(57)【要約】  本発明は、心臓血管系の生理学的信号の検出に関する。特に、対象の心拍数の変化をより確実に評価するシステム及び方法に関する。このシステムは、フォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号提供ユニット１０と、動き信号提供ユニット２０と、動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定する動き決定ユニット４０と、動き影響期間に基づき、ＰＰＧ信号の信号信頼度を決定する信号信頼度決定ユニット５０であって、上記動き影響期間が、上記動き期間と、上記動き期間に続く遷移期間とを含む、信号信頼度決定ユニットと、信号信頼度とＰＰＧ信号とに基づき、対象の心拍数の変化を決定する心拍数変化決定ユニット６０とを有する。
2019513433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の心拍数の変化を評価するシステムであって、
前記対象の心拍を示すフォトプレチスモグラフィ信号を提供する光プレチスモグラフィ信号提供ユニットと、
前記対象の動きを示す動き信号を提供する動き信号提供ユニットと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の信号特徴を決定する信号特徴決定ユニットであって、前記信号特徴が、前記フォトプレチスモグラフィ信号の拍動間隔及び形態の少なくとも１つを含む、信号特徴決定ユニットと、
前記動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定する動き決定ユニットと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の期間が動き影響期間内であるか又は外であるかに基づき、前記フォトプレチスモグラフィ信号の信号信頼度を決定する信号信頼度決定ユニットであって、前記動き影響期間が、前記動き期間と、前記動き期間に続く遷移期間とを含む、信号信頼度決定ユニットと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の前記信号信頼度と前記信号特徴とに基づき、前記対象の心拍数の変化を決定する心拍数変化決定ユニットとを有する、システム。
【請求項２】
前記動き決定ユニットが、前記動き信号に基づき、前記動き期間に関する前記複数の所定の動きクラスの動きクラスを決定し、前記遷移期間は、前記動きクラスに基づかれる長さを持つ、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記動き信号が、前記対象の身体部分の動きを示し、前記複数の所定の動きクラスは、ｉ）前記対象の活動、ｉｉ）前記対象の姿勢変化、及びｉｉｉ）隣接する身体部分の動きを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記動き信号提供ユニットが、前記対象の振動、回転及び／又は加速度を検出する振動センサ、回転センサ及び加速度センサの少なくとも１つを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記動き信号提供ユニットが、前記対象の異なる身体部分に提供される２つ以上のセンサのネットワークを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記心拍数変化決定ユニットが、前記信号信頼度及び前記信号特徴に基づき、前記対象の心拍数を決定し、前記対象の心拍数に基づき、前記対象の心拍数の変化を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記信号信頼度決定ユニットが、二値信頼度又は中間値を持つ信頼度を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記信号信頼度決定ユニットが、前記動き影響期間外の前記フォトプレチスモグラフィ信号の信頼度を前記動き影響期間内より高く決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが、手首ベースの装置として実現される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
対象の心拍を示す第２のフォトプレチスモグラフィ信号を提供する第２のフォトプレチスモグラフィ信号提供ユニットと、
前記対象の動きを示す第２の動き信号を提供する第２の動き信号提供ユニットと、
前記第２の動き信号において識別可能な動きが前記複数の所定の動きクラスの１つに対応する第２の動き期間を決定する第２の動きクラス決定ユニットと、
前記第２のフォトプレチスモグラフィ信号の期間が第２の動き影響期間の範囲内であるか又は外であるかに基づき、前記第２のフォトプレチスモグラフィ信号の第２の信号信頼度を決定する第２の信号信頼度決定ユニットであって、前記第２の動き影響期間が、前記第２の動き期間と、前記第２の動き期間に続く第２の遷移期間とを含む、第２の信号信頼度決定ユニットとを有し、
前記心拍数変化決定ユニットが、前記信号信頼度、前記第２の信号信頼度、前記フォトプレチスモグラフィ信号及び／又は前記第２のフォトプレチスモグラフィ信号に基づき、前記対象の心拍数の変化を決定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フォトプレチスモグラフィ信号及び前記動き信号が、前記対象の第１の部分を示し、
前記第２のフォトプレチスモグラフィ信号及び前記第２の動き信号は、前記対象の第２の部分を示し、
第１の部分及び第２の部分が、前記対象の２つの対称的な身体部分である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記心拍数変化決定ユニットが、前記信号信頼度及び前記第２の信号信頼度の高い方を決定し、前記信号信頼度及び前記第２の信号信頼度の高い方に基づき、前記フォトプレチスモグラフィ信号及び前記第２のフォトプレチスモグラフィ信号の一方を決定する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
