニット11は、レーザースペックルセンサ、レーザードップラーセンサ、又はカメラのうちの少なくとも1つなどの他の適切な光学センサを備えてもよい。
PPGセンサ11によって計測された脈動性信号4は、動脈樹の所与の区間の血流及び動脈直径の周期的変動に関する情報を含む信号として定義可能である。周期的変動は、通常、動脈樹の特定の区間に圧力パルスが到達することによって生成される。図3及び図4に示されるように、脈動性信号4は、フォトプレチスモグラフ信号に対応する。フォトプレチスモグラフ信号では、光源115によって放出された光が、ユーザの手首の皮膚の毛細血管床117を通過している。透過率フォトプレチスモグラフ信号を計測するため、PPGセンサ11の他の配置がありえる。
他の構成では、着用可能な装置1は、ユーザの別の身体部分に着用される材料の条片部を備えることがある。着用可能な装置1の例には、腕バンド、頭部バンド、足首ブレスレット、チョーカー、及びリング、ヘルメット、イヤプラグ、ヒアリングエイド、ヘッドフォン、眼鏡、シャツ、ブラ、衣服、指先センサ、手袋、下着、ソケット、靴、着用可能なセンサ、ユーザの肌に付着するパッチ、ベッドセンサ、椅子センサ、トイレセンサ、テーブルセンサ、車のセンサ、コンピューターのマウスセンサ、又は脈動信号の計測を目的としたその他の配置が含まれてよいが、これらに限定はされない。
例えば、着用可能な装置1は、腕バンド装置、スマートウォッチ、又はユーザの手首に装着され、ユーザの手首の脈動信号の計測に適合された脈動感知ユニット11を備える任意の又は装置を含む任意の既存の装置を備えることがある。
他の構成では、着用可能な装置1は、脈動性感知ユニット11に追加的又は代替的に、ガルバニック皮膚応答(GSR)センサアレイ、バイオインピーダンス(BioZ)センサアレイ、心電図センサ(ECG)、無線周波数(RF)検出に基づくセンサ、レーダーセンサ、機械センサ、圧力センサ、侵襲性センサ、動脈内センサ、最小侵襲性センサ、皮下センサ、眼圧計、ひずみセンサ、プレチスモグラフセンサ、マイク、超音波センサ、容量センサ、電磁センサ、ラマンセンサ、あるいは皮膚の毛細血管床又は動脈樹の他の部分からの脈動信号を計測可能な任意のセンサのようなほかの型式のセンサを備えるだろう。
図1に戻ると、システムは、着用可能な装置1及び信号モジュール2から離れた外部サービスモジュール5を備え、信号モジュール2から脈動信号データ22を受信するように構成されている。
一実施形態による、外部サービスモジュール5の概略図を図5に示す。外部サービスモジュール5は、受信した脈動信号データ22をデータベース53に記憶するように構成されたデータベース記憶システム51を備える。外部サービスモジュール5は、データベース53に記憶された脈動信号データ22に基づいて、各ユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュール52をさらに備える。
外部サービスモジュール5は、通常、信号モジュール2から離れている。一実施形態では、通信モジュール3は、脈動信号データを信号モジュール2から外部サービスモジュール5に送信するために使用される。外部サービスモジュール5は、1つ又は複数のリモートサーバー(又はコンピュータ)を装備可能である。1つ又は複数のリモートサーバーを、(コンピュータネットワーク又はクラウドコンピューティングなどのように)単一の場所に配置することも、複数のリモートサーバーを地理的に分散させることも可能である。データベース記憶システム51、計算モジュール52、及び/又はデータベース53は、複数のリモートサーバーに分散可能である。
図1に示すように、複数の信号モジュール2のそれぞれが着用可能な装置1と協調し、信号モジュール2は着用可能な装置1の脈動信号データ22を外部サービスモジュール5に送信可能である。データベース記憶システム51は、そして、各着用可能な装置1(各ユーザ)について取得された複数の脈動信号データ22を含むセットを記憶可能である。
計測からトリガー
一実施形態では、制御モジュール20は、前述の複数の脈動性信号のそれぞれが、所定の計測期間中に計測されるように構成可能である。
一実施形態では、制御モジュール20は、前述の複数の脈動性信号のそれぞれが、所定の計測期間中に計測されるように構成可能である。
図6a及び図6bはそれぞれ、時間の関数として着用可能な装置1上の脈動感知ユニット11によって計測された例示的な脈動信号4を報告する。縦軸の目盛りは任意の強度単位に対応する。脈動信号4は、計測期間中にユーザに対して実行される複数の計測に対応する可能性がある。脈動信号4は、規則的又は不規則に計測する可能性がある。計測期間は、ある脈動信号4から別の脈動信号4まで同一でもよく、又は相違してもよい。
一実施形態では、制御モジュール20は、脈動感知ユニット11による脈動信号4の計測を開始又は停止するように構成されたトリガーモジュール23(図2を参照)を備える。
トリガーモジュール23は、トリガー変数に従って脈動感知ユニット11を制御可能である。トリガー変数は、ユーザ固有のものとする可能性がある。
トリガー変数の例は、ユーザの動きを表す運動信号などのトリガー信号を含む可能性がある。そのような運動信号は、例えば着用可能な装置1上にユーザに配置された運動センサ12を使用することによって計測可能である。運動信号は、ユーザの活動レベル及び閾値と比較した活動レベルを計算するために使用可能である。トリガーモジュール23は、活動レベルが閾値より上又は下であるときに脈動信号計測が開始又は停止されるように、脈動感知ユニット11を制御可能である。
