(57)【要約】  オンボディ感知システム３０は、電気信号を身体内に及び身体外に結合するための複数の皮膚インターフェース要素を有する。該システムは、少なくとも１つの位置決め可能なインターフェースユニット３２の位置の指示情報を、該位置決め可能ユニットと空間的に分離された基準ユニット３４の組との間の信号の伝送に基づいて導出するよう構成され、これら基準ユニットは身体上の一連の既知の位置に位置決めされる。送信された信号は各基準ユニット上の複数対の電極５２において検知され、各対に関して信号特性が導出され、これに基づいて当該信号の到着方向が決定される。該測定された到達角度の全てを照合し、信号が上記基準ユニット自体の間で内部的に伝送される際の既知の信号到達角度を示す情報を含む基準データセットを参照することによって、位置決め可能ユニットの位置の指示情報が導出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が皮膚の各既知の領域に対して配置するための２以上の基準ユニット及び他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットを含む、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニットと、
前記皮膚インターフェースユニットと動作可能に結合されるコントローラと
を有するオンボディセンサシステムであって、
前記コントローラは、
前記位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間における前記身体を介しての信号の伝送を制御し、
各基準ユニットにおいて、当該基準ユニットの各電極対において受信された信号に関連する１以上の信号特性を導出すると共に、これに基づいて、当該基準ユニットにおける信号の到達角度の指示情報を導出し、
前記皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおける信号の、前記皮膚の前記既知の領域の他の１以上に対応する位置から受信された場合の既知の到達角度を示す情報を有する基準データセットにアクセスし、及び
前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を前記導出された信号の到達角度及び前記基準データセット内の情報に基づいて導出すると共に、該導出された位置の指示情報に基づいて出力情報を発生する、
オンボディセンサシステム。
【請求項２】
前記１以上の信号特性が、位相角度、信号伝送時間、及び送信と受信との間の信号減衰の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項３】
各基準ユニットが、少なくとも３対の皮膚結合電極、好ましくは少なくとも４対の皮膚結合電極を有する、請求項１又は請求項２に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項４】
各基準ユニットに関して、前記コントローラが前記電極対の２つの間の信号特性の値の差に基づいて少なくとも１つの差動的信号特性値を決定する、請求項３に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項５】
各基準ユニットに関して、且つ、少なくとも１つの信号特性に関して、差動的信号特性値が受信機に含まれる各電極対と各他の電極対との間で計算され、これにより一組の差分値を形成する、請求項４に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項６】
前記導出された差分値の組が、該組内の各値を該組に含まれる最大差分値で除算することにより正規化される、請求項５に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項７】
前記到達角度を決定する動作が、前記導出された差分値の組を、各組が既知の信号到達角度に対応する予め決定された差分値の組のデータセットと比較する動作を有する、請求項５又は請求項６に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項８】
前記位置の指示情報が三角測量技術に基づいて決定される、請求項１から７の何れか一項に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項９】
前記基準データセットが、前記身体上の前記基準ユニットの相対的な位置決めを表す前記基準ユニットに関する装置身体マップを有し、又は該装置身体マップからなる、請求項１から８の何れか一項に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記位置決め可能ユニットに含まれる電極対の数を識別し、各電極対による信号の前記基準ユニットの各々に対する順次の送信を制御し、各基準ユニットにおいて各電極対から送信された信号に関連する信号特性の別々の組を導出する、請求項１から９の何れか一項に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項１１】