対象の心拍数の変化を評価する方法において、
前記対象の心拍を示すフォトプレチスモグラフィ信号を提供するステップと、
前記対象の動きを示す動き信号を提供するステップと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の信号特徴を決定するステップであって、前記信号特徴が、前記フォトプレチスモグラフィ信号の拍動間隔及び形態の少なくとも１つを含む、ステップと、
前記動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定するステップと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の期間が動き影響期間の範囲内であるか又は外であるかに基づき、前記フォトプレチスモグラフィ信号の信頼度を決定するステップであって、前記動き影響期間が、前記動き期間と、前記動き期間に続く遷移期間とを含む、ステップと、
前記信号特徴に基づき、心拍数を決定するステップと、
前記フォトプレチスモグラフィ信号の決定された信頼度に基づき、前記対象の心拍数の変化を評価するステップとを有する、方法。
【請求項１４】
実行されるとき、請求項１３に記載の評価方法をプロセッサに実行させるプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心臓血管系の生理学的信号の検出に関する。特に、本発明は、対象の心拍数の変化を評価するシステム及び方法に関する。これは、不整脈の診断研究、特に心房細動の検出に用途を見いだす。しかしながら、本発明は、他の分野における用途も見出し、必ずしも前述の用途に限定されるものではない点を理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
心臓血管疾患は、心臓、動脈、毛細血管及び静脈を含む血管などの循環系に関する疾患のクラスである。心臓血管疾患に属する状態の最も一般的なグループの１つは、異常な心拍数を特徴とする不整脈である。不整脈に罹患している患者又は対象は、非常に速い又は遅すぎる心拍を持つが、心拍は規則的又は不規則であり得る。不整脈は、心臓の上部室（心房）又は心臓の下部室（心室）で起こり得る。不整脈の広範な例が、心房細動（ＡＦ）である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＡＦのスクリーニングは、症状の無症状及び発作性の性質故、特に発達の初期段階で問題がある。従って、エピソード心電図（ＥＣＧ）測定は、多くの場合、限定された値である。長期間のモニタリング能力を考慮して、高い診断結果でＡＦを検出することができるスマートウォッチデバイスのようなシステムは、控えめで、離散的で、安価なソリューションを表す。ウェアラブル監視ユニットは、リズム障害の発症を連続的に追跡するため、昼夜に亘って長期間患者が監視されることを可能にする。
【０００４】
例えば、手首装着可能なパルスプレチスモグラフ（ＰＰＧ）センサは、拍動間隔（ＩＢＩ）の時系列を処理することにより心調律を追跡し、及びＡＦ尤度を決定する、心電図（ＥＣＧ）ベースのソリューションの代替物を提供することができる。ＡＦエピソードのためにＰＰＧセンサを使用すると、モーションアーチファクトが、記録される信号に影響を及ぼし、システムの精度を低下させるという問題が識別と共に生じる。
【０００５】
ＵＳ８，９７４，３９６Ｂ１号は、対象のＰＰＧ信号から早発性心房収縮事象を決定し、並びに動き活動を測定し、及び加速度計により測定された動きが予め設定された閾値未満のままであるとき、早期心房収縮事象の有効性を検証することにより、早期心房収縮事象を確認する方法を開示する。
【０００６】
ＷＯ２０１５／１８９３０４Ａ１号は、ユーザに取り付けられた少なくとも１つの動きセンサにより検出された動きデータに基づき、ユーザの非活動期間を決定する非活動決定ユニットと、上記非活動決定ユニットにより決定された非活動期間中に上記ユーザに装着された少なくとも１つの心拍数センサにより検出された心拍数データに基づき、上記ユーザの安静時心拍数を算出する安静心拍数算出部とを含む心拍数モニタシステムを開示する。
【０００７】
ＵＳ２０１２／０１２３２２６Ａ１号は、患者の生理学的データを監視する監視システムを作動させる方法を開示する。節電のため、動き活動が非ゼロであり、かつ選択された閾値未満である場合、患者の動き活動データが得られ、患者の生理学的データの測定が開始される。
【０００８】
しかし、動きを予め設定された閾値と比較することは、動きの影響によるＰＰＧ信号の信頼度を十分に考慮せず、ＡＦ事象としての早期心房収縮事象の偽陽性識別を潜在的にもたらす可能性がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、対象の心拍数の変化のより信頼度の高い評価を可能にするシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様において、対象の心拍数の変化を評価するシステムが提供され、このシステムは、上記対象の心拍を示すＰＰＧ信号を提供するＰＰＧ信号提供ユニットと、上記対象の動きを示す動き信号を提供する動き信号提供ユニットと、上記ＰＰＧ信号の信号特徴を決定する信号特徴決定ユニットであって、上記光学的特徴が、上記ＰＰＧ信号の拍動間隔（ＩＢＩ）又は形態の少なくとも１つである、信号特徴決定ユニットと、上記動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定する動き決定ユニットと、上記ＰＰＧ信号の期間が動き影響期間内であるか又は外であるかに基づき、上記ＰＰＧ信号の信号信頼度を決定する信号信頼度決定ユニットであって、上記動き影響期間が、上記動き期間と、上記動き期間に続く遷移期間とを含む、信号信頼度決定ユニットと、上記信号信頼度と上記ＰＰＧ信号の信号特徴とに基づき、上記心拍数の変化を決定する心拍数変化決定ユニットとを有する。