運動信号及び/又は脈動信号4は、着用可能な装置がユーザによって着用されていることを検出するために使用可能である。
運動センサ12は、慣性計測ユニット(IMU)、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、又はこれらの装置の組み合わせのいずれか1つを備え得る。
別の実施形態では、トリガー変数は、ユーザのジオロケーション情報などのトリガー信号を含む。ジオロケーション情報は、ユーザが着用するジオロケーションセンサ13(GPS装置など)、例えば、着用可能な装置1に含まれるジオロケーションセンサ13によって提供可能である。ジオロケーション情報は、例えば、ユーザが自宅や職場などの所与の場所にいるときに脈動感知ユニット11を用いた計測を可能にするが、所与の場所にいないときの計測を防止可能にするよう、使用可能である。ジオロケーション情報は、ユーザが着用しているジオロケーションセンサ13(WiFi/LiFiアクセスポイントからのノード、Bluetooth(登録商標)ビーコン、又はその他の光、無線、音響ローカリゼーション技術など)と中継される屋内測位システムによっても提供できる。ジオロケーション情報は、同じくユーザが着用しているジオロケーションセンサ13に統合された他の任意の測位システム(磁気又は慣性測位システムなど)によっても提供可能である。ジオロケーション情報は、例えば、ユーザが自宅、職場、特定の生活などの所与の場所にいるときに、その場所に応じて計測を促進又は防止する、脈動感知ユニット11を用いた計測を可能にするために使用可能である。
さらに別の実施形態では、トリガー変数は、ユーザに関する行動情報などのトリガー信号を含む。行動情報は、ユーザの既知の覚醒又は睡眠パターン、所定の計測スケジュール、又は特定の計測スケジュールを含む。既知の覚醒又は睡眠パターンや、行動的又は座りがちなパターンは、システム(データベース53内)に人が導入するか、又はシステムによって学習可能である。所定の計測スケジュールは、例えば、薬物療法のスケジュールに応じて、又はユーザに対して実行される特定の調査の必要性に応じて、臨床医によって導入可能である。スケジュールは、特定のユーザ向けに固定することも、調査のニーズに合わせて動的に変更することもできる。特定の計測スケジュールは、ユーザの仕事、家庭、レジャー計画、ユーザの地理的位置特定、又はユーザの生活の中で発生する新しいイベントに応じて手動で導入される計測スケジュールを含む可能性がある。
行動情報は、スケジュールされた活動に従って計測頻度を自動的に適応させるユーザ側のアジェンダに関連する機能をさらに含む可能性がある。
さらに別の実施形態では、トリガー変数は、運動信号から決定される活動レベル、及び/又は運動検出を含む可能性がある。ここで、トリガー変数は、活動及び/又は運動後にユーザが静止している所定の期間と組み合わせて使用可能である。
図7aは、経過時間の関数としての運動信号から計算されたユーザの例示的な活動レベルを報告している。特に、図7aは、ユーザが活動的である活動期間taと、ユーザが静止している休息期間trを示す。休息期間の持続時間が、ひとたび、活動後の所定の休息期間(第2休息期間t2)よりも長くなると、トリガーモジュール23は、トリガー時間tmで脈動感知ユニット11によって計測脈動信号4を起動(開始)することを図7bは示す。第1休息期間t1の長さは、活動後の所定の休息期間よりも短く、脈動信号の計測は開始されない。
図8aは、経過時間の関数として運動信号から計算されたユーザの別の例示的な活動レベルを報告するものである。図8bは、運動信号及び/又はジオロケーションセンサ13から計算可能であって、検出された「激しい」運動期間teを報告し、そして所与の強度レベルを超える強度で活動を実行しているユーザに対応しているものである。図8cは、脈動信号計測が、次の2つの基準が満たされた場合にのみ起動されることを示す。すなわち、休息期間trの持続長さは、活動後の所定の休息期間(第2休息期間t2)よりも長く、「激しい」運動後の所定の休息期間(第3休息期間t3)より長いという基準である。
「激しい」運動中、活動中、及び/又はあらゆるタイプの精神的又は心臓血管系のストレス中に実行される脈動信号計測は偏っていて、誤った臨床的解釈につながるおそれがある。したがって、トリガー変数は、そのようなストレスの検出に使用する可能性があり、さらに、各ストレスの終了後の経過時間の追跡に使用できる。次に、経過時間が所定のしきい値を超えると、システムは計測の開始を起動可能である。例えば、血圧の計測又は監視ガイドライン(英国高血圧学会による「家庭血圧監視の説明」など)にしたがって、活動後の所定の休息期間は約5分として、そして「激しい」運動後の所定の休息期間は約30分としてもよい。
実際、血圧計測は、ユーザが少なくとも5分間休息し、少なくとも30分間運動しなかった後に、実行するべきである。運動中及び/又はあらゆる種類の精神的又は心臓血管系のストレス中に実行される計測には偏りがあり、誤った解釈につながるおそれがある。したがって、トリガー変数は、そのようなストレスを検出するために使用してもよく、さらに、任意のタイプの活動又はストレスのそれぞれの終了後の1つ又は複数の経過時間を追跡するために使用してもよい。
さらに別の実施形態では、トリガー変数は、行動情報、ジオロケーション情報などの少なくとも別のトリガー変数と組み合わせた活動レベル及び/又は運動検出を備えてもよい。実際、トリガー変数は、ガイドラインで定義されている任意の基準に対応できる。トリガーモジュール23は、脈動信号計測を開始するために、階層的な方法で、又は決定ツリーの方法で、異なるトリガー変数を使用可能である。