前記基準ユニットの各々が、信号送信機及び信号受信機の両方として動作可能である、請求項１から１０の何れか一項に記載のオンボディセンサシステム。
【請求項１２】
皮膚インターフェースユニットの位置を決定するためのオンボディセンサシステムを較正する方法であって、
前記オンボディセンサシステムは、
各々が皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットとを含む、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット、
を有し、
当該方法が、
前記皮膚の前記既知の各領域に対して前記２以上の基準ユニットを位置決めするステップと、
前記基準ユニットの各々を順次制御して他の基準ユニットに向け前記身体内に信号を送信し、１以上の他の基準ユニットにおいて、該他の基準ユニットの各々の各電極対において受信された信号に関連する１以上の信号特性をその都度導出し、これに基づいて、前記他の基準ユニットの各々における信号の到達角度の指示情報を導出するステップと、
前記基準ユニットの間で伝送された信号の前記導出された到達角度を示す情報のデータセットを生成して記憶するステップであって、該データセットが前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を該位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間で伝送された信号の到達角度に基づいて後に導出する際の基準として使用するためのものである、記憶するステップと
を有する、オンボディセンサシステムを較正する方法。
【請求項１３】
オンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する方法であって、
前記オンボディセンサシステムは、
各々が皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットとを含む、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット、
を有し、
当該方法が、
前記位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間において前記身体を通る信号の伝送を制御するステップと、
各基準ユニットにおいて、当該ユニットの電極の各対において受信された信号に関連する１以上の信号特性を導出し、これに基づいて、当該基準ユニットにおける信号の到達角度の指示情報を導出するステップと、
前記皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおいて、該皮膚の前記既知の領域のうちの他の１以上に対応する位置から受信された場合の信号の既知の到達角度を示す情報を有する基準データセットにアクセスするステップと、
前記信号の導出された到達角度および前記基準データセット内の情報に基づいて前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を導出し、該導出された位置の指示情報に基づいて出力情報を発生するステップと
を有する、オンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する方法。
【請求項１４】
当該方法が、前記電極の対のうちの２つの間の信号特性値の差に基づいて、少なくとも１つの差動的信号特性値を決定するステップを更に有する、請求項１３に記載のオンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する方法。
【請求項１５】
当該方法が、各基準ユニットに対して、且つ、少なくとも１つの信号特性に関して、前記基準ユニットに含まれる電極の各対と電極の他の各対との間の差動的信号特性値を計算し、これにより差分値の組を形成するステップを有する、請求項１４に記載のオンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で説明される実施形態は、１つまたは複数の身体上のセンサ要素を有するオンボディセンサシステム、およびそれを構成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オンボディ感知システムは、被験者の生理学的パラメータの正確な長期モニタリングを可能にする。オンボディシステムは、例えば、身体に被着されるか、または身体に取り付け可能であり、経時的に比較的安定した位置を維持するパッチを含む、ウェアラブル（着用可能）なデバイス（装置）またはユニットの使用に基づく。皮膚または身体と電気的にインターフェースすることによって、バイタルサインまたは他のパラメータを監視することができる。