【００１１】
心拍数変化決定ユニットは、ＰＰＧ信号の信号信頼度に基づき心拍数の変化を決定するので、ＰＰＧ信号の期間、これは例えば動き影響期間に含まれるものは、信頼できない、又は低い信頼度を持つが、未考慮のままにされることができる。言い換えると、信頼度が低いと信号信頼度決定ユニットが決定するＰＰＧ信号の時間期間は、考慮されないままであるか、又は心拍数若しくはその変化に対してより低い係数で寄与することができる。従って、心拍数の変化が、より信頼できる信号に基づき評価され、最終的にはより確実に評価される。
【００１２】
心拍数変化決定ユニットは、一実施形態では、まず、ＰＰＧ信号に基づき対象の心拍数の変化を決定し、次いで、信号信頼度に基づき、決定された心拍数変化を評価するよう構成され得る。例えば、一実施形態において、信号信頼度判定ユニットは、心拍数変化決定ユニットが対象の心拍数の変化を決定した後に、ＰＰＧ信号の信号信頼度を決定するよう構成されることもできる。最終的に、すべての実施形態において、心拍数変化決定ユニットは、信号信頼度及びＰＰＧ信号に基づき、対象の心拍数の変化を決定する。
【００１３】
拍動間隔は、ＰＰＧ信号における心拍を示す連続したピークを検出することにより決定される。ＩＢＩは、斯かる連続する２つのピーク間の時間に対応する。心拍数は、このＩＢＩの逆数に直接的に対応し、心拍数変化決定ユニットは好ましくは、ＩＢＩ及び連続ＩＢＩの時系列を評価するための統計的方法に基づき、心拍数を決定するよう構成される。しかしながら、ＰＰＧ信号の他の特徴、例えば、信号の形態が、心拍数の変化を評価するために使用されることもできる。
【００１４】
信号信頼度決定ユニットは、動き影響期間に基づき信頼度を決定するので、動きの影響を受けていない期間、即ち所定の動きクラスの１つに対応する動きが検出されないが動きの影響をなお受けている期間も、ＰＰＧ信号の対応する期間の信頼度を決定する信号信頼度決定ユニットにより考慮される。
【００１５】
この解決策は、所定の動きクラスの１つに入る対象の動きが、基礎となる動きが終了した後でさえＰＰＧ信号の信頼度に影響を及ぼすという知見に基づかれる。動きの影響期間に基づき信頼度を決定することにより、ＰＰＧ信号の信頼度を決定するとき、動き期間に続く遷移期間も考慮される。有利には、心拍数の変化を決定するとき、ＰＰＧ信号の信号特徴は、基礎となる信号に動きの影響がないとき、評価のために考慮される。言い換えると、心拍数の不自然な変化、例えば対象の動きによる心房細動（ＡＦ）の偽陽性検出に関するリスクが低減されることができる。
【００１６】
ＰＰＧ信号提供ユニットは、ＰＰＧ信号が既に格納されている格納ユニットとすることができる。この場合、ＰＰＧ信号提供ユニットは、格納されたＰＰＧ信号を提供するよう構成されることができる。しかしながら、ＰＰＧ信号提供ユニットは、ＰＰＧセンサなどのＰＰＧ信号測定ユニットからＰＰＧ信号を受信し、受信したＰＰＧ信号を提供する受信ユニットであってもよい。更に、ＰＰＧ信号提供ユニットは、ＰＰＧ信号測定ユニット自体であってもよく、この場合、ＰＰＧ信号提供ユニットは、測定されたＰＰＧ信号を提供する。ＰＰＧ信号測定ユニットは好ましくは、対象の体の一部を照らす１つ又は複数の光源と、対象の体からの光を検出する１つ又は複数の検出器とを備え、ＰＰＧ信号測定ユニットは好ましくは、検出された光に基づき、ＰＰＧ信号を決定するよう構成される。好ましい実施形態では、ＰＰＧ信号測定ユニットは、パルスオキシメータ又は心拍検出器である。
【００１７】
同様に、動き信号提供ユニットは、動き信号が既に格納されている格納ユニットであってもよく、この場合、動き信号提供ユニットは、格納された動き信号を提供するよう構成されてもよい。しかしながら、動き信号提供ユニットは、動き信号測定ユニットから動き信号を受信し、受信した動き信号を提供する受信ユニットであってもよい。更に、動き信号提供ユニットは、動き信号測定ユニット自体であってもよく、この場合、動き信号提供ユニットは、測定された動き信号を提供する。
【００１８】
好ましくは、ＰＰＧ信号提供ユニット及び動き信号提供ユニットはそれぞれ、手首のような対象の同じ身体部分に由来するＰＰＧ信号及び動き信号を提供する。好ましくは、ＰＰＧ信号提供ユニットはＰＰＧ信号測定ユニットであり、動き信号提供ユニットは動き信号測定ユニットであり、ＰＰＧ信号測定ユニット及び動き信号測定ユニットはそれぞれ、手首のような対象の同じ身体部分においてＰＰＧ信号及び動き信号を測定する。
【００１９】
好ましくは、ＰＰＧ信号及び動き信号は同期信号であり、同じ期間に対応する。
【００２０】
システムの一実施形態では、上記動き決定ユニットが、上記動き信号に基づき、上記動き期間に関する上記複数の所定の動きクラスの動きクラスを決定し、上記遷移期間は、上記動きクラスに基づかれる長さを持つ。有利には、動きクラスに応じて、遷移期間がより短く又はより長くされることができる。更に、遷移期間の長さは有利には、信号の有効性を確実にするのに必要な限り、ＰＰＧ信号の信頼度を捨てるか、又は低くするため、できるだけ短くすることが有利である。
【００２１】
好ましくは、動き決定ユニットは、動き信号の動き信号特徴を決定し、及び動き期間と複数の動きクラスの対応する１つとを決定するための、動き信号特徴と動きクラスとの間の所定の割り当てを決定するよう構成される。
【００２２】
システムの一実施形態では、上記動き信号が、上記対象の身体部分の動きを示し、上記複数の所定の動きクラスは、ｉ）上記対象の活動、ｉｉ）上記対象の姿勢変化、及びｉｉｉ）隣接する身体部分の動きを含む。好ましくは、対象の活動は、サイクリング、ウォーキング、ランニングなどのような、座位以外の任意の活動であり得る。従って、遷移期間の長さの決定は、有利なことに容易にされ得る。なぜなら、それは、動きのクラスに基づかれることができ、所定の動きのクラスに基づかれることさえできるからである。好ましくは、遷移期間の長さは、所定の複数の動きクラスのそれぞれに関して予め定められることができる。
