(57)【要約】  データ処理デバイス１００、２００は、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータ１１４と、モーションセンサデータ１１６とを含む時間依存性センサデータ１１０から関心対象６０５に関する心拍数情報を決定する。再構成ユニットは、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を受信し、それを関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去生理学的センサデータ要素１４５に分解し、最も高い要素振幅のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５の少なくとも２つの要素サブセットの組み合わせとして再構成された心拍要素データ１５０を提供する。ビート解析ユニットは、再構成された心拍要素データ１５０を受信し、心拍数情報として心拍要素データ１５０から心拍インターバルを決定し、決定された心拍情報に基づき心拍数情報信号１７０を提供する。
2019508123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータと、関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータとを含む時間依存センサデータから前記関心対象に関する心拍数情報を決定するデータ処理デバイスであって、
前記センサデータを受信し、前記モーションセンサデータを使用して前記生理学的センサデータにモーションアーチファクト除去アルゴリズムを適用し、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するモーションアーチファクト除去ユニットと、
前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを、関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解し、最高要素振幅の前記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つの要素サブセットの組み合わせとして再構成された心拍要素データを提供する再構成ユニットと、
前記再構成された心拍要素データを受信し、前記心拍数情報として前記心拍要素データから心拍インターバルを決定し、決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供するビート解析ユニットとを有する、データ処理デバイス。
【請求項２】
前記データ処理デバイスが更に、前記関心対象の前記感知される領域の現在の速度又は加速度から得られる動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えるかどうかを示す動きレベルインジケータを前記モーションセンサデータから決定し、又は前記インジケータを受信し、前記ビート解析ユニットは更に、前記動きレベルインジケータに基づき、前記動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えない限り、前記生理学的センサデータを受信し、前記生理学的センサデータのみから前記心拍インターバルを決定する、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項３】
前記データ処理デバイスが、前記生理学的センサデータをＰＰＧデータの形で受信し、前記ＰＰＧデータは、前記感知される領域における血液量の変動に敏感な少なくとも１つの第１のスペクトルチャネルにおける時間の関数として、前記関心対象の前記感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す、請求項１又は２に記載のデータ処理デバイス。
【請求項４】
前記データ処理デバイスが、少なくとも部分的には光学的モーションセンサデータの形で前記時間依存モーションセンサデータを受信し、前記モーションセンサデータは、前記感知される領域における血液量の変動に敏感でない少なくとも１つの追加的なスペクトルチャネルにおける時間の関数として、前記関心対象の前記感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す、請求項３に記載のデータ処理デバイス。
【請求項５】
少なくとも部分的には加速度計により提供される加速度データの形で、前記時間依存モーションセンサデータを受信する、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項６】
前記データ処理デバイスが、前記時間依存センサデータを所定の時間スパンに関するセンサデータを含むフレームに構造化し、
前記モーションアーチファクト除去ユニットは、前記モーションアーチファクト除去アルゴリズムを前記生理的センサデータにフレームごとに適用し、
前記再構成ユニットが、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを分解し、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つの要素サブセットをフレームごとに組み合わせる、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項７】
前記再構成ユニットが、モデリング要素サブセットを形成するアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の総数を少なくとも１つの所定の適応制御基準に基づき適応させる、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項８】
前記モーションアーチファクト除去ユニットが、前記モーションセンサデータをモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に分解し、前記分解されたモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に基づき、少なくとも２つの異なる運動基準データのセットを決定し、前記生理学的センサデータと前記運動基準データのセットとを組み合わせて、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供する、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項９】
前記モーションアーチファクト除去ユニットが、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用して、前記モーションセンサデータをモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に分解する、請求項８に記載のデータ処理デバイス。
【請求項１０】
前記再構成ユニットが、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用して、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを前記複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解する、請求項１に記載のデータ処理デバイス。
【請求項１１】
前記再構成ユニットが、所定の長さの時間フレームのアーチファクト除去された生理学的センサデータサンプルの列ベクトルを持つ軌道行列に関する共分散行列の固有値及び固有ベクトルを決定し、前記固有ベクトル上に前記軌道行列を投影し、前記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素及びこれらに関連付けられる要素振幅を決定する、請求項１０に記載のデータ処理デバイス。
【請求項１２】
関心対象に関する心拍数情報を決定する装置であって、
心拍要素を含む生理学的センサデータを確認することを可能にする少なくとも１つのスペクトルチャネルにおいて、関心対象の感知領域で電磁放射線を放出する少なくとも１つのエミッタを含むエミッタユニットと、