図9は、少なくとも2つの異なるトリガー変数を使用して脈動性信号計測をトリガーする可能な決定ツリーアルゴリズムを表すフローチャートを示す。トリガーモジュール23は待機状態である(ステップ(1))。次に、トリガーモジュール23は、行動情報を含むトリガー変数が、例えば、所定の計測スケジュールに対応する基準が満たされているか否かを満たすか否かをチェックする(ステップ(2))。次に、トリガーモジュール23は、所定の休息期間と組み合わせた活動レベル及び/又は運動検出を含むトリガー変数によって設定された条件が満たされているかどうかをチェックする(ステップ(3))。ひとたびステップ(2)と(3)の条件が満たされると、計測が開始される(ステップ(4))。
一実施形態では、トリガー変数は、通信モジュール3を介して外部サービスモジュール5に送信可能である。次に、記憶装置51は、送信されたトリガー変数をデータベース53に記憶するように構成可能である。
さらに別の実施形態では、トリガーモジュール23は、手動入力に従って脈動感知ユニット11を制御する。通信モジュール3は、トリガー入力を外部サービスモジュール5に送信するように構成可能である。
前処理
一実施形態では、計測された脈動信号4が外部サービスモジュール5に送信されデータベース53に記憶されるように、処理モジュール21は構成可能である。換言すると、「生データの」脈動信号4に対して処理は実行されない。
一実施形態では、計測された脈動信号4が外部サービスモジュール5に送信されデータベース53に記憶されるように、処理モジュール21は構成可能である。換言すると、「生データの」脈動信号4に対して処理は実行されない。
一実施形態では、処理モジュール21は、脈動信号データ22が前処理ステップに提出された計測された脈動信号4に対応するように、計測された脈動信号4に対して前処理ステップを実行するように構成可能である。
変形例では、処理モジュール21は、前記脈動信号データ22を取得するなど、計測された脈動信号4に対して前処理ステップを実行するように構成される。
前処理ステップは、計測された脈動性信号4の無損失圧縮を含む。このような可逆圧縮の例は、参考文献(非特許文献1)に記載されている。J.Uthayakumaret他、「データ圧縮技術に関する調査データ品質、コーディングスキーム、データタイプ、及びアプリケーションの観点から」、2018年5月17日オンラインで入手可能、https://doi.org/10.1016/j.iksud.2018.05.006。
代替的に、前処理ステップは、脈動信号の圧縮4の損失の多い圧縮を備える。そのような可逆圧縮の例は、同参考文献(非特許文献1)に記載されている。
代替的に、前処理ステップは、計測された脈動信号4に対してアンサンブル平均化アルゴリズムの実行を備える。
可能性のあるアンサンブル平均化アルゴリズムは、以下のステップを備えることがある。
一連の光信号内の個々の動脈パルスを(例えば、信号の極大値又は極小値を検出することによって)識別するステップ。
識別された各パルス(例えば、1秒のウィンドウ長)の周りのデータのウィンドウを選択するステップ。
個々のパルスに重みを付けるステップ(例えば、ノイズの多いパルスを「0」に設定すること)。
それぞれの重み係数によって重み付けされた、識別されたパルスを重畳するステップ。
光信号のシーケンス内の全パルスを表す最も可能性の高いアンサンブル平均を(例えば、重み付けされたパルスの算術平均を実行することによって)推定するステップ。
一連の光信号内の個々の動脈パルスを(例えば、信号の極大値又は極小値を検出することによって)識別するステップ。
識別された各パルス(例えば、1秒のウィンドウ長)の周りのデータのウィンドウを選択するステップ。
個々のパルスに重みを付けるステップ(例えば、ノイズの多いパルスを「0」に設定すること)。
それぞれの重み係数によって重み付けされた、識別されたパルスを重畳するステップ。
光信号のシーケンス内の全パルスを表す最も可能性の高いアンサンブル平均を(例えば、重み付けされたパルスの算術平均を実行することによって)推定するステップ。
バッファリング
一実施形態では、信号モジュール2は、着用可能な装置1から離れている。信号モジュール2は、第1短距離通信リンク25を介して着用可能な装置1と通信可能である(図1を参照)。
一実施形態では、信号モジュール2は、着用可能な装置1から離れている。信号モジュール2は、第1短距離通信リンク25を介して着用可能な装置1と通信可能である(図1を参照)。
第1短距離通信リンク25は、光又は電波通信装置を備える可能性あり、そのような装置は、特には、RFID及び近距離無線通信、ブルートゥース(登録商標)送信プロトコル、ブルートゥース低エネルギー(BLE)、近距離無線通信プロトコル(NFC)、近接カード又はWiFi直接接続、Zigbee、電力線通信、赤外線伝送(IR)、超音波通信、Z波プロトコル、又はその他のホームオートメーション通信プロトコルを、使うものである。
短距離通信リンク25は、計測された脈動性信号4が第1短距離通信リンク25によって送信されないときにそれらを記憶しておくように適合された第1短距離データバッファ24(図2を参照)を備えてもよい。例えば、第1短距離データバッファ24は、着用可能な装置1及び/又は信号モジュール2が範囲外であるか、それらのいずれかが無効であるか、又は短距離通信リンク25が利用可能でない又は機能していない場合に、計測された脈動信号4を記憶可能である。