【００２３】
システムの一実施形態では、上記動き信号提供ユニットが、上記対象の振動、回転及び／又は加速度を検出する振動センサ、回転センサ及び加速度センサの少なくとも１つを有する。動き信号提供ユニットは好ましくは、動き信号測定ユニットであり、１つ又は複数の方向における１つ又は複数の位置において対象の身体の加速度及び動きを測定する１つ又は複数の加速度計センサを備え、上記動き信号測定ユニットは好ましくは、上記検出された加速度に基づき、上記動き信号を決定するよう構成される。一実施形態では、動きクラスとしての姿勢変化の分類は、重力に関する加速度計、好ましくは３Ｄ加速度計の平均的な向きにおける変化を決定することにより有利に検出されることができる。
【００２４】
システムの一実施形態では、上記動き信号提供ユニットが、上記対象の異なる身体部分に提供される２つ以上のセンサのネットワークを有する。また、この実施形態では、センサは、ＰＰＧ信号が由来する身体部分に対する対象の近くの身体部分の特異的な動きを検出することができる振動、回転又は加速度センサであってもよい。
【００２５】
システムの一実施形態では、上記フォトプレチスモグラフィ信号提供ユニットは、ＰＰＧセンサであり、上記フォトプレチスモグラフィ信号は、上記対象のＰＰＧ信号である。ＰＰＧセンサは、手首などのような、対象の皮膚に１つ又は複数の波長の光を放出し、対象の心拍を示す反射光を検出するよう構成される。より正確には、皮下の血流のため、ＰＰＧセンサにおける反射された光は、対象の心拍を示すことができる。ＰＰＧ信号からの信号特徴の決定は、対象の動きに大きく依存する。手首に装着されるＰＰＧセンサの例では、ＰＰＧ信号の信頼度に影響を与える対象の動きは、腕又は手首が動いている動き、及び腕／手首が動かない動きを含む。より正確には、動きによる影響は、センサが位置する身体部分の動き、即ち腕の動き又は手首の動き、並びに隣接する手足の動きによる小さな動き及び振動、即ちこの例では手及び／又は指の動きとして区別されることができる。
【００２６】
システムの一実施形態では、上記心拍数変化決定ユニットが、上記信号の信頼度及び上記信号特徴に基づき、上記対象の心拍数を決定し、上記対象の心拍数に基づき、上記対象の心拍数の変化を決定する。この実施形態における心拍数変化決定ユニットは、まず、対象の心拍数を決定し、次に対象の心拍数に基づき、対象の心拍数の変化を決定するよう構成されることができる。心拍数変化決定ユニットはまた、ＰＰＧ信号の信号信頼度に基づき心拍数及び／若しくは心拍数の変化を直接的に決定し、又はＰＰＧ信号の信号信頼度を考慮することなく、まず心拍数及び／若しくは心拍数の変化を決定し、次にＰＰＧ信号の信号信頼度に基づき、心拍数及び／又は心拍数の変化を評価するよう構成され得る。
【００２７】
システムの一実施形態では、上記信号信頼度決定ユニットが、二値信頼度又は中間値を持つ信頼度を決定する。信頼度がバイナリの結果として決定される場合、ＰＰＧ信号は信頼できるか又は信頼できないかのいずれかとすることができる。言い換えると、ＰＰＧ信号及び対応する信号特徴は、信頼できるものとして受け入れられるか、又は信頼できないものとして破棄される。別の実施形態では、信頼度は中間値を持つ。従って、信頼度は連続的であってもよく、又は離散中間値を有してもよい。従って、信号信頼度決定ユニットは、ＰＰＧ信号の信頼度に関する任意の中間値を決定するよう構成されることができ、特定の期間に関する信頼度を増加又は減少させるよう構成されることもできる。これは、複数の信号及び／又は複数のセンサの場合に特に有利であり、例えば、特定の期間に関してより高い又は最も高い信頼度を持つセンサが選択される。
【００２８】
システムの一実施形態では、上記信号信頼度決定ユニットが、上記動き影響期間外の上記ＰＰＧ信号の信頼度を上記動き影響期間内より高く決定する。有利には、動きの影響を受けない信号は、動きの影響下にある信号よりも高い信頼度が割り当てられる。
【００２９】
信号特徴としてＩＢＩを使用する実施形態では、隣接する身体部分の動きが検出されるとき、以前のＩＢＩ信頼度と比較して、現在のＩＢＩに関するＰＰＧ信号の信頼度が低下されることができる。心拍数変化決定ユニットは、ＩＢＩ値に基づき心拍数を決定し、例えばマルコフモデル確率又はエントロピー及びＩＢＩ変化特徴に基づかれる統計的分類子を使用して、ＩＢＩ信頼度に基づき、変化を評価するよう構成されることができる。
【００３０】
システムの実施形態では、システムは、対象の１つ又は複数の身体部分に装着可能なハウジングを備えるデバイスに組み込まれる。「装着可能／ウェアラブル」という用語は、「ポータブル／持ち運び可能」という用語の一般的な意味も含むことに留意されたい。１つ又は複数の身体部分は、腕、手首、腰部、背部、頸部、脚部、足部など、デバイスを装着又は移植するのに適した人体のすべての身体部分を含む。
【００３１】
有利には、斯かるデバイスは、自宅、乗り物／列車／航空機、作業場所といった場所から独立して、及び作業中、休息中、スポーツ中、食事中などのような対象の活動から独立して、心拍数変化の連続的な検出を可能にする。長期間デバイスを装着することにより、進行中の心拍数の長期的な研究が実現されることができ、これは、ＡＦ及び他のタイプの不整脈を含む心臓疾患の発症に関する正確な情報を外科医に提供することができる。更に、ＡＦエピソードは、日中のいつでも発生する可能性がある。デバイスを連続的に運ぶことにより、予想外のＡＦエピソードを検出することが可能になる。
【００３２】
システムの一実施形態では、システムは手首ベースのデバイスとして実現される。有利には、デバイスは、腕時計様のデバイスを含み、そのハウジングは、対象の一方の手首又は腕に装着可能である。これは、ＰＰＧ信号測定ユニット及び動き信号測定ユニットの両方を含む。対象は、対象の日常活動にほとんど影響を与えない腕時計の着用／移植に使用される。
【００３３】