少なくとも１つのスペクトルチャネルにおける時間の関数として前記関心対象の感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示し、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータをその出力において確認及び提供し、かつ前記感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータを時間の関数として確認するセンサユニットと、
請求項１に記載のデータ処理デバイスとを有する、装置。
【請求項１３】
前記センサユニットが、前記モーションセンサデータを加速度計データの形で提供する加速度計を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
時間依存センサデータから関心対象の心拍数情報を決定するデータ処理方法において、
心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータと、前記関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータとを含む時間依存センサデータを受信するステップと、
前記モーションセンサデータを使用して前記生理学的センサデータにモーションアーチファクト除去アルゴリズムを適用し、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するステップと、
前記アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、前記アーチファクト除去された前記生理的センサデータを、関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解し、最も高い要素振幅を備える前記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つを含む要素サブセットを組み合わせ、前記組み合わせられた要素サブセットを再構成された心拍要素データとして提供するステップと、
前記再構成された心拍要素データを受信し、前記心拍要素データから心拍数情報として心拍インターバルを決定し、前記決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供するステップとを有する、方法。
【請求項１５】
コンピュータで実行されるとき請求項１４に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラムコード手段を有する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、時間依存センサデータから関心対象に関する心拍数情報を決定するデータ処理デバイスに関し、このセンサデータは、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータを有し、関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータを更に有する。本願は更に、関心対象に関する心拍数情報を決定する装置、データ処理方法、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
関心対象の心拍数といった心臓血管状態に関する情報は、接触センサ又はカメラなどの遠隔センサといったセンサを使用するフォトプレチスモグラフ（ＰＰＧ）により目立たないように取得されることができる。遠隔センサを使用するＰＰＧ技術は、遠隔ＰＰＧとも呼ばれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
接触センサ又は遠隔センサのいずれを使用するにしても、ＰＰＧ技術は、動き誘発信号歪みの影響を受けやすく、これは所望のバイタル信号に重畳される。動き誘発信号歪みは例えば、関心対象の動きから生じる。検出されたＰＰＧ信号を表すＰＰＧデータにおけるモーションアーチファクト低減は、困難な課題である。なぜなら、動き要素の寄与が所望のバイタル信号の寄与をしばしば桁違いに上回るからである。アーチファクトは誤った解釈をもたらし、心血管パラメータの推定の正確性及び信頼性を低下させる。
【０００４】
多くの研究において、関連付けられるＰＰＧ設定は通常、対象に動きがないことを要求する条件下で行われる。この欠点は、例えば病院、在宅ケア及びスポーツといった実際のアプリケーション環境における技術の能力を制限する。
【０００５】
ＵＳ２０１４／０２１３８５８Ａ１号は、心拍数測定ユニットと、身体部分の動きを測定する動き測定ユニットと、処理ユニットとを有する、人の心拍数を決定するポータブルデバイスを開示する。処理ユニットは、心拍数信号の信号品質を測定し、それに応じて２つの計算モードを切り替えるよう構成される。信号品質が所定の閾値を超える場合、心拍数が心拍数信号に基づき計算される。信号品質が非常に悪く、心拍信号に基づかれる心拍数の信頼できる計算が技術的に不可能である場合、処理ユニットは第２の計算モードに切り替える。そこでは、運動信号の周波数に依存する心拍数定数を推定し、最後に確実に測定された心拍数から開始し推定された心拍数定数で終了する心拍数の指数関数的な発達を規定することにより、心拍数が運動信号に基づき推定される。
【０００６】
ＵＳ２０１２／０２２９２０１Ａ１号は、入力信号に含まれる定常要素と非定常要素とを分離するフィルタと、分離された定常要素と分離された非定常要素とを所与の割合に基づき合成する合成ユニットと、入力信号における非定常要素の量の大きさを評価する評価ユニットとを有するフィルタデバイスを記載する。上記合成ユニットは、上記非定常要素の量が所定の基準以下と上記評価ユニットが決定する場合、上記所与の割合を第１の比率に設定し、上記非定常要素の量が上記所定の基準よりも大きいと上記評価ユニットが決定する場合、上記所与の割合を上記非定常要素の割合が上記第１の比よりも小さい第２の比に設定する。
【０００７】
強い動き誘発信号歪みの存在下でさえ、生理学的センサデータから信頼性のある、より正確な心拍数情報を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、時間依存性のセンサデータから関心対象に関する心拍情報を決定するデータ処理デバイスが提供される。時間依存センサデータは、心拍要素と少なくとも１つのモーションアーチファクト要素とを含む生理学的センサデータを含み、関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータを更に含む。データ処理デバイスは、
上記センサデータを受信し、上記モーションセンサデータを使用して上記生理学的センサデータにモーションアーチファクト除去アルゴリズムを適用し、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するモーションアーチファクト除去ユニットと、
上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを、関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解し、最高要素振幅の上記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つの要素サブセットの組み合わせとして再構成された心拍要素データを提供する再構成ユニットと、
上記再構成された心拍要素データを受信し、上記心拍数情報として上記心拍要素データから心拍インターバルを決定し、決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供するビート解析ユニットとを有する。
【０００９】
本発明の第１の態様のデータ処理デバイスは、モーションアーチファクト除去のためのデータ処理段が、特にモーションアーチファクトによる強い歪みの存在下では、生理学的センサデータからの心拍数情報の確実な決定を常に可能にするわけではないとの理解に基づかれる。本発明者らは、アーチファクト除去された生理学的センサデータが、休止している関心対象から得られるセンサデータには存在しない不規則性を残している場合があることを見出した。従って、時間の関数としてパルスの形状に厳密に依存する心拍数情報を得る技術は、生理学的センサデータから心拍要素を確実に抽出することができない。この意味において、「モーションアーチファクト除去」という用語は、本書の文脈において、生理学的センサデータからのモーションアーチファクトの完全かつ確実な除去を意味すると理解されるべきではないことが明らかになる。この用語は、ここでは、生理学的センサデータにおける動き誘発歪みを低減するためのデータ処理の技術的アプローチを示すために使用される。本発明の第１の態様のデータ処理デバイスは、既存のアーチファクト除去アプローチの限界を更に低減させることにより技術を進歩させるのに役立つ。これは、いくつかの状況下で、名目上アーチファクト除去された生理学的センサデータにおける不規則性を残す。