通信モジュール3は、長距離通信リンク7を介して信号モジュール2から外部サービスモジュール5に脈動信号データ22を遠隔送信するように構成可能である(図1を参照)。長距離通信リンク7は、携帯電話ネットワーク又はインターネットプロトコルを使用するコンピュータネットワークを備えることがある。
信号モジュール2は、脈動信号データ22が通信モジュール3によって外部サービスモジュール5に送信されないときに、脈動信号データ22を記憶するように適合された長距離データバッファ26を備えることがある。この場合も、長距離データバッファ26は、信号モジュール2及び/又は外部サービスモジュール5が範囲外であるか、それらのいずれかが無効であるか、又は長距離通信リンク7が利用できないか機能していない場合に、脈動信号データ22を記憶可能である。
第1短距離データバッファ24及び長距離データバッファ26は、それぞれ、計測された脈動信号4及び脈動信号データ22を、短距離通信リンク25及び通信モジュール3によって送信されない間にそれぞれ一時的に記憶するために使用される信号モジュール2に提供される物理メモリストレージの領域を備えてもよい。第1短距離データバッファ24及び長距離データバッファ26は、ハードウェア内の固定メモリ位置に、又はソフトウェア内の仮想データバッファを使用して、物理メモリ内の位置を指定して、実装可能である。
着用可能な装置と信号モジュールの他の配置
図10に示される実施形態では、信号モジュール2は、着用可能な装置1に完全に含まれている。示される例には、制御モジュール20、処理モジュール21、トリガーモジュール23、長距離データバッファ26、及び通信モジュール3がある。この構成では、脈動信号データ22は、着用可能な装置1から長距離通信リンク7を介して、通信モジュール3、外部サービスモジュール5に向けて直接送信されるので、短距離通信リンク25(及び第1短距離データバッファ24)は必要ない。
図10に示される実施形態では、信号モジュール2は、着用可能な装置1に完全に含まれている。示される例には、制御モジュール20、処理モジュール21、トリガーモジュール23、長距離データバッファ26、及び通信モジュール3がある。この構成では、脈動信号データ22は、着用可能な装置1から長距離通信リンク7を介して、通信モジュール3、外部サービスモジュール5に向けて直接送信されるので、短距離通信リンク25(及び第1短距離データバッファ24)は必要ない。
図11に示される別の実施形態では、信号モジュール2の少なくとも一部が、着用可能な装置1に含まれ、他の部分は、着用可能な装置1から離れている。この例では、制御モジュール20、処理モジュール21、トリガーモジュール23、及び短距離通信リンク25(さらに場合によっては第1短距離データバッファ24)は、着用可能な装置1に含まれる。通信モジュール3及び場合によって長距離データバッファ26は、着用可能な装置1から離れている。脈動信号データ22は、着用可能な装置1から、短距離通信リンク25を介して通信モジュール3に送信される。
制御モジュール20は、着用可能な装置1に包含可能で、着用可能な装置1と協調するように構成可能な制御ファームウェア部分を備えてもよい。
制御モジュール20は、これもまた着用可能な装置1に包含可能な制御ハードウェア部分をさらに備えてもよい。
さらなる可能な実施形態では、処理モジュール21は、着用可能な装置1に包含可能な処理ファームウェア部分を備えてもよい。
さらなる可能な実施形態では、トリガーモジュール23は、着用可能な装置1に包含可能な処理ファームウェア部分を備えてもよい。
ファームウェア部分はまた、ミドルウェア、ソフトウェア部分、又は任意の実行可能コードを含んでよいことを理解されたい。
第1短距離通信リンク25は、着用可能な装置1に含まれる信号モジュール2の部分と、着用可能な装置1から離れた部分との間に配置可能である。次に、第1短距離データバッファ24は、着用可能な装置1に含まれる信号モジュール2の部分と第1短距離通信リンク25との間にあってよい。図11の例では、第1短距離データバッファ24及び第1短距離通信リンク25は、処理モジュール21と通信モジュール3との間にある(後者は着用可能な装置1から離れている)。
ポータブルゲートウェイ装置
一実施形態では、信号モジュール2は、少なくとも部分的に、ポータブルゲートウェイ装置30に包含可能である。ポータブルゲートウェイ装置30は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクコンピュータ、又は信号モジュール2及び外部サービスモジュール5と通信可能な任意の他の適切な装置などの電子モバイル装置を備える可能性がある。
一実施形態では、信号モジュール2は、少なくとも部分的に、ポータブルゲートウェイ装置30に包含可能である。ポータブルゲートウェイ装置30は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクコンピュータ、又は信号モジュール2及び外部サービスモジュール5と通信可能な任意の他の適切な装置などの電子モバイル装置を備える可能性がある。
図11の実施形態では、通信モジュール3は、ある場合は長距離データバッファ26と共に、ポータブルゲートウェイ装置30に含まれ、信号モジュール2の残りの部分は、着用可能な装置1に含まれる。このような構成では、通信モジュール3は、スマートフォンのアンテナなどのポータブルゲートウェイ装置30の一部であることがある。第1短距離通信リンク25は、着用可能な装置1に含まれ、ポータブルゲートウェイ装置30と通信可能である。