一実施形態では、システムは、上記対象の心拍を示す第２のＰＰＧ信号を提供する第２のＰＰＧ信号提供ユニットと、上記対象の第２の動き信号を提供する第２の動き信号提供ユニットと、上記第２の動き信号において識別可能な動きが上記複数の所定の動きクラスの１つに対応する第２の動き期間を決定する第２の動きクラス決定ユニットと、上記第２のＰＰＧ信号の期間が第２の動き影響期間の範囲内であるか又は外であるかに基づき、上記第２のＰＰＧ信号の第２の信号信頼度を決定する第２の信号信頼度決定ユニットであって、上記第２の動き影響期間が、上記第２の動き期間と、上記第２の動き期間に続く第２の遷移期間とを含む、第２の信号信頼度決定ユニットとを有し、上記心拍数変化決定ユニットが、上記信号信頼度、上記第２の信号信頼度、上記ＰＰＧ信号及び／又は上記第２のＰＰＧ信号に基づき、上記対象の上記心拍数の変化を決定するよう構成される。
【００３４】
第２のＰＰＧ信号が追加的に提供されるので、動きによりＰＰＧ信号が特定の期間信頼できない場合であっても、監視時間が増加されることができる。このシステムは、モーションアーチファクトがＰＰＧ信号及び第２のＰＰＧ信号の１つに限定される状況において特に有利である。
【００３５】
システムの一実施形態では、ＰＰＧ信号及び動き信号が対象の第１の部分を示し、上記第２のＰＰＧ信号及び上記第２の動き信号は、上記対象の第２の部分を示し、第１の部分及び第２の部分が、上記対象の２つの対称的な身体部分である。
【００３６】
例えば、ＰＰＧ信号は左手首を示すことができ、第２のＰＰＧ信号は右手首を示すことができ、又はその逆も可能である。好ましくは、システムは、それぞれ左手首及び右手首に取り付けられる２つのＰＰＧセンサを有する。２つのＰＰＧセンサを同一しかし反対側の身体位置に配置することにより、１つの分類スキームが開発されることができ、これは代替的に２つのセンサからのデータを使用する。好ましくは、２つのＰＰＧセンサはそれぞれ動きセンサに結合される。一実施形態では、例えば周期的で逆位相的な身体加速度信号において反映される逆位相腕運動を含む身体活動の間、ＰＰＧ信号は、信号期間の半分の間良好な品質を持ち、第２のＰＰＧ信号は、他の半分の信号期間の間良好な品質を持つ。有利には、２つのセンサを切り替えることは、良好な品質の光学的特徴を備える時間を２倍にすることを可能にし、こうして監視時間を２倍にすることを可能にする。更に、一実施形態では、集中的な身体活動中にＡＦエピソードを検出するためといった心拍数の変化を評価することが可能にされ、これは、ＡＦコンテキスト関連エピソードに関する情報を医師に提供する。有利には、最も適切な医療処置が決定されることができる。
【００３７】
別の実施形態では、システムは、手首ベースのデバイスの同じハウジング内のように、対象の同じ身体部分又は近くの身体部分に提供される２つのＰＰＧセンサ及び２つの動きセンサを有する。斯かるシステムは、センサの重複した提供による心拍数の変化のより信頼度の高い評価を可能にする。
【００３８】
本システムの一実施形態では、心拍数変化決定ユニットは、信号信頼度及び第２の信号信頼度の高い方の信頼度を決定し、信号信頼度及び第２の信号信頼度の高い方に基づき、ＰＰＧ信号及び第２のＰＰＧ信号の１つを決定するよう構成される。
【００３９】
有利には、ＰＰＧ信号及び第２のＰＰＧ信号のより信頼できるもののみが考慮され、その結果、ＡＦエピソードの偽陽性決定のような、心拍数の異常変化の偽陽性決定のリスクが低減されることができる。
【００４０】
信号特徴決定ユニット、動き決定ユニット、信号信頼度判定ユニット及び心拍数変化決定ユニットは、一実施形態では、同じ又は異なる物理的デバイスに配置された１つ又は複数のプロセッサに設けられてもよい。より正確には、信号特徴決定ユニット、動き決定ユニット、信号信頼度決定ユニット、及び心拍数変化決定ユニットは、一実施形態では、ＰＰＧ信号提供ユニット及び／若しくは動き信号提供ユニットとともに単一デバイスにおいて提供されることができ、又は異なる実施形態では、複数のデバイスにわたり分散されることができる。
【００４１】
一実施形態では、信号特徴決定ユニット、動き決定ユニット、信号信頼度決定ユニット及び心拍数変化決定ユニットは、従来において知られるように有線又は無線でフォトプレチスモグラフィ信号提供ユニット及び／又は動き信号提供ユニットと通信する。一実施形態では、信号特徴決定ユニット、動き決定ユニット、信号信頼度決定ユニット及び心拍数変化決定ユニットの１つ、複数又は全てが、サーバに設けられる。これは、適切な通信手段を用いて、例えばインターネットを介して、評価システムの残りの部分と通信するよう構成される。
【００４２】
本発明の更なる態様では、対象の心拍数の変化を評価する方法が提供され、この方法は、
上記対象の心拍を示すＰＰＧ信号を提供するステップと、
上記対象の動きを示す動き信号を提供するステップと、
上記ＰＰＧ信号の信号特徴を決定するステップであって、上記信号特徴が、上記ＰＰＧ信号のＩＢＩ及び形態の少なくとも１つを含む、ステップと、
上記動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定するステップと、
上記ＰＰＧ信号の期間が動き影響期間内であるか又は外であるかに基づき、上記ＰＰＧ信号の信頼度を決定するステップであって、上記動き影響期間が、上記動き期間と、上記動き期間に続く遷移期間とからなる、ステップと、
上記信号特徴に基づき、心拍数を決定するステップと、
上記ＰＰＧ信号の決定された信頼度に基づき、上記対象の心拍数の変化を評価するステップとを有する。
【００４３】
本発明の更なる態様では、対象の心拍数の変化を評価するためのコンピュータプログラムが提供され、これは、実行されるとき、請求項１３に記載の評価方法をプロセッサに実行させるプログラムコード手段を含む。
【００４４】