【００１０】
斯かる不規則性に対処するため、本発明は、アーチファクト除去された生理学的センサデータから心拍要素を準再構成する第２の処理段を提供することを提案する。この文脈において、本発明は、アーチファクト除去された生理学的センサデータを関連付けられる個別の要素振幅を備える一組の要素に分解し、最も高い要素振幅を備えるそれらのアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素により形成される要素サブセットのみを使用して心拍要素を再構成することにより、モーションアーチファクトによる強いオリジナルの歪みのもとでも、心拍要素の信頼できる再構成が効率的に達成されるという認識に更に基づかれる。再構成された心拍要素は位相歪みがないので、正確なビート検出が保証される。こうして、心拍数情報信号を提供するため、周期的な心拍インターバルが確実かつ正確に決定されることができる。
【００１１】
こうして、第１の態様によるデータ処理デバイスは、決定された心拍インターバル値の誤差を有利に最小化し、強い動き誘発歪みが生理学的センサデータに存在するとき、高い動きレベルでも正確な心拍情報を提供することができる。
【００１２】
データ処理デバイスの更なる利点は、再帰的方法を適用する他の技術のように、心拍要素のモーションアーチファクト除去及び再構成に関する以前に記録されたセンサデータの使用を必要としない点にある。
【００１３】
これは、心拍数情報のフレームごとの決定を利用する実施形態を可能にし、特に心拍数情報の所望の即時出力をユーザに提供するリアルタイム処理を可能にする。
【００１４】
データ処理デバイスは、病院又はスポーツで使用されるＰＰＧ装置と組み合わせて作動されるのに特に適している。こうして、本発明の第１の態様のデータ処理デバイスは、医療環境及び日常生活におけるＰＰＧ装置の使用の増加の鍵を形成する。
【００１５】
以下、本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの実施形態が説明される。
【００１６】
好ましい実施形態では、データ処理デバイスが、外部のモーションセンサから、関心対象の感知される領域の現在の速度又は加速度を示す動きレベルを受信するよう更に構成される。感知される領域は典型的には、関心対象の小さな身体領域であり、適切な身体部分における脈動血管を含む皮膚及び下にある組織の部分を有する。身体部分は例えば、関心対象の指、腕又は脚である。
【００１７】
この実施形態では、ビート解析ユニットは、関心対象の感知される領域の現在の速度又は加速度から得られる動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えるかどうかを示す動きレベルインジケータをモーションセンサデータから決定するか、又はこのインジケータを受信するよう更に構成され、ビート解析ユニットは、動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えていない限り、動きレベルインジケータに基づき、生理学的センサデータを受信し、生理学的センサデータのみから心拍インターバルを決定するよう構成される。
【００１８】
この実施形態では、ビート解析ユニットは、適切な条件の下で、アーチファクト除去されたセンサデータから心拍数情報を直接抽出する追加の機能を持つ。その結果、モーションアーチファクト除去ユニット及び再構成ユニットにより必要とされる処理時間及び容量が回避されることができる。
【００１９】
この実施形態の１つの変形形態では、データ処理ユニットは、動きレベルを受信し、動きレベルが所定の閾値を下回るとき、モーションアーチファクト除去ユニット及び再構成ユニットを非アクティブ状態に切り替え、動きレベルが所定の閾値を上回るとき、これらのユニットをアクティブ状態に切り替えるよう構成される。
【００２０】
この実施形態の代替案では、データ処理ユニットは、動きレベルが閾値動きレベルを下回る限りモーションアーチファクト除去ユニットを動作状態に保ち、動きレベルが閾値動きレベルを下回るとき、再構成ユニットのみを非アクティブ状態に切り替えるよう構成される。
【００２１】
動きレベルは例えば、モーションセンサデータの所定の時間間隔における信号振幅に基づき、又はモーションセンサデータから得られる動きの周波数スペクトルにおける特定の周波数要素の振幅に基づき、決定されることができる。
【００２２】
更に好ましい実施形態では、上記データ処理デバイスが、上記生理学的センサデータをＰＰＧデータの形で受信し、上記ＰＰＧデータは、上記感知される領域における血液量の変動に敏感な少なくとも１つの第１のスペクトルチャネルにおける時間の関数として、上記関心対象の上記感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す。好ましくは、少なくとも１つの第１のスペクトルチャネルは、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長を持つ電磁放射線を含む。この実施形態のいくつかの変形例では、少なくとも１つのスペクトルチャネルは、５３０ｎｍと５７０ｎｍの間、又は５４０ｎｍと５６０ｎｍの間のスペクトル間隔における波長をカバーする。好ましい実施形態は、５５０ｎｍの波長を含み、これは、血液量の変動に対して特に高い感度を提供する。
【００２３】
本発明の第１の態様による実施形態では、上記データ処理デバイスが、少なくとも部分的には光学的モーションセンサデータの形で上記時間依存モーションセンサデータを受信し、上記モーションセンサデータは、上記感知される領域における血液量の変動に敏感でない少なくとも１つの追加的なスペクトルチャネルにおける時間の関数として、上記関心対象の上記感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す。少なくとも１つの更なるスペクトルチャネルは例えば、皮膚における血液量の変動に起因して比較的低い脈動性を持つ６５０ｎｍの波長付近の波長間隔、例えば６１０ｎｍから７００ｎｍを含むことができる。他の変形例では、モーションセンサデータは、２つ以上の追加的なスペクトルチャネル、例えば２つ又は３つのスペクトルチャネルにおける光学的モーションセンサデータを含む。６５０ｎｍの波長の周りの波長間隔をカバーする前述の適切なスペクトルチャネルに加えて、５５０ｎｍよりも短い中心波長、例えば、４５０ｎｍの中心波長の周りの波長間隔をカバーする追加的なスペクトルチャネルが光学モーションセンサデータに含まれることができる。
【００２４】
更なる実施形態では、上記データ処理デバイスが、少なくとも部分的には加速度計により提供される加速度データの形で、上記時間依存モーションセンサデータを受信する。加速度計は既知であり、携帯電話のような携帯電子デバイスに広く使用されているので、本書では詳細に説明しない。更なる変形例では、モーションセンサデータは、光学的モーションセンサデータ及び加速度計データを有する。加速度計データは、モーションアーチファクト除去ユニットにおいて光学モーションセンサデータが分解される間、動きレベル値を決定するためにのみ使用されてもよく、又はその逆であってもよい。光学モーションセンサデータ及び加速度センサデータをモーションセンサデータとして使用することは、データ処理ユニットにより決定される心拍数情報の信頼性を更に高めることを可能にする。
【００２５】