【０００３】
オンボディ（身体上）システムは、典型的には一般病棟のような低緊急度環境において、また被験者の家庭においても使用され得る。死亡率を低下させるためには、できるだけ早期に状態の悪化を検出できるようにすることにより、一般病棟における生理学的パラメータモニタリングの信頼性の向上が必要である。被験者の自宅で確実に監視する能力は、未検出の悪化のリスクなしに、患者をより早期に退院させることも可能である。監視は、典型的には、例えば退院から３０日までも継続する。
【０００４】
パッチの場合、多くの場合、これらは、バッテリー充電の消耗、接着の劣化および／または皮膚刺激のために、２〜３日毎に交換される必要がある。その結果、パッチを交換し、再取り付けすることが、患者自身および／または親族などの非公式な介護者の負担となる。場合によっては、パッチが他の代替的な位置および向きに移動されなければならない。交換時のパッチの正確な配置は、生理学的パラメータが正確に決定されることを確実にするために重要である。
【０００５】
同様に、正確な配置は、ハンドヘルド（手持ち型）撮像センサおよび／または装置のような身体と接触するハンドヘルド装置にとって必須である。例えば、画像取得のための容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）アレイを含み得るハンドヘルド超音波デバイスの正確な配置は、正しい生理学的画像の位置合わせに不可欠である。したがって、任意のセンサ関連デバイス（装置）の適切な配置（配向および位置決め）を確実にするためのシステム、方法、および／または装置が望ましい。
【０００６】
学術研究は、以前に人体の電場モデルを記載している。該モデルは、信号伝送媒体として人体の周波数応答を決定するために使用され得る。これは、人体上の１点で既知の周波数および振幅を有する電気信号を生成し、容量結合することによって測定される。結合された信号は、センサによって体上の異なる遠隔地点で感知され、測定され得る。受信された信号は分析され、様々な信号特性が導出される。このプロセスは、異なる送信機周波数を有する複数の異なる信号について、および送信位置に対するオンボディ感知素子の様々な距離および身体位置についても繰り返され得る。
【０００７】
モデルの一例は、Ｎａｍｊｕｍ  Ｃｈｏ他（２００７）の「体内通信のための信号伝送媒体としての人体特性」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓに提示されている。該論文では、筆者らが３つの円柱、すなわち、腕のための２つと人間の胴のための１つの円柱に関して人体をモデル化することに基づく人体の近接場結合モデルを提案している。これを図１に示す。
【０００８】
図１ａに示されるように、腕及び人間の胴体は１０ｃｍの長さの単位ブロックで区分されており、それぞれが抵抗と容量とを有する。腕及び胴体は、図１ｂに示すように、共に分散ＲＣネットワークとしてモデル化される。同様に、人間の脚は、対応する抵抗およびインピーダンスを用いてモデル化され得る。腕のモデルは添え字「Ａ」を持つ抵抗及び静電容量を持ち、胴体は、添え字「Ｔ」を持つ抵抗及び静電容量を持つ。
【０００９】
信号伝送および感知アプローチの１つの実用的な実施化例は、Ｚｈａｎｇ，  Ｙ．他による２０１６年５月、「皮膚追跡：皮膚上の連続的な指追跡のための電気導波管としての身体の使用」２０１６年ＣＨＩ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｈｕｍａｎ  Ｆａｃｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ｐｐ．１４９１−１５０３）の議事録に提示されている。
【００１０】
上記論文では、ＳｋｉｎＴｒａｃｋと呼ばれる連続的指追跡技術を提案している。ＳｋｉｎＴｒａｃｋは、皮膚にわたって連続的なタッチ追跡を可能にする着用可能な（ウェアラブル）システムである。このシステムは、連続的な高周波ＡＣ信号を放射するリングと、複数のセンサ電極を具現化する検知リストバンドとを備える。身体を通って高周波ＡＣ信号を伝搬する際の固有の位相遅延のために、電極対の間に位相差が観察され得る。ＳｋｉｎＴｒａｃｋシステムは、これらの位相差を測定して、被験者の皮膚に触れている被験者の指の２Ｄ座標位置を計算する。ＳｋｉｎＴｒａｃｋ法の分解能（すなわち、精度）は約７ｍｍである。
【００１１】
同じ論文は、人体上の２つの異なる位置における感知された信号間の位相角の差を、センサに対する信号送信機の位置特定の尺度として使用する方法を説明している。図２は、この技術を概略的に示し、ここで、送信機はリング１２の形をしている。スマートウォッチ上の２つのセンサ電極１４ａ、１４ｂに対する送信機の位置が、該技術を用いて識別される。
【００１２】