請求項１に記載の対象の心拍数の変化を評価するシステム、請求項１３に記載の対象の心拍数の変化を評価する方法、及び請求項１４に記載の対象の心拍数の変化を評価するためのコンピュータプログラムは、特に従属請求項に規定されるように、同様の及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項又は前述の実施形態と個別の独立請求項との任意の組み合わせとすることもできる点を理解されたい。
【００４６】
本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】対象の心拍数の変化を評価する評価システムの一実施形態を概略的かつ例示的に示す図である。
【図２】図１に示される評価システムの一実施形態としての腕時計型デバイスを概略的かつ例示的に示す図である。
【図３】対象の心拍数の変化を評価する方法の一実施形態のフローチャートを概略的かつ例示的に示す図である。
【図４】ＰＰＧ信号の信頼度を評価する方式の第１の例を例示的に示す図である。
【図５】ＰＰＧ信号の信頼度を評価する方式の第２の例を例示的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、対象の心拍数の変化を評価する評価システム１の一実施形態を概略的かつ例示的に示す。本実施例における評価システム１は、ＰＰＧ信号提供ユニット１０と、動き信号提供ユニット２０と、信号特徴決定ユニット３０と、動き決定ユニット４０と、信号信頼度決定ユニット５０と、心拍数変化決定ユニット６０とを収容するケーシング６を有する。この例では、すべてのユニットが、ケーシング６内に収容されるが、他の例では、ユニットの１つ、複数、又はすべてが、例えばサーバ上に実現されるなど、異なる及び／又は遠隔地に設けられることもできる。
【００４９】
この例におけるＰＰＧ信号提供ユニット１０は、ＰＰＧを測定するＰＰＧセンサを備えたＰＰＧ信号測定ユニットである。このユニットは、対象の皮膚に光を向ける発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、対象の皮膚から反射した光を検出する既知のＰＰＧセンサユニットであってよく、ここで、ＰＰＧセンサユニット１０は、検出された光に基づきＰＰＧを生成する。
【００５０】
この例における動き信号提供ユニット２０は、対象の身体部分の加速度を検出する加速度計を有する。この例では、加速度計は、重力に対する加速度計の平均的な向きにおける変化を観察することにより、対象の姿勢変化を検出するため、多次元加速度計を有する。しかしながら、他の実施形態では、動き信号を提供する他の手段及びユニットが想定される。
【００５１】
信号特徴決定ユニット３０は、ＰＰＧ信号提供ユニット１０からＰＰＧ信号を受信し、受信したＰＰＧ信号に基づき信号特徴を決定するよう構成される。この例では、信号特徴決定ユニット３０は、対象のＰＰＧ信号から拍動間隔（ＩＢＩ）を決定する。
【００５２】
動き決定ユニット４０は、動き信号提供ユニット２０から動き信号を受信し、受信した動き信号に基づき、動き期間を決定するよう構成される。動き期間は、動き検出ユニット４０により、動き信号において検出可能な動きが所定の動きクラスに含まれる期間として決定される。
【００５３】
この例では、動き決定ユニット４０は、３つの動きクラスの１つが適用されるかどうかを評価するよう構成される。例えばサイクリング、ウォーキング又はランニングなどの、座位以外の活動が検出される。斯かる活動の間、信号特徴決定ユニット３０により検出されたＩＢＩは、ＰＰＧ信号から確実に検出されることができない。動き決定ユニット４０は例えば、動き信号に関する既知のパターン認識技術を用いることにより、動き期間を検出するよう構成される。しかしながら、別の例では、動き期間は代替的に又は追加的に、動き信号の大きさを解析することにより、決定されることができる。
【００５４】
対象の活動とは別に、姿勢変化が起こり、これが第２の動きクラスに対応する動きとして動き決定ユニット４０により検出され得る。これは、また、適切なＩＢＩ検出を妨げ、前述のように、例えば、３Ｄ加速度計動き信号の平均的な向きにおける変化を観察することにより検出され得る。
【００５５】
最後に、第３の動きクラスに対応する動きとして、動き決定ユニット４０により隣接する身体部分の動きが検出されることができる。例えば、隣接する部分の動きは、隣接する身体部分に配置されたデバイスを接続するセンサネットワークを用いて、又はＰＰＧセンサの位置における近くの手足の特異な動きパターンを検出することができる振動、回転若しくは加速度センサを用いて検出されることができる。
【００５６】
一例では、隣接する身体部分は、動き信号が示す身体部分として規定される。手首ベースのデバイスの例では、これは手首及び腕を含むことができる。別の例では、隣接する身体部分は、動き信号が示す身体部分に隣接する四肢又は四肢の部分として規定されることができる。手首ベースのデバイスの例では、これは手及び指を含むことができる。動き決定ユニット４０による動き信号に基づき、隣接する身体部分の様々な例示的な動きが区別されることができる。更に別の例では、動き決定ユニット４０は、前述した隣接する身体部分の例の複数又はすべてから動きを決定及び区別するよう構成されることもできる。
【００５７】
信号信頼度決定ユニット５０は、ＰＰＧ信号の期間が動き影響期間内又は外かに基づき、ＰＰＧ信号の信頼度を決定するよう構成され、ここで、動き影響期間は、動き決定ユニット４０により決定される動き期間と、動き期間に続く遷移期間とからなる。それは、信号特徴決定ユニット３０からの識別された信号特徴と、動き決定ユニット４０により決定された動き期間との両方を受信する。動き決定ユニット４０が、動き期間中の動きクラスの１つに対応する動きを決定する場合、信号信頼度決定ユニット５０は、動き影響期間を決定する。これは、動き期間と、動き期間に続く遷移期間とからなり、動きが検出されないがＰＰＧ信号の信頼度に依然として影響を与える期間を示す。信号信頼度決定ユニット５０は、動き影響期間中のＰＰＧ信号を信頼できないと決定し、又は動きパターンに基づきＰＰＧ信号の信頼度を低くすることができる。
【００５８】