好ましい実施形態では、データ処理デバイスは、時間依存センサデータを、所定の時間スパンに関するセンサデータを含むフレームに構造化するよう更に構成される。フレームは、これらの実施形態のうちの異なる実施形態では、時間的に重なり合うか、又は互いに分離した時間間隔でデータを厳密に分割することができる。特にリアルタイム処理に適した実施形態では、フレームは、入来するセンサデータと、最近の過去の数秒のセンサデータとの連結を表すことができる。従って、ＰＰＧデータ及び／又は加速度計データなどのセンサデータのフレームは、時間ベースの所定の時間間隔に関する時間依存センサデータを含むデータ構造として理解されるべきである。例えば、フレームは、数秒、特に１０秒未満、好ましくは５秒未満、例えば少なくとも２秒をカバーすることができる。これらの所与の値は例示的なものであり、センサデータのサンプリングレートに基づき変更されることができる。一変形形態では、フレームは、少なくとも心拍周期の１つの完全な時間期間をカバーする。
【００２６】
この実施形態の１つの実施形態では、モーションアーチファクト除去ユニットは、モーションセンサデータを分解し、生理学的センサデータと運動基準データのセットとをフレームごとに組み合わせるように更に構成される。更に、上記再構成ユニットが、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを分解し、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つの要素サブセットをフレームごとに組み合わせることが好ましい。この実施形態では、特に、前に記録されたセンサデータ、即ち現在処理されているフレームの前に記録されたセンサデータへの参照が、現在のフレームを分解し、及び再構成するために行われることはない。
【００２７】
別の実施形態では、再構成ユニットが、要素サブセットを形成するアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の総数を適応させるように動作可能に構成される。適応は、１つの実現では、動作パラメータを予め設定する過程で実行され、例えば光学モーションセンサデータ若しくは加速度計データといったデータ処理デバイスにより使用されるモーションセンサデータのタイプに基づき、又は関心対象の選択された感知領域に基づき、行われる。単独で又は最初に言及した実現と組み合わせて使用されることができる別の実現では、データ処理デバイスの動作の過程で動的に適応が実行される。この後者の実施形態は、要素スペクトルにおける決定された要素振幅に関する異なる条件下で、心拍分析の所望の高レベルの信頼性を維持することを可能にする。
【００２８】
ビート検出に入る再構成に使用される要素の適応を制御するための使用基準（ここでは所定の適応制御基準とも呼ぶ）に関して、動きレベル、要素スペクトルの形状、例えば２つよりも多い類似要素振幅を持つ形状、又はループにおける埋め込み寸法Ｋ若しくはウィンドウ長Ｎを持つ形状が動的に使用されることができる。従って、一実施形態では、再構成ユニットが、現在の動きレベル又は要素スペクトルの現在の形状に基づきこの総数を変化させることにより、要素サブセットを形成するアーチファクト除去された生理学センサデータ要素の総数を適応させるように動作可能である。
【００２９】
モーションアーチファクト除去ユニットを実現する様々な技術が利用可能であり、それ自体は既知である。一実施形態では、上記モーションアーチファクト除去ユニットが、上記モーションセンサデータをモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に分解し、上記分解されたモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に基づき、少なくとも２つの異なる運動基準データのセットを決定し、上記生理学的センサデータと上記運動基準データのセットとを組み合わせて、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供する。好ましくは、上記モーションアーチファクト除去ユニットが、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用して、上記モーションセンサデータをモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に分解する。特異スペクトル分析は、当該技術分野においてそれ自体は既知の技術である。
【００３０】
更なる実施形態では、モーションセンサデータは、モーションセンサデータの少なくとも２つの個別の周波数要素又は少なくとも２つの個別の位相要素の形で、モーションセンサデータの少なくとも２つの要素を提供するよう、その周波数要素又は位相要素に関して分解される。この実施形態の変形例では、モーションアーチファクト除去ユニットは、ヒルベルト変換アルゴリズムを使用し、ヒルベルト変換データを分解されたモーションセンサデータとして提供することにより、モーションセンサデータの個別の周波数要素又は位相要素が更にシフトされるように更に構成される。
【００３１】
好ましい実施形態では、また、上記再構成ユニットが、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用して、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを上記複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解する。この実施形態の一実現では、上記再構成ユニットが、所定の長さの時間フレームのアーチファクト除去された生理学的センサデータサンプルの列ベクトルを持つ軌道行列に関する共分散行列の固有値及び固有ベクトルを決定し、上記固有ベクトル上に上記軌道行列を投影し、上記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素及びこれらに関連付けられる要素振幅を決定する。この実施形態では、特異スペクトル分析アルゴリズムの過程で決定される固有値が、アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の要素振幅を決定する。
【００３２】
データ処理デバイスは、小さな物理的寸法で提供されることができる。従って、それは、胸部ベルトＰＰＧデバイス、腕時計ＰＰＧデバイス、指ＰＰＧデバイス又はつま先ＰＰＧデバイスなどのウェアラブルデバイスである、関心対象の心拍数を決定する装置に使用するのに適している。
【００３３】
従って、本発明の第２の態様によれば、関心対象の心拍数を決定する装置が提供される。この装置は、
心拍要素を含む生理学的センサデータを確認することを可能にする少なくとも１つのスペクトルチャネルにおいて、関心対象の感知される領域で電磁放射線を放出する少なくとも１つのエミッタを含むエミッタユニットと、
少なくとも１つのスペクトルチャネルにおける時間の関数として上記関心対象の感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示し、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータをその出力において確認及び提供するセンサユニットであって、上記感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータを時間の関数として確認する、センサユニットと、
本発明の第１の態様又はその実施形態の１つによるデータ処理デバイスとを有する。
【００３４】
本発明の第２の態様の装置は、本発明の第１の態様のデータ処理デバイスの利点を共有する。
【００３５】
日常生活及びスポーツにおける使用に特に適した装置の実施形態は、異なるスペクトル範囲で取られたＰＰＧデータを利用する。斯かるデバイスは特にコンパクトとすることができる。斯かる実施形態では、エミッタユニットは、感知される領域における血液量の変化に対する感度が第１のスペクトルチャネルよりも低い少なくとも１つの更なるスペクトルチャネルにおいて電磁放射線を放出するよう更に構成される。センサユニットは、少なくとも１つの更なるスペクトルチャネルにおける感知される領域から反射される、又はこれを透過する電磁放射線の量を示すＰＰＧデータを確認するように更に構成される。
【００３６】
ＰＰＧデータの追加のスペクトルチャネルを利用する代わりに、又はそれに加えて、加速度計がセンサユニットの一部として提供されることができる。一実施形態では、加速度計は、加速度センサデータの形でモーションセンサデータの少なくとも一部を提供するよう構成される。半導体技術に基づかれる加速度計は、今日の携帯デバイスに広く使用されており、非常にコンパクトなサイズで提供されることができる。
【００３７】