８０ＭＨｚのＲＦ信号を用いる場合、人体を伝搬する電磁波の波長は９１ｃｍ前後である。これは、波の１サイクルに対して約４°／ｃｍの位相角差をもたらす。ＲＦ信号の１波長内（すなわち、約９１ｃｍ内）で位置特定が行われる場合、２つの受信信号間の位相角差を測定することによって、２つのセンサに対する送信機の位置の指標（指示情報）を導出することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
生理学的パラメータをモニタリングする場合、パッチの正確な配置は、正しい機能のために重要である。そして、本明細書に記載されるハンドヘルド撮像センサ装置のような種々の他の感知装置を使用する場合、装置の配置は、正しい結果を得るために不可欠である。しかしながら、上述の家庭ベースのモニタリングおよび／または他の療法では、患者、非臨床医介護者および／または医療専門家がパッチを自分自身で配置する必要がある。これは、医療訓練を伴ってさえ、特に医療訓練を伴わずに、また、例えば、不十分な視力、器用さ、または減少した認知機能を有する患者にとっては、さらに困難であり得る。したがって、本明細書で説明するパッチおよび／または他の感知装置を正しい位置に確実に配置することを容易にする解決策は、監視、感知、および／または撮像の信頼性を高めるために価値がある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様による例によれば、オンボディセンサシステムが提供され、該システムは：
皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２つ以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能なユニット（位置決め可能ユニット）とを含み、電気信号を被験者の身体に導入し及び／又は身体から導出するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット；及び
前記皮膚インターフェースユニットと動作可能に結合されるコントローラであって、
前記位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間の身体を通る信号の伝送を制御し、
各基準ユニットにおいて当該ユニットの各対の電極で受信される信号に関連する１つ以上の信号特性を導出し、これに基づいて、当該基準ユニットにおける信号の到達（到来）角度の指標を導出し、
前記皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおいて、前記皮膚の前記既知の領域の他の１つ以上に対応する位置から受信された場合の信号の既知の到達角度を示す情報を含む基準データセットにアクセスし、及び
前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指標を前記信号の導出された到達角度と前記基準データセット内の情報とに基づいて導出し、該導出された位置の指示に基づいて出力情報を生成する、
ように構成されたコントローラ
を含む。
【００１５】
本明細書に記載される様々な実施形態は、皮膚インターフェースユニット（例えば、パッチまたはハンドヘルドデバイス）の位置を該インターフェースユニットから伝播される様々な信号が既知の位置の複数の基準ユニットに到達すると感知された角度の分析に基づいて決定することに基づき得る。この情報は、様々な基準ユニットの対の位置の間で内部的に送信された場合の信号についての既知の信号到達角度に対応する基準情報と組み合わせて使用することができ、それによって位置決め可能ユニットの位置を決定する。これは、例えば、ユニットを使用する生理学的パラメータの身体上での信頼性のある感知のために、身体上での該ユニットの正確な位置決めを容易にするために使用できる。
【００１６】
上記基準ユニットは身体上の既知の位置に配置され、これらの位置は基準データを較正できる位置である。前記基準データセットは、位置決め可能ユニットに対する導出された信号角度測定値と、実空間におけるその位置との間のマッピングを効果的に可能にする。導出された角度は、上記データセットの角度関連情報に対して関連付けられ、比較され、または分析でき、基準ユニットに対する位置決め可能ユニットの位置が計算されることを可能にする。実空間における装置の既知の位置を使用すれば、これにより、位置決め可能ユニットの実位置の決定が可能になる。上記データセットは、信号空間と実空間との間のマップとして作用する。
【００１７】
したがって、前記基準情報は、位置決め可能ユニットの信号角度情報を位置情報にマッピングするためのマッピングツールを提供する。該基準データセットは、基準ユニットに関するデバイス位置マップの形態をとる。
【００１８】