ポータブルゲートウェイ装置30は、前記脈動性信号データ22を長距離通信リンク7経由で遠隔送信するように構成可能である。
図12に示される別の実施形態では、信号モジュール2は、着用可能な装置1(図1など)から離れていて、通信モジュール3は、ポータブルゲートウェイ装置30に含まれる。信号モジュール2は、処理されたデータ22を携帯型ゲートウェイ装置30に送信する第2短距離通信リンク27を備える可能性がある。次に、第2短距離データバッファ28を第2短距離通信リンク27の前に配置して、それらが第2短距離通信リック27によって送信されないときに脈動信号データ22を記憶可能である。
図13に示される別の実施形態では、制御モジュール20、トリガーモジュール23、及び第1短距離通信リンク25(第1短距離データバッファ24を伴ってもよい)は、着用可能な装置1に含まれ、一方、リモートポータブルゲートウェイ装置30は、処理モジュール21と通信モジュール3とを備える。
ポータブルゲートウェイ装置30は、通信モジュール3の前に長距離データバッファ26をさらに備えてもよい。
ポータブルゲートウェイ装置30は、通信モジュール3の前に長距離データバッファ26をさらに備えてもよい。
図14に示されるさらなる変形例では、(通信モジュール3を備える)信号モジュール2は、ポータブルゲートウェイ装置30に完全に包含可能である。この構成では、ポータブルゲートウェイ装置30は、第1短距離通信リンク25を介して着用可能な装置1と通信でき、通信モジュール3によって提供される長距離通信リンク7を介して外部サービスモジュール5と通信可能である。
この構成では、第2短距離通信リンク27及び第2短距離データバッファ28は必要ない。
この構成では、第2短距離通信リンク27及び第2短距離データバッファ28は必要ない。
ポータブルゲートウェイ装置30は、入力手段として有利に使用可能である。
例えば、トリガー入力は、ポータブルゲートウェイ装置30を介して入力可能である。
可能な構成では、運動センサ12は、ポータブルゲートウェイ装置30に含まれることがある。例えば、スマートフォンの加速度計又はジオロケーション手段は、この目的に使用可能である。あるいは、運動センサ12は、市販のフィットネストラッカーなどの他の任意の装置に包含可能である。
データベース
データベース記憶システム51は、脈動信号データ22をデータベース53に記憶するように構成される。図15は、一実施形態による、データベース記憶システム51のデータベース53を示す。
データベース記憶システム51は、脈動信号データ22をデータベース53に記憶するように構成される。図15は、一実施形態による、データベース記憶システム51のデータベース53を示す。
図1に戻ると、それぞれが着用可能な装置1と協働する複数の信号モジュール2は、それらの脈動信号データ22を外部サービスモジュール5に送信可能である。次に、データベース記憶システム51は、各着用可能な装置1(各ユーザ)について取得された複数の脈動信号データ22を備えるセットを記憶可能である。
図15の特定の例では、データベース53は、ユーザのために取得された複数の脈動性信号データ22を備えるセットを記憶する。例えば、ユーザAの場合、データベース53は、脈動性信号データ22のセット(ps1、ps2、ps3、…又はi=1からnであるpsiであって、nは計測の数)を記憶する。ユーザBの場合、データベース53は、別の一連の脈動性信号データ22(i=1からnまでのpsi)などを記憶する。
データベース53は、各ユーザ及び脈動信号データ22の各セットに対応する(i=1からnである記号「tpi」によって示される)トリガー変数をさらに記憶可能である。
データベース記憶システム51は、各ユーザ及び脈動信号データ22のセットについて、データベース53(図示せず)にトリガー入力を記憶するようにさらに構成可能である。
データベース記憶システム51は、ユーザに対応する脈動信号データ22のセットが、別のユーザに対応する別の脈動信号データ22のセットとは別にデータベース53に記憶されるように構成可能である。
ユーザ固有情報
一実施形態では、システムは、前記1人又は複数のユーザのそれぞれについてユーザ固有情報を入力するように構成される。
一実施形態では、システムは、前記1人又は複数のユーザのそれぞれについてユーザ固有情報を入力するように構成される。
ユーザ固有情報は、ユーザが着用する着用可能な装置のタイプ、年齢、体重、民族情報、性別、肌の色、心臓血管の状態、ユーザの気分、食べ物や飲み物の摂取量、ユーザが行った活動のタイプ、薬物の摂取量と投与量、天候、体調、アルコール消費量、喫煙歴、既知の健康問題、健康記録、又はそれらの組み合わせのいずれかを含んでよい。
ユーザ固有情報は、1つ又は複数の参照BP計測値をさらに含んでよい。基準血圧計測は、脈動感知ユニット11で行われる計測とは独立して実行できる。
独立した血圧計測は、医療専門家による手動計測、自動上腕カフによる自動計測、自動手首カフによる自動計測、あるいは非侵襲性動脈ラインを含む任意の適切な侵襲的計測技術を使用して実行される計測を備えてよい。
図6aに示される実施形態では、1つ又は複数の参照BP計測値6は、脈動信号4の計測と同時に計測される。
図6bに示される別の実施形態では、1つ又は複数の参照BP計測値6は、脈動性信号4の計測とは独立して計測される。