本発明の第３の態様によれば、時間依存センサデータから関心対象の心拍数情報を抽出するデータ処理方法が提供される。上記データ処理方法は、
心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータと上記関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータとを含む時間依存性のセンサデータを受信するステップと、
上記モーションセンサデータを使用して上記生理学的センサデータにモーションアーチファクト除去アルゴリズムを適用し、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するステップと、
上記アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、上記アーチファクト除去された生理的センサデータを、関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解し、最も高い要素振幅を備える上記アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つを含む要素サブセットを組み合わせ、上記組み合わせられた要素サブセットを再構成された心拍要素データとして提供するステップと、
上記再構成された心拍要素データを受信し、上記心拍要素データから心拍数情報として心拍インターバルを決定し、上記決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供するステップとを有する。
【００３８】
本発明の第３の態様のデータ処理方法は、本発明の第１の態様のデータ処理デバイスの利点を共有する。
【００３９】
以下では、本方法のいくつかの実施形態が説明される。
【００４０】
モーションアーチファクト除去アルゴリズムを適用するステップは好ましくは、モーションセンサデータをモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に分解するステップと、分解されたモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に基づき運動基準データの少なくとも２つの異なるセットを決定するステップと、生理学的センサデータと運動基準データのセットとを組み合わせるステップと、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するステップとを含む。
【００４１】
一実施形態では、本方法は、
関心対象の感知される領域の現在の速度又は加速度を示す動きレベルを確認するステップと、
動きレベル値が所定の動きレベル閾値を超えない限り、センサデータ又は生理学的センサデータのみから心拍インターバルを決定するステップとを有する。
【００４２】
本発明の第４の態様によれば、コンピュータプログラムが、コンピュータで実行されるとき、本発明の第３の態様による方法又はその実施形態の１つをコンピュータに実行させるプログラムコード手段を有する。
【００４３】
コンピュータプログラムを実行するコンピュータは例えば、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサの形態のデータ処理デバイスとすることができる。コンピュータは、コンピュータ腕時計デバイスとすることができる。別の実施形態では、コンピュータは、病院コンピュータシステムの統合部分を形成する。更に別の実施形態では、コンピュータは医療デバイスに一体化され、コンピュータプログラムは、デバイスにより受信されたセンサデータから呼吸数、血圧、血液量及び酸素飽和度などの更なるバイタルサイン情報を決定するためのプログラムコード手段を有する。
【００４４】
請求項１に記載の本発明の第１の態様のデータ処理デバイス、請求項１２に記載の本発明の第２の態様の装置、請求項１４に記載の第３の態様のデータ処理方法及び請求項１５に記載の第４の態様のコンピュータプログラムは、類似又は同一の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態様は、従属項又は上記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】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの第１の実施形態のブロックダイアグラムを示す図である。
【図２】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの第２の実施形態のブロックダイアグラムを示す図である。
【図３】データ処理デバイスの第１又は第２の実施形態で使用されるモーションアーチファクト除去ユニットの実施形態のブロックダイアグラムを示す図である。
【図４】データ処理デバイスの第１又は第２の実施形態で使用される再構成ユニットの実施形態のブロックダイアグラムを示す図である。
【図５ａ】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの各ユニットで受信される５秒の時間にわたるセンサデータを示す図である。
【図５ｂ】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの各ユニットで受信される５秒の時間にわたるアーチファクト除去生理センサデータを示す図である。
【図５ｃ】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの各ユニットで受信される５秒の時間にわたる再構成心拍要素を示す図である。
【図５ｄ】本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの各ユニットで受信される５秒の時間にわたる心電図を示す図である。
【図６】本発明の第２の態様によるＰＰＧ装置の一実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の態様によるデータ処理方法の第１の実施形態の概略説明を示す図である。
【図８】本発明の第３の態様によるデータ処理方法の第２の実施形態の概略説明を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、本発明の第１の態様によるデータ処理デバイス１００の第１の実施形態のブロック図を示す。
【００４９】
データ処理デバイス１００は、時間依存センサデータ１１０から関心対象に関する心拍数情報を抽出するよう構成される。このデータは、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む生理学的センサデータ１１４を含み、関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータ１１６を更に含む。
【００５０】
データ処理デバイス１００は、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を提供するモーションアーチファクト除去ユニット１２０と、再構成された心拍要素データ１５０を提供する再構成ユニット１４０と、決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供するビート解析ユニット１６０とを有する。上記ユニットは、以下でより詳細に説明される。
【００５１】
モーションアーチファクト除去ユニット１２０は、センサデータ１１０を受信し、モーションセンサデータ１１６をモーションセンサデータ１２４の少なくとも２つの要素に分解し、分解されたモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に基づき、運動基準データ１２６の少なくとも２つの異なるセットを決定し、生理学的センサデータ１１４と運動基準データ１２６のセットとを組み合わせて、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を提供する。モーションセンサデータ１１６の分解は、モーションアーチファクト除去ユニット１２０の一部を形成し、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用する第１の特異スペクトル分析ユニット１２２により提供される。
【００５２】