各基準ユニットは、少なくとも２対の電極を有する。各対の電極は空間的に分離されている。１つまたは複数の信号特性の別々の組が、各それぞれの対で受信された信号に関して導出される。これは、各個別の電極対に対して１組の信号特性を与える。このことは、２つの対における測定または計算された特性の不一致により信号伝搬方向に関する情報を導出できるので、到達角度が決定されることを可能にする。例えば、伝搬速度が既知である場合、２つの電極対における異なる到達時間により、これら対の間の既知の分離に基づいて伝搬方向を決定できる。
【００１９】
当該システムは、有利には、被験者の１つ以上の生理学的パラメータを監視し、及び／又は被験者の他の感知されたデータ若しくは撮像データを取得するためのものであり得る。この場合、前記位置決め可能ユニットは、１つまたは複数の生理学的パラメータを感知する際、または撮像データを取得する際に使用するためのものである。該位置決め可能ユニットの位置が決定されることを可能にすることによって、正確な若しくは信頼性のある生理学的パラメータの読み取り値または正確な画像データを得るために、それが正しく配置されているかどうかをチェックできる。
【００２０】
前記電気信号は、皮膚または身体に印加される電気刺激である。それらは、身体によって、電気的身体チャネルを通って伝達されるか、または輸送される。これらはＡＣ信号であり得る。これら信号は体内に容量結合されてもよいし、体内に誘導結合されてもよい。同じまたは異なる結合メカニズムを使用して、感知のために身体から信号を導出できる。
【００２１】
有利には、身体に結合するために生成される信号は１０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚのＲＦ周波数範囲内にある。というのは、この周波数範囲内では身体が信号伝送のための導波体として作用するからである。
【００２２】
当該システムは皮膚または身体に信号を電気的に結合し、皮膚または身体から信号を電気的に取り戻すための皮膚インターフェースユニットを備える。各ユニットは、皮膚に接触して、または皮膚に近接して、おそらく小さなクリアランスまたはスペースによって分離されて、皮膚に取り付けるためのものであってもよいし、皮膚に対して被着するためのものであってもよい。
【００２３】
該皮膚インターフェースユニットのうちの１つ以上は、皮膚に対して取り付けるためのパッド、例えばパッチを備えてもよく、またはそれからなってもよい。該皮膚インターフェースユニットのうちの１つ以上は、例えば、身体の特定の部分の皮膚に対して取り付けるために、該身体の特定の部分に適合するように成形または構成された、ウェアラブル装置を備えてもよく、またはそれからなる。これらは、身体に固定して結合若しくは取り付けられるという意味でオンボディユニットであってもよく、または皮膚の或る領域に対して一時的に配置されるという意味で身体外（オフボディ）ユニット、例えば、計上に立つことによって足の皮膚に対して配置される体重計であってもよい。該皮膚インターフェースユニットのうちの１つ以上は、ハンドヘルドデバイス、例えば、ハンドヘルドイメージングセンサおよび／またはデバイスを備えてもよく、またはそれらからなってもよい。
【００２４】
任意に、前記コントローラが信号を生成し、前記送信機ユニットがこれらの信号を身体に印加するように制御される。該送信機ユニット自身は、信号を生成するための手段（例えば、回路）を備える。
【００２５】
上記で言及したコントローラは、当該システムの一部としての専用コントローラ、および／または本明細書で説明したユニットの一部としてのコントローラを含む。コントローラは、それに関連する制御機能の１つまたはすべてが当該システムの他の構成要素によって実施され得る、例えば該制御機能が複数の構成要素間で分散され得るという意味で分散コントローラであってもよい。例えば、前記皮膚インターフェースユニットは、制御機能のうちの１つ以上を実行する。例えば、前記基準ユニットは、前記信号特性を導出するための信号処理を実行する。
【００２６】
前記位置決め可能ユニットの位置の指示情報は、身体、身体の一部、または皮膚上の位置決めを指す。位置は、絶対位置、すなわち身体上の位置を意味し、または相対位置、すなわち基準ユニットに対する相対位置、例えば基準ユニットからの距離または隔たりを意味する。
【００２７】
前記コントローラは、位置決め可能ユニットの向き（方位）の指示情報をさらに導出するように構成される。
【００２８】
この場合、該位置決め可能ユニットは、複数対の皮膚結合電極を含む。複数の電極対を使用することによって、これは、向きを導出する簡便な手段を容易にする。要約すれば、これは、位置決め可能ユニットの複数対の電極のそれぞれと、２つ以上の基準ユニットの電極対との間で信号を反復的に伝送することに基づく。次いで、位置決め可能ユニットの電極対の各々と基準ユニットの電極の各々との間で送られる信号に関連する信号特性を導出する。また、２つ以上の基準ユニットの電極対のそれぞれにおける、位置決め可能ユニットの電極対のそれぞれからの信号の到来角度を導出する。
【００２９】