さらに別の実施形態では、通信モジュール3は、前記ユーザ固有の情報を外部サービスモジュール5に送信するように構成される。次に、データベース記憶システム51は、脈動信号データ22の各セットに対応するユーザ固有の情報がデータベース53に記憶されるように構成可能である。特に、(i=1からnである記号「usi」によって示される)一連の脈動信号データ22内の各脈動信号データ22に対応するユーザ固有の情報をデータベース53に記憶可能である。
計算
外部サービスモジュール5は、データベース53に記憶された脈動信号データ22に基づいて、ユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュール52をさらに備える。
外部サービスモジュール5は、データベース53に記憶された脈動信号データ22に基づいて、ユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュール52をさらに備える。
外部計算モジュール52は、データベース53に記憶された脈動信号データ22に基づいて、ユーザの脈動信号の品質指標値を計算するようにさらに構成可能である。脈動信号の品質指標値は、脈動信号4から計算可能であり、計測信号4の品質を定量化するために使用可能である。品質指標値は、次の事項から計算可能である。すなわち、脈動性信号の信号対雑音比、計算モジュール52によって分析できる脈動性信号4の可能性、脈動性信号4内の生理学的特徴の存在(例えば、欧州特許出願EP3226758(特許文献1)に記載されている生理学的特徴)、又はそれらの任意の組み合わせである。品質信号値も、ユーザ固有の情報としてデータベース53に記憶してもよい。
一実施形態では、計算モジュール52は、ユーザのために取得された複数の脈動性信号データ22を備えるセットに基づいて、ユーザのBP値を計算するように構成可能である。
変形例では、計算モジュール52は、複数の脈動性信号データ22を備えるセットのサブセットに基づいて、ユーザのBP値を計算するように構成可能である。図15の例では、ユーザAのBP値は、このユーザについて得られた複数の脈動性信号データ22(点線の四角で示されている)を備えるセットを使用して計算される。ユーザCの場合、BP値は、そのユーザについて取得された2つの脈動性信号データ22を備えるサブセットを使用することで計算される。
さらなる実施形態では、計算モジュール52は、1つの脈動性信号データ22のみを備えるサブセットを使用して、ユーザのBP値に対して構成可能である(図15、ユーザBを参照)。このような構成では、計測された脈動性信号ごとにBP値を計算できる。
図16に示される別の実施形態では、計算モジュール52は、ユーザのサブセット、ユーザ変数のサブセット、及び/又はユーザ固有の情報(トリガー変数)からデータベース53に記憶された脈動信号データ22に基づいて、選択されたユーザのBP値を計算するように構成可能である。場合によってユーザ変数及び/又はユーザ固有の情報変数のサブセットと組み合わせて、ユーザのサブセットから得られた脈動信号データ22を使用してBP値を計算することは、計算手法の訓練のためにより多くのデータを提供することによって計算モジュール52の性能を改善可能にする。ユーザのサブセットは、ユーザ固有の情報(同じ肌の色を持つユーザなど)又はトリガー変数(脈動信号計測が同じ方法でトリガーされたユーザ)に従ってクラスター化できる。
ユーザのサブセットは、特許出願US20130041268(特許文献2)に開示されているクラスタリング手順、又は他のクラスタリング又は分類技術を使用してさらにクラスタリング可能である。クラスタリング空間として、次の特徴の任意の組み合わせを使用可能である。すなわち、脈動性信号データの信号対雑音比、計算モジュール52によって分析可能である脈動性信号データ22の可能性、脈動性信号内の生理学的特徴(例えば、欧州特許出願EP3226758(特許文献1)に記載されている生理学的特徴)、あるいは脈動信号データ22から計算可能な任意の他の特徴である。脈動信号データ22は、異なるユーザから自動的にクラスター化可能である。
次に、クラスター化された脈動性信号データ22を一緒に使用して、データのユーザ用アルゴリズムをよりよく訓練可能である。クラスター化された脈動性信号データ22は、特定のユーザから、又は脈動性信号4が計測された時間とは無関係である。
さらに別の実施形態では、計算モジュール52は、ユーザ固有の情報をさらに使用することによって、ユーザのBP値を計算するように構成可能である。このステップは、較正ステップ、初期化ステップ、又は再初期化ステップとしても知られている。
さらに別の実施形態では、計算モジュール52は、トリガー入力をさらに使用することによって、ユーザのBP値を計算するようにさらに構成可能である。
計算モジュール52は、例えば、特許文献1(欧州特許出願EP3226758)に記載されている脈波分析技術などの脈波分析技術を使用することによってBP値を計算するように構成可能である。
計算モジュール52は、例えば、非特許文献2(Fen Miao他、「データマイニング技術に基づく新規の連続血圧推定アプローチ」IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, Volume: 21, Issue: 6, pp. 1730-1740, 2017.)に記載されているような機械学習技術を使用することによってBP値を計算するようにさらに構成可能である。