再構成ユニット１４０は、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を受信し、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を、関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５に分解し、最も高い要素振幅のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５の少なくとも２つのサブセットの組み合わせとして再構成された心拍要素データ１５０を提供する。アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０の分解は、再構成ユニット１４０の一部を形成し、特異スペクトル分析アルゴリズムを使用する第２の特異スペクトル分析ユニット１４２により提供される。
【００５３】
第１及び第２の特異スペクトル分析ユニット１２２、１４２の機能は、図３及び図４の文脈において、以下で更に詳細に説明される。
【００５４】
ビート解析ユニット１６０は、再構成された心拍要素データ１５０を受信し、心拍数情報として心拍要素データ１５０から心拍インターバルを決定し、決定された心拍数情報に基づき心拍数情報信号１７０を提供するよう構成される。
【００５５】
モーションアーチファクトユニット１２０、再構成ユニット１４０、及びビート解析ユニット１６０は、それぞれ受信されたデータを所定の時間スパンに関するフレームとして処理するよう構成される。特に、モーションアーチファクト除去ユニット１２０は、モーションセンサデータ１１６を分解し、生理学的センサデータ１１４と運動基準データ１２６のセットをフレーム毎に組み合わせるよう構成される。更に、再構成ユニット１４０は、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を分解し、アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５の少なくとも２つを含むサブセットをフレーム毎に組み合わせるよう構成される。
【００５６】
図示された第１の実施形態のデータ処理デバイス１００は、生理学的センサデータ１１４をＰＰＧデータの形で受信するよう構成される。ＰＰＧデータは、感知される領域における血液量の変化に敏感な少なくとも１つの第１のスペクトルチャネルにおいて、関心対象の感知される領域から反射されるか、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す。そのようなものとして、ＰＰＧデータは、所与の時間瞬間に対する感知領域における血液量に関する情報を含み、時間にわたり取られ、関連付けられる時間情報を具備し、心拍に基づかれる血液量変化に関する情報を提供する。第１のスペクトルチャネルに適切なスペクトル領域は例えば、５３０ｎｍから５７０ｎｍである。このスペクトルチャネルは、５４０ｎｍと５６０ｎｍとの間の波長領域を含み、これは、血液量の変動に対して特に高い感度を提供する。しかしながら、これよりも狭いスペクトルチャネルが使用されることもできる。第１のスペクトルチャネルが、５２０から６００ｎｍのスペクトル領域における血液の既知の特徴的な光吸収及び反射特性と重なり合うほど、生理学的センサデータ１１４を形成するＰＰＧデータの信号対雑音比が良好になる。
【００５７】
モーションセンサデータ１１６は、加速度計（図１では図示省略）により提供される加速度データの形で、又は光学的モーションデータの形でデータ処理デバイス１００に提供されることができる。これは、感知される領域における血液量の変化に敏感でない少なくとも１つの更なるスペクトルチャネルにおける時間の関数として、関心対象の感知領域から反射されるか、又はこれを透過する電磁放射線の量を示す。更なるスペクトルチャネルに関する適切な例は、実質的に６５０ｎｍ周辺の波長範囲、例えば６１０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲により提供される。このスペクトルチャネルは、組織における血液量の変動に起因する低い脈動性を提供する。別の感度の低い、従って適切なスペクトルチャネルは、実質的に４５０ｎｍ周辺の波長をカバーする。
【００５８】
図示されていない実施形態では、センサデータは、データ処理デバイスにより単一のデータストリームとして受信され、データ処理デバイスは、ストリームを決定し、生理的センサデータ１１４及びモーションセンサにより形成される２つのサブストリームデータ１１６へとストリームを分離するよう更に構成される。これは、センサデータに関連付けられたソース識別子を提供するといった手段を用いて実現されることができる。第１のソース識別子は、モーションセンサデータの各フレームに対するものであり、第２のソース識別子は、生理学的センサデータの各フレームに対するものである。
【００５９】
図２は、本発明の第１の態様によるデータ処理デバイス２００の第２の実施形態のブロック図を示す。
【００６０】
以下の説明は、図１のデータ処理デバイス１００との相違点に焦点を当てる。データ処理デバイス２００は、処理制御ユニット２１０を更に有する。これは、モーションセンサデータ１１６から関心対象の感知される領域の現在の速度又は加速度を示す動きレベルを決定するよう構成される。処理制御ユニットは、感知される領域の現在の速度又は加速度から得られる動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えるかどうかを示す動きレベルインジケータを決定するように更に構成される。
【００６１】
更に、ビート解析ユニット２６０は、モーションアーチファクト除去ユニット１２０及び再構成ユニット１４０による事前処理なしに、生理学的センサデータを直接受信するよう更に構成される点で、図１に示されるビート解析ユニット１６０と異なる。従って、ビート解析ユニットは、生理学的センサデータ１１４'のみから心拍インターバルを決定するよう更に構成される。
【００６２】
動作中、処理制御ユニット２１０は、データ処理デバイスの動作モードを設定する。それは、モーションアーチファクト除去ユニット１２０及び再構成ユニット１４０による事前処理なしに、生理学的センサデータをビート解析ユニットに直接的に提供することを含む第１のモードに基づき、ビート解析ユニット２６０の動作を指示する。処理制御ユニット２１０は、時間にわたり動きレベルインジケータを監視し、動きレベル値が所定の動きレベル閾値を超えない限り、この第１の動作モードを維持する。動きレベルが所定の動きレベル閾値を超えることが処理制御ユニット２１０により発見される場合、データ処理デバイス２００は、第２の動作モードに切り替わる。これは、データ処理デバイス１００の第１の実施形態で前に説明されたものである。
【００６３】
一般に、心拍インターバルを決定するビート解析ユニットにより実行されるデータ処理は、第１及び第２の動作モードにおいて同じである。しかしながら、心拍インターバルの決定は、異なるデータ、即ち、第１の動作モードにおける生理学的センサデータ、及び第２の動作モードにおける再構成された心拍要素データを使用して行われる。
【００６４】
処理制御ユニット２１０は、所与の時間フレームに対する最大速度又は加速度を示すモーションセンサデータの振幅を確認する動きレベルを決定する。代替的に、動きレベルは、関心対象の感知される領域の平均速度又は加速度を決定することにより決定されてもよい。速度及び加速度の両方を組み合わせた尺度が別の変形例で使用されてもよい。動きレベルを決定する別のメトリックは、既知のＬ１ノルム、即ち異なる空間方向における加速度の絶対値の合計であり、例えば３軸加速度計が使用される場合、ＸＹＺフレームといった３つの空間方向における加速度が使用される。
【００６５】
図３は、データ処理デバイス１００、２００の第１又は第２の実施形態で使用されるモーションアーチファクト除去ユニット１２０の実施形態のブロック図を示す。
【００６６】
モーションセンサデータ１１６は、アーチファクト除去ユニット１２０により受信され、第１のサブユニット３１０に供給される。ここで、モーションセンサデータ１１６は、モーションセンサデータの複数の要素１２４に分解される。以下のステップは、範囲
2019508123.tif 000003
をもたらす時間フレームにおけるモーションセンサデータ１１６ｓ（ｎ）から分解されたモーションセンサデータｒｋ（ｎ）１２４の要素を計算するために使用される。埋め込まれた次元Ｋ及び定義Ｌ：＝Ｎ＋１−Ｋに基づき、Ｌ×Ｋのハンケル行列