動き決定ユニット４０により決定された３つの動きクラスはすべて、信号特徴決定ユニット３０により決定される信号特徴及び／又は全体としてＰＰＧ信号の低い信頼度をもたらす可能性がある。３つの動きクラスすべてが信頼度に同じ影響を及ぼすか、又は各動きクラスがＰＰＧ信号の信頼度に個別の影響を及ぼす可能性がある。
【００５９】
心拍数変化決定ユニット６０は、ＰＰＧ信号の拍動間隔などの光学的特徴に基づき心拍数を決定し、信号信頼度決定ユニット５０から入力された信頼度に基づき、対象の心拍数の変化を評価する。この実施形態では、心拍数変化決定ユニット６０は、心拍数の変化を評価してＡＦエピソードを検出し、ＰＰＧ信号からＩＢＩの時系列に基づき、及びそれぞれの信号特徴、即ち対象の動きに依存するＩＢＩの信頼度に基づき、ＡＦ尤度を決定する。信号信頼度は動き影響期間に関して調整されることができるので、ＡＦエピソードの推定が改善されることができ、偽陽性分類に関するリスクが最小化されることができる。これは、心拍数の変化の評価の改善をもたらす。
【００６０】
図２は、ケーシング６が手首ベルト７を用いて対象の手首５に取り付けられる評価システム１の一例を例示的に示す。対象の手首５は、位置決め評価システム１にとって好ましい位置である。なぜなら、対象が手首着用デバイスを運ぶために使用され、及びそれは、斯かるデバイスにとって非常に目立つ位置であるからである。換言すれば、評価システム１は、対象に実質的な不快感などをもたらすことなく、１日中、手首５において装着されることができる。それにもかかわらず、評価システム１又はケーシング６はそれぞれ、対象の他の部分にも取り付けられ得ることは、当業者に既知である。
【００６１】
一例では、２つの評価システム１が対象の両方の手首に取り付けられることもできる。これらのシステムの２つを２つの対称的な人体部分に配置することにより、信号源としてより低い動きを検出するセンサを選択することにより、監視時間が増加されることができる。即ち、信号信頼度決定ユニットがより高い信頼度で決定することができる。一例では、２つの動きセンサ、好ましくは加速度計に結合される２つのＰＰＧセンサを、対向し及び対称的な身体部分に配置することが、それぞれの動き信号の動きレベルに基づき２つのセンサのＰＰＧ信号を切り替えることにより、監視時間を増加させることを可能にする。更に、２つのＰＰＧセンサを対象の同じであるが反対側の身体位置に配置することが、単一の分類システムを開発することを可能にする。なぜなら、２つの光センサからのデータを交互に使用する同じ入力タイプが使用されることができるからである。これは、ＡＦ事象又はエピソードを検出する可能性を更に高くすることができる。最後に、斯かる解決法は、集中的な身体活動中のＡＦエピソードの検出も可能にすることができ、従って、最も適切な医療処置を決定するために貴重である。なぜなら、１つのセンサにより検出されたＰＰＧセンサは、信号期間の半分に対してだけ良好な品質を持ち、２つのセンサ間でスイッチングすることが、ＩＢＩのような良質の信号特徴を備える時間を２倍にすることができるからである。
【００６２】
図３は、対象の心拍数の変化を評価する評価方法１００の一実施形態のフローチャートを概略的かつ例示的に示す。ステップ１１０では、対象の心拍を示すＰＰＧ信号が提供される。ＰＰＧ信号は、リアルタイムで得られることができるか、又は記憶され、後の解析のために提供されることができる。
【００６３】
ステップ１２０では、対象の動きを示す動き信号が提供される。動き信号も、リアルタイムで取得されることができるか、又は以前に記憶された動き信号とすることができる。ＰＰＧ信号及び動き信号は好ましくは、それらが対象の同じ期間及び同じ身体部分を示すよう、互いに対応する。
【００６４】
ステップ１３０において、ＰＰＧ信号の信号特徴が決定される。信号特徴は例えば、ＰＰＧ信号のＩＢＩ又は形態である。
【００６５】
ステップ１４０において、動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間が決定される。動きクラスは一般に、ＰＰＧ信号又は信号特徴の信頼度に影響を及ぼす可能性がある対象の動きの任意のクラスであり得る。この例では、所定の動きクラスは、ｉ）対象の活動、ｉｉ）対象の姿勢の変化、又はｉｉｉ）対象の隣接する肢の動きであり、例えば、対象のＰＰＧ信号及び／又は動き信号が、対象の手首に関連する場合手又は指である。
【００６６】
ステップ１５０において、ＰＰＧ信号の信頼度は、ＰＰＧ信号の期間が動き影響期間の範囲内であるか外であるかに基づき決定される。動き影響期間は、動き期間と、動き期間に続く遷移期間とからなる。遷移期間は、以前の動きがまだＰＰＧ信号の信頼度にいくらかの影響を及ぼしているが、しかしながらその間、動きクラスのいずれかに従う動きが動き信号内で識別できない期間を説明する。
【００６７】
ステップ１６０では、信号特徴に基づき心拍数が決定される。ＩＢＩの例では、心拍数は例えば、ＩＢＩの時系列に統計的アルゴリズムを用いることにより決定される。更に、決定された信頼度が考慮され、その結果、信頼度が低いか又は信頼できない期間に関しては、心拍数がＰＰＧ信号から決定されることができない。
【００６８】
ステップ１７０では、ＰＰＧ信号の決定された信頼度に基づき、対象の心拍数の変化が評価される。一緒に、ＰＰＧ信号のエピソードが、ＡＦエピソードとして間違って検出される可能性は低い。
【００６９】
前述のステップは、特定の順序で列挙されるが、これらのステップは、異なる順序で実行されてもよく、すべてのステップが、同時に及び／又は連続的に実行されてもよい。例えば、評価方法１００を使用するウェアラブル監視ユニットの場合、この監視ユニットを装着した対象は、昼夜を通して長期間監視されることができ、心拍数の変化が継続的に追跡されることができる。更に、例えば心電図（ＥＣＧ）ベースの信号の代わりにＰＰＧ信号が使用されるので、斯かる監視ユニットを装着することは、対象に対してあまり目立たない。
【００７０】