さらなる実施形態では、計算モジュール52は、収縮期血圧、拡張期血圧、又は平均動脈圧のいずれか1つを含む脈動性信号からBP関連の生理学的変数を計算するように構成可能である。
計算モジュール52は、次のいずれか1つを含む追加生理学的変数を計算するためにさらに構成可能である。すなわち、脈圧、中心脈波速度、末梢脈波速度、動脈硬化、大動脈脈拍通過時間、増強指数、一回拍出量、一回拍出量変動、脈拍、圧力変動、心拍出量、全身血管抵抗、静脈圧、全身血行動態変数、肺血行動態変数、脳血行動態変数、心拍数、心拍変動、心拍間隔、不整脈検出、排出期間、SpO2(血中酸素飽和度)、SpHb(トータルヘモグロビン濃度)、SpMet(登録商標)(メトヘモグロビン濃度)、SpCO(登録商標)(カルボキシヘモグロビン濃度)、呼吸数、一回換気量、無呼吸検出、睡眠の質、睡眠スコア、睡眠分析、就寝時間、睡眠時間、レム睡眠時間、浅い睡眠時間、深い睡眠時間、起床時間、入眠時間、睡眠効率、分入眠後の覚醒、鼻づまりの持続時間、ストレス指数、及び一般的な心血管及び健康指数である。
別の実施形態では、データベース記憶システム51は、計算されたBP値(i=1からnである記号「BPi」によって表される)及び/又は追加生理学的変数をデータベース53に記憶するように構成可能である。
表示
一実施形態では、システムは、データベース53に記憶された計算されたBP値及び/又は追加生理学的変数を表示する表示インタフェース8を備えてもよい。
一実施形態では、システムは、データベース53に記憶された計算されたBP値及び/又は追加生理学的変数を表示する表示インタフェース8を備えてもよい。
表示インタフェース8は、外部サービスモジュール5に含まれてもよい(図5を参照)。表示インタフェース8は、外部サービスモジュール5(図示せず)と安全に通信可能なウェブインタフェース又は同様の接続されたソフトウェアを備えてもよい。臨床医及び/又はユーザは、ウェブインタフェースのウェブページを使用して外部サービスモジュールに接続し、データベース53に含まれるデータを見られる。代替的に、表示インタフェース8は、ポータブルゲートウェイ装置30上で実行されるアプリケーション(スマートフォンなど)に備えられてもよい。
表示インタフェース8は、着用可能な装置1に備えられてもよい。次に、外部サービスモジュール5は、計算されたBP値及び/又は追加生理学的変数を着用可能な装置1に送信するように構成可されてもよく、着用可能な装置1は、表示インタフェース8上に表示されてもよい。
表示インタフェース8は、ポータブルゲートウェイ装置3に備えられてもよい。外部サービスモジュール5は、それから、計算されたBP値及び/又は追加生理学的変数をポータブルゲートウェイ装置3に送信するように構成され得、後者は、表示インタフェース8上に表示可能である。
外部サービスモジュール5は、計算されたBP値をポータブルゲートウェイ装置3に送信するようにさらに構成してもよい。送信された計算されたBP値は、それから、ポータブルゲートウェイ装置3上に表示されてもよい。
1 着用可能な装置
11 脈動検知ユニット
110 手首の皮膚
111 尺骨動脈
112 橈骨動脈
113 尺骨
114 橈骨
115 光源
116 光検出器
117 毛管ベッド
12 運動センサ
13 ジオロケーション手段
15 腕バンド
2 信号モジュール
20 制御モジュール
21 処理モジュール
22 脈動信号データ
23 トリガーモジュール
24 第1短距離データバッファ
25 第1短距離通信リンク
26 長距離データバッファ
27 第2短距離通信リンク
28 第2短距離データバッファ
3 通信モジュール
30 ポータブルゲートウェイ装置
4 脈動信号
5 外部サービスモジュール
51 データベース記憶システム
52 計算モジュール
53 データベース
6 独立したBP計測
7 長距離通信リンク
8 表示インタフェース
11 脈動検知ユニット
110 手首の皮膚
111 尺骨動脈
112 橈骨動脈
113 尺骨
114 橈骨
115 光源
116 光検出器
117 毛管ベッド
12 運動センサ
13 ジオロケーション手段
15 腕バンド
2 信号モジュール
20 制御モジュール
21 処理モジュール
22 脈動信号データ
23 トリガーモジュール
24 第1短距離データバッファ
25 第1短距離通信リンク
26 長距離データバッファ
27 第2短距離通信リンク
28 第2短距離データバッファ
3 通信モジュール
30 ポータブルゲートウェイ装置
4 脈動信号
5 外部サービスモジュール
51 データベース記憶システム
52 計算モジュール
53 データベース
6 独立したBP計測
7 長距離通信リンク
8 表示インタフェース
Claims (18)
- 1人又は複数人のユーザの血圧(BP)を決定するシステムは、
各ユーザについて、ユーザの手首に装着される予定の着用可能な装置と協働するように構成され、脈動感知ユニットを備える、信号モジュールを備え、信号モジュールは
脈動感知ユニットを制御して、ユーザの手首で複数の脈動信号を計測するように構成されている制御モジュールと、
脈動信号を処理して脈動信号データを取得する処理モジュールと、
さらに前記脈動信号データを遠隔送信する通信モジュールと
を備え、
当該システムはさらに、
各1人又は複数のユーザの送信された脈動信号データをデータベースに記憶するデータベース記憶システムを備える外部サービスモジュールと、
データベースに記憶された脈動信号データに基づいて、各1人又は複数のユーザのBP値を計算するように構成された計算モジュールと
を備え、