2019508123.tif 000004
が形成される。ここで、
2019508123.tif 000005
は要素
2019508123.tif 000006
を持つ列ベクトルである。決定されたハンケル行列Ｓに基づき、共分散行列
2019508123.tif 000007
の固有値
2019508123.tif 000008
及び固有ベクトル
2019508123.tif 000009
が決定される。その後、Ｓは、固有ベクトルに投影される。
2019508123.tif 000010
ここで、Ａは主成分
2019508123.tif 000011
を列として含む行列であり、Ｖは固有ベクトル
2019508123.tif 000012
を列として含む行列である。分解されたモーションセンサデータｒｋ（ｎ）１２４の要素は、式
2019508123.tif 000013
により決定される。ここで、
2019508123.tif 000014
の場合
2019508123.tif 000015
、
2019508123.tif 000016
の場合
2019508123.tif 000017
、及び
2019508123.tif 000018
の場合
2019508123.tif 000019
となる。
【００６７】
第２の除去サブユニット３２０は、分解されたモーションセンサデータ１２４の要素に基づき、運動基準データ１２６の異なるセットを決定する。本実施形態では、運動基準データ１２６は、分解されたモーションセンサデータ１２４と同一である。図示されていない実施形態では、運動基準データは、分解されたモーションセンサデータの個別のサブセットを有する。図示されていない更なる実施形態では、運動基準データは、時間シフトされた分解された運動基準データを有する。
【００６８】
第３の除去サブユニット３３０は、生理学的センサデータ１１４及び運動基準データ１２６を受信するよう構成される。アーチファクト除去生理センサデータ１３０ｄ（ｋ）は、生理センサデータ１１４
2019508123.tif 000020
と運動基準データ１２６
2019508123.tif 000021
とを以下の
2019508123.tif 000022
のように組み合わせることにより提供される。ここで、
2019508123.tif 000023
である。
【００６９】
重み
2019508123.tif 000024
は、線形方程式
2019508123.tif 000025
のシステムを解くことにより計算される。ここで、
2019508123.tif 000026
は、Ｋ×Ｌ行列であり、
2019508123.tif 000027
となる。
【００７０】
ベクトル
2019508123.tif 000028
は、重み
2019508123.tif 000029
と、予め記憶された正規化された相関ベクトル
2019508123.tif 000030
の要素とを含み、これは、ベクトル
2019508123.tif 000031
間の事前予測された正規化された相関を表す。
【００７１】
図示された実施形態では、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０と運動基準データとの間で、ゼロ相関に関する
2019508123.tif 000032
が予測される。
【００７２】
図４は、データ処理デバイスの第１又は第２の実施形態で使用される再構成ユニット１４０の実施形態のブロック図を示す。
【００７３】
第１の再構成サブユニット４１０は、アーチファクト除去された生理学的センサデータ１３０を受信し、第１の除去サブユニット３１０について説明したような特異スペクトル分析アルゴリズムを使用するよう構成される。より具体的には、以下のステップを使用して、運動基準信号ｓ'（ｎ）の平均補正されたセグメントから再構成された要素を計算する。ここで、
2019508123.tif 000033
となる。埋め込まれた次元Ｋと定義Ｌ：＝Ｎ＋１−Ｋとに基づき、ＬｘＫ軌道行列
2019508123.tif 000034
が形成される。ここで、
2019508123.tif 000035
は、要素
2019508123.tif 000036
を備える列ベクトルである。共分散行列
2019508123.tif 000037
の固有値
2019508123.tif 000038
及び固有ベクトル
2019508123.tif 000039
が決定され、
2019508123.tif 000040
が固有ベクトルに投影される。
2019508123.tif 000041
ここで、
2019508123.tif 000042
は、主成分
2019508123.tif 000043
を列として含む行列であり、
2019508123.tif 000044
は、固有ベクトル
2019508123.tif 000045
を列として持つ行列である。再構成された要素
2019508123.tif 000046
は、
2019508123.tif 000047
により与えられ、ここで、
2019508123.tif 000048
の場合
2019508123.tif 000049
、
2019508123.tif 000050
の場合
2019508123.tif 000051
及び
2019508123.tif 000052
の場合
2019508123.tif 000053
となる。
【００７４】
これにより、第１の再構成サブユニット４１０は、アーチファクト除去された生理学的データを、複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素
2019508123.tif 000054
１４５に分解する。これは、振動要素、変化する傾向及びノイズを含む。これらの要素の合計は、アーチファクト除去された生理学的データ１３０をもたらす。実験は、概説されたＳＳＡ法が、６４ＨｚのサンプルレートでＮ＝５１２及びＫ＝１２８の再構成サブユニット４１０に対して特に良好に機能することを示す。
【００７５】
所定の長さの時間フレームのアーチファクト除去された生理学的センサデータサンプル１３０の列ベクトルを持つ軌道行列に関する共分散行列の固有値スペクトルに基づき、アーチファクト除去生理センサデータ要素１４５の少なくとも２つの要素サブセットが、第２の再構成サブユニット４２０において選択される。これにより、最高要素振幅のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５の少なくとも２つが選択される。共分散行列の固有値は、アーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５の要素振幅に関する尺度として機能する。図示された実施形態では、軌道行列に関する各共分散行列の最大固有値を持つ２つのアーチファクト除去された生理センサデータ要素１４５が、第２の再構成サブユニット４２０により選択される。
【００７６】
第３の再構成サブユニット４３０では、最高要素振幅の２つのアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素１４５が、両方の要素の合計を決定することにより組み合わせられる。その後、第３の再構成サブユニット４３０は、再構成された心拍要素データ１５０として両方の要素の和を提供する。
【００７７】
図示されていない実施形態では、再構成ユニットは、要素サブセットを形成するアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の総数を適応させるよう更に構成される。この適応は、再構成ユニットの第１の再構成サブユニットにより決定される共分散行列の固有値スペクトルに依存することができる。
【００７８】
図示されていない実施形態では、第１の再構成サブユニットは、少なくとも２つの最大固有値を持つ共分散行列の固有ベクトルに属する要素についてのみ、アーチファクト除去された生理センサデータ要素を決定する。
【００７９】
図５ａ〜図５ｄは、本発明の第１の態様によるデータ処理デバイスの各ユニットで受信される５秒間にわたるセンサデータ１１０（図５ａ）、アーチファクト除去された生理センサデータ１３０（図５ｂ）、再構成心拍要素データ１５０（図５ｃ）及び心電図（図５ｄ）を示す。
【００８０】