図４は、ＰＰＧ信号の信頼度を評価する方式の第１の例を例示的に示す。システムは、ウォーキング、ランニング、サイクリング、スポーツ、座りなどの活動タイプを示す動きセンサ出力４００を使用する。特に、動き出力４００は、動きの強度を含む。更に、動き信号は、対象の隣接する部分の動きに関する動き強度及び動き特徴を示す、隣接する部分の動きの影響４１０を含む。隣接する部分は例えば、動きセンサが配置される、又は動き信号が発生する部分に隣接する身体部分であり、例えば、手首に装着されるデバイスの場合、指及び手である。
【００７１】
ステップ４２０では、動きセンサ出力４００に基づき活動のタイプが変更されるかどうかが決定される。ステップ４２０で活動タイプの変化が検出されない場合、それは、ステップ４７０へと続き、前の信号特徴の以前の信頼度が維持される。逆に、ステップ４２０において、変更された活動が検出される場合、ステップ４３０において、大きな移動が検出されたかどうかが更に決定される。肯定的には、ステップ４３０において大きな動きが検出される場合、ステップ４４０において、現在の信号特徴、例えばＩＢＩが破棄される。代替的に、ステップ４３０において大きな動きが検出されない場合、ステップ４５０において、ステップ４１０における隣接する部分の動きに基づき、隣接する部分が動いているかどうかが決定される。隣接する身体が動いている場合。ステップ４５０において隣接する身体部分の動きが検出される場合、ステップ４６０において信頼度が低下される。代替的に、ステップ４５０において隣接する身体部分の動きが検出されない場合、ステップ４７０において、光学的特徴の以前の信頼度が維持される。
【００７２】
ＰＰＧ信号の信頼度を評価する方式の第２の例が、図５を参照して説明される。図５は、２つの状態「ＩＢＩを使用する」状態５００及び「ＩＢＩを破棄する」状態５１０を備える状態機械としての例示的な方式を示す。状態５００では、ＰＰＧ信号から現在決定されるＩＢＩなどの信号特徴が、更なる評価に使用される。代替的な状態５１０では、現在のＩＢＩは破棄される。即ち、更なる評価のためには使用されない。言い換えると、信号信頼度決定ユニット５０（図１参照）は、状態５０５又は状態５１５が存在するかどうかを決定し、それに基づき、システムを状態５００、即ちＩＢＩを使用する状態に、又は状態５１０、即ちＩＢＩを破棄する状態にセットする。状態５０５は、座位と異なる活動タイプが検出された、姿勢変化が検出された、又は隣接する動きが検出された動き信号に対応する。状態５１５は、動き期間及び遷移期間を含む動き影響期間に関して、活動タイプが座りであると決定され、姿勢変化が検出されず、及び隣接する身体部位の動きが検出されていない状態に対応する。言い換えると、イベント「座位以外の活動タイプ、姿勢変化及び隣接する身体部分の動き」のいずれかの検出は、状態機械を「ＩＢＩを破棄する」状態５１０に移行させ、それぞれの影響期間に関するこれらのイベントの欠如は、状態機械を「ＩＢＩ使用」状態５００にする。
【００７３】
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解及び実行されることができる。例えば、皮膚に接触するＰＰＧ検出ユニットは主に、ＰＰＧ信号提供ユニットであるとして本書において開示されるが、本発明は、レーザスペックル検出ユニットのような他の光信号提供ユニット、又はバイタルサインカメラのような皮膚に接触しないＰＰＧ信号提供ユニットにも適用される。それに続いて、複数のＰＰＧ信号提供ユニットが使用されることができる。
【００７４】
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。
【００７５】
単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載されたいくつかの項目の機能を果たすことができる。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。
【００７６】
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ＰＰＧ信号の信号特徴の決定、動き信号の動き期間の決定、ＰＰＧ信号の信頼度の決定、信号特徴に基づかれる心拍数の決定、対象の心拍数の変化の評価等の手順は、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。対象の心拍数の変化を評価する方法に基づき、対象の心拍数の変化を評価するこれらの手順及び／又はシステムの制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段及び／又は専用ハードウェアとして実現されることもができる。
【００７７】
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おいて格納／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。
【００７８】
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。
【００７９】
本発明は、心臓血管系の生理学的信号の検出に関する。特に、対象の心拍数の変化をより確実に評価するシステム及び方法に関する。このシステムは、ＰＰＧ信号提供ユニット１０と、動き信号提供ユニット２０と、上記動き信号において識別可能な動きが複数の所定の動きクラスの１つに対応する動き期間を決定する動き決定ユニット４０と、動き影響期間に基づきＰＰＧ信号の信号信頼度を決定する信号信頼度決定ユニット５０であって、上記動き影響期間が、上記動き期間及び上記動き期間に続く遷移期間を含む、信号信頼度決定ユニットと、上記信号信頼度と上記ＰＰＧ信号とに基づき、上記対象の心拍数の変化を判定する心拍数変化決定ユニット６０とを有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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