データベース記憶システムは、各ユーザの着用可能な装置のために得られる複数の脈動信号データを備えるセットを記憶するように作られていて、
計算モジュールは、各1人又は複数のユーザのデータベースに記憶されている複数の脈動信号データを備えるセットに基づいてBPを計算するようにさらに作られている、1人又は複数のユーザの血圧(BP)を決定するシステム。 - 脈拍感知ユニットは光学計測センサを備える、請求項1に記載のシステム。
- 所定計測期間の間、複数の脈動信号のそれぞれが計測されるように、制御モジュールは作られていて、制御モジュールは、前記計測期間を開始及び終了するように作られているトリガーモジュールを備え、
トリガーモジュールは、トリガー変数にしたがって、又は手動でのトリガー入力にしたがって脈動感知ユニットを制御するように作られている、請求項1に記載のシステム。 - 着用可能な装置はさらに、着用可能な装置が着用されているときのユーザの運動に対応する運動信号を計測する運動センサを備え、
トリガー変数は前記運動信号を備えるか、又はトリガー変数はユーザに関連する行動情報を備える、請求項3に記載のシステム。 - 通信モジュールは、トリガー変数又はトリガー入力を外部サービスモジュールに転送するように作られている、請求項3に記載のシステム。
- 処理モジュールは、脈動信号データを取得するべく、測定された脈動信号についての前処理ステップを実行するように作られていて、
前処理ステップは、
測定された脈動信号の損失の少ない圧縮と、
測定された脈動信号にアンサンブル平均アルゴリズムの実行と
のいずれか1つを備える、請求項1に記載のシステム。 - 信号モジュールは、着用可能な装置から離れていて、
信号モジュールは、第1短距離通信リンクを介して着用可能な装置と協働し、
信号モジュールは、測定された脈動信号が第1短距離通信リンクによって転送されないときに測定された脈動信号を記憶するように適合された第1短距離データバッファーを備え、又は/及び
着用可能な装置は、測定された脈動信号データが通信モジュールによって転送されないときに脈動信号データを記憶するように適合されている長距離データバッファーを備える、請求項1に記載のシステム。 - 通信モジュールは、信号モジュール及び外部サービスモジュールと通信するように作られているポータブルゲートウェイ装置内に備えられている、請求項1に記載のシステム。
- データベース記憶システムは、データベースに
各ユーザの脈動信号データと、
各脈動信号データ用のトリガー変数と、各脈動信号データ用のトリガー入力とのいずれか一つを記憶するように作られている、請求項1に記載のシステム。 - 1人のユーザ又は複数のユーザのユーザ固有情報を入力するように作られている、請求項1に記載のシステム。
- ユーザ固有情報は、1つ又は複数の参照BP計測値を含み、各計測が、脈動感知ユニットで実行される計測とは独立して実行されるか、又は
1つ又は複数の参照BP計測は、脈動感知ユニットで実行される計測と同時に計測される、請求項1に記載のシステム。 - データベース記憶システムは、データベースにユーザ固有情報を記憶格納するように作られている、請求項1に記載のシステム。
- ポータブルゲートウェイ装置は、データベースにユーザ固有情報を導入するように作られている、請求項1に記載のシステム。
- 計算モジュールは、
データベースに記憶されている脈動信号データか、
データベースに記憶されている、1ユーザ用の複数の脈動信号データを備えるセットか、1つ又は複数の脈動信号データを含むセットのサブセットか、
複数のユーザのサブセット用にデータベースに記憶されている脈動信号データか
のいずれかに基づいてユーザのBP値を計算するように作られている、請求項1に記載のシステム。 - 計算モジュールは、さらにユーザ固有情報とトリガー入力との少なくとも一方を使用して、1ユーザのBP値を計算するように作られている、請求項1に記載のシステム。
- 計算モジュールは、収縮期血圧、拡張期血圧、平均動脈圧、脈圧、中心脈波速度、末梢脈波速度、動脈硬化、大動脈脈拍通過時間、増強指数、一回拍出量、一回拍出量変動、圧力変動、心拍出量、全身血管抵抗、静脈圧、全身血行動態変数、肺血行動態変数、脳血行動態変数、心拍数、心拍変動、心拍間隔、不整脈検出、排出期間、SpO2(血中酸素飽和度)、SpHb(トータルヘモグロビン濃度)、SpMet(登録商標)(メトヘモグロビン濃度)、SpCO(登録商標)(カルボキシヘモグロビン濃度)、呼吸数、一回換気量、無呼吸検出、睡眠の質、睡眠スコア、睡眠分析、就寝時間、睡眠時間、レム睡眠時間、浅い睡眠時間、深い睡眠時間、起床時間、入眠時間、睡眠効率、分入眠後の覚醒、鼻づまりの持続時間、ストレス指数、並びに一般的な心血管又は健康指数のいずれか一つを含む他の生理学的変数を計算するようにさらに作られている、請求項1に記載のシステム。
- 計算されたBP値を表示するために作られている表示インタフェースを備える、請求項1に記載のシステム。
- 計算モジュールは、
各脈動信号データ用のトリガー変数か、各脈動信号データ用のトリガー入力か、データベースに格納されている複数のユーザからのユーザ固有情報に基づいて、
1人又は複数のユーザのBP値を計算するように作られていて、
計算モジュールは、BP値を計算するように及び計算手法を訓練するように作られている、請求項1に記載のシステム。
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2018
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