図５ａは、バンドパスフィルタリングされたＰＰＧデータをセンサデータ１１０として示す。時間にわたるセンサデータ１１０の振幅の進展は、センサデータにおけるモーションアーチファクトの強い影響に鑑みて、ほとんど周期性を示さない。
【００８１】
図５ｂは、モーションアーチファクト除去ユニット１２０によるアーチファクト除去の後、ピーク及びディップがより目に見えるが、ピーク及びディップに基づかれるインタービート抽出アルゴリズムは、大きな誤差を含む心拍インターバルの値を依然として提供することを示す。
【００８２】
図５ｃは、図５ａに示されるセンサデータ１１０に関する再構成された心拍要素データ１５０を示す。これは、ローカルピーク及びディップが除去された正弦波信号に似ており、ビート解析ユニット１６０の心拍インターバル検出をはるかに正確にする。
【００８３】
図５ｄは、図５ａに示されるセンサデータ１１０に対応する心電図の振幅を示す。図５ａ〜図５ｄに提供される破線５１０は、心電図のピーク５２０を示す。再構成された心拍要素データ１５０と心電図のピーク５２０との比較は、再構成された心拍要素データは心電図のピーク５２０に対応するが、心電図とアーチファクト除去された生理学的センサデータとの間の対応は明白には観察されないことを示す。この例は、心拍数情報を抽出する再構成ユニット１４０の処理の利点を強調する。
【００８４】
図６は、本発明の第２の態様による、関心対象６０５の心拍数情報を決定する装置６００の実施形態を示す。
【００８５】
装置６００は、エミッタユニット６１０と、センサユニット６２０と、加速度計６３０と、図１に示される第１の実施形態によるデータ処理デバイス１００とを有する。
【００８６】
エミッタユニット６１０は、少なくとも１つのエミッタ６１２を備え、これは、心拍数情報を決定することを可能にする少なくとも１つのスペクトルチャネルにおいて電磁放射線６１４を放射するよう構成される。好ましくは、スペクトルチャネルは、５４０ｎｍと５６０ｎｍとの間の波長領域を含み、これは、血液量の変動に対して特に高い感度を提供する。
【００８７】
センサユニット６２０は、その出力６２２において生理的センサデータ１１４を確認し提供するよう構成され、このデータは、電磁スペクトルのそれぞれのスペクトル領域における心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を含む少なくとも１つのスペクトルチャネルにおいて、時間の関数として、関心対象６０５の感知領域６２６から反射されるか、又はこれを透過する電磁放射線６２４の量を示す。この実施形態における感知領域６２６は、関心対象の組織であり、好ましくは、関心対象６０５の手首の組織が、心拍情報を決定するために使用される。
【００８８】
センサユニット６２０は、加速度計データの形式でモーションセンサデータ１１６を提供するよう構成された加速度計６３０を更に有する。モーションセンサデータ１１６は、感知される領域の速度又は加速度を時間の関数として示す。
【００８９】
生理的センサデータ１１４及びモーションセンサデータ１１６により形成されるセンサデータ１１０は、図１に示される第１の実施形態によるデータ処理デバイス１００に提供される。
【００９０】
この実施形態の装置は好ましくは、リストバンド内に配置され、その結果、エミッタユニットは、装置のユーザの手首で電磁放射線６１４を放出することができる。同様の実施形態は、装置のユーザの心拍数情報を決定するために使用される胸部ベルト、家庭監視システム、又は他の医療デバイスに配置されることができる。
【００９１】
図７は、本発明の第３の態様による、時間依存センサデータから関心対象の心拍数情報を抽出するデータ処理方法７００の第１の実施形態のフロー図を示す。
【００９２】
データ処理方法は、以下に説明する４つのステップを有する。
【００９３】
ステップ７１０では、心拍要素と少なくとも１つのモーションアーチファクト要素とを備える生理学的センサデータを含み、関心対象の感知される領域の速度又は加速度を示すモーションセンサデータを更に含む時間依存性のセンサデータが受信される。
【００９４】
更なるステップ７２０は、モーションセンサデータの少なくとも２つの要素にモーションセンサデータを分解し、分解されたモーションセンサデータの少なくとも２つの要素に基づき、少なくとも２つの異なる運動基準データを決定し、生理学的センサデータと運動基準データのセットとを組み合わせ、アーチファクト除去された生理学的センサデータを提供するステップを含む。
【００９５】
更なるステップ７３０は、アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、アーチファクト除去された生理学的センサデータを、関連付けられる要素振幅を持つ複数のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素に分解し、最も高い要素振幅を持つアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つを含む要素サブセットを組み合わせ、再構成された心拍要素データとして組み合わせられた要素サブセットを提供するステップを含む。
【００９６】
最後のステップ７４０は、再構成された心拍要素データを受信し、心拍数情報として心拍要素データから心拍インターバルを決定し、決定された心拍数情報に基づき心拍数情報信号を提供するステップを含む。
【００９７】
図８は、本発明の第３の態様によるデータ処理方法８００の第２の実施形態のフロー図を示す。
【００９８】
図７に示される第１の実施形態と比較して、第２の実施形態は、第１のステップ８１０に関して、関心対象の感知される領域の現在の速度又は加速度を示す動きレベルを確認するステップを更に有する。
【００９９】
動きレベル値が所定の動きレベル閾値を超えない限り、次の最後のステップ８２０は、センサデータ又は生理学的センサデータのみから心拍インターバルを決定するステップである。動きレベル値が所定の動きレベル閾値を超える場合、本方法の更なるステップは、図７に示される第１の実施形態のステップ７２０、７３０、及び７４０である。
【０１００】
要約すると、心拍要素及び少なくとも１つのモーションアーチファクト要素を備える生理学的センサデータと、モーションセンサデータとを含む時間依存センサデータから、関心対象に関する心拍数情報を決定するデータ処理デバイスが提供される。再構成ユニットは、アーチファクト除去された生理学的センサデータを受信し、それを関連付けられる要素振幅を備える複数のアーチファクト除去生理センサデータ要素に分解し、最高要素振幅のアーチファクト除去された生理学的センサデータ要素の少なくとも２つの要素サブセットの組み合わせとして再構成された心拍要素データを提供する。ビート解析ユニットは、再構成された心拍要素データを受信し、心拍数情報として心拍要素データから心拍インターバルを決定し、決定された心拍数情報に基づき心拍情報信号を提供する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
特に、本発明は、モーションセンサデータを得るための特定の方法に限定されない。本発明は更に、医療用途に限定されるものではない。
【０１０３】
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。単語「ｏｒ」による要素の組み合わせは、要素を排除するものではなく、組み合わせられた要素のあらゆる組み合わせが可能であることを明確にしている。
【０１０４】
単一のステップ又は他のユニットが、請求項に記載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。
【０１０５】
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。
【図１】
2019508123.tif 000055
【図２】
2019508123.tif 000056
【図３】
2019508123.tif 000057
【図４】
2019508123.tif 000058
【図５ａ−５ｄ】
2019508123.tif 000059
【図６】
2019508123.tif 000060
【図７】
2019508123.tif 000061
【図８】
2019508123.tif 000062
【国際調査報告】
2019508123.tif 000063
2019508123.tif 000064
2019508123.tif 000065