次いで、複数の位置決め可能ユニットの電極対に関する信号特性の完全なセット（組）、及び／又は複数の位置決め可能ユニットの電極対に関する到達角度の完全なセットを導出する。このセットは、位置決め可能ユニットの向きの固有の特徴付けを提供し、該位置決め可能ユニットの向きを識別するために使用される。前記基準データセットは、これらの特性および／または到達角度並びにそれらの関連する向きの既知のセットを含み、向きは、導出されたセットをこれらの既知のセットと比較することに基づいて導出される。
【００３０】
向き（方位）は、皮膚若しくは身体の一部に対する向き、または絶対的な向き（例えば、重力センサおよび／またはコンパスを使用して測定される）を意味し得る。
【００３１】
導出された位置の指示情報は、位置の直接的または間接的な指示情報であり得る。これは、例えば、定量的な座標位置であってもよい。それは、基準位置に関するものであり、例えば、それは現在の位置が対応するか、または現在の位置が近い基準位置の指示情報であり得る。
【００３２】
前記データセットは、ローカルに、例えば前記コントローラによって当該システムに含まれるメモリに格納されてもよい。該データセットは、例えばクラウド内に遠隔的に、またはコントローラが通信可能であり得る遠隔コンピュータ上に格納できる。
【００３３】
前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットは、少なくとも、信号送信機能を実行するために信号を身体に導入するように構成される。前記基準ユニットは、少なくとも、信号受信機能を実行するために信号を体外に結合するように構成される。該基準ユニットは、送信機能および受信機能の両方を実行するように動作可能であり得る。これにより、前記基準データセットを構築できる較正手順を実行する際に、それらを使用することが可能になる。これについては、後により詳細に説明する。
【００３４】
各電極対に対して決定される前記１つ以上の信号特性は、位相角、信号伝送時間、および送信と受信との間の信号減衰のうちの少なくとも１つを含み得る。伝送時間は、信号飛行時間、即ち初期送信と受信との間の伝播持続時間を意味する。信号減衰は、信号経路損失、即ち初期送信と受信との間の信号強度の変化を意味する。
【００３５】
各基準ユニットは、少なくとも３対の皮膚結合電極、好ましくは少なくとも４対の皮膚結合電極を含む。
【００３６】
３対以上の電極を使用することにより、信号到達角度のより正確な指示情報を導出できる。２つの電極対は、１８０°の範囲の精度のみを可能にする。すなわち、信号が基準ユニットの概念上の水平に対してどの角度で到達するかを、０〜１８０°の範囲で決定できるが、それが当該ユニットの前方から到達するか背後から到達するかは決定できない。
【００３７】
３つの電極対を使用することにより、精度の範囲は３６０°に広がり、０〜３６０°の到来角を一意的に決定できる。４つの電極対は、角度測定の分解能をさらに改善する。
【００３８】
有利には、各基準ユニットについて、前記コントローラは電極対のうちの２つの間の信号特性の値の差に基づいて、少なくとも１つの差動的信号特性値を決定するように構成される。この差動値は、信号の到達角度によって異なる。したがって、前述したように、この情報は、例えば電極対間の既知の分離距離及び既知の信号伝搬速度と組み合わせて、信号の到来角度を決定するために使用され得る。
【００３９】
ある例では、各基準ユニットについて、および少なくとも１つの信号特性について、差動信号特性値を、受信機に含まれる各電極対と他の各電極対との間で計算し、これによって、一組の差動値を形成できる。
【００４０】
３つ以上の電極対が含まれる場合、結果的に導出される差動値の組は、信号到来角度の固有の特徴付けを提供する。任意選択的に、該値の組は、差分行列の形式で配置または表現することができる。
【００４１】
有利には、導出された差分値の組（セット）は、該セット内の各値を該セットに含まれる最大差分値で割ることによって正規化される。該正規化は、当該システムの特定の寸法または動作パラメータにかかわらず、差分値のセットが差分値の基準セットに直接マッピングされ得ることを保証する。これにより、測定値を基準値と容易に比較することができ、任意選択で、前記基準値を参照することによって到達角度を導出できる。
【００４２】
前記到来角度を決定することは、導出された差分値の組を、既知の信号到来角度に対応する差分値のあらかじめ決定された組のデータセットと比較することを特に含み得る。したがって、導出された差分値の組は、対応する信号到達角度にマッピングされ得る。この予め決定された差分値のデータセットは、先に定義された基準データセットとは異なり得、後者のデータセットは到達角度が既に決定された後に位置指示情報を決定するためのものであり得ることに留意されたい。
【００４３】
この後者の基準データセットに関し、該基準データセットは、特定の実施形態によれば、身体上の前記基準ユニットの相対的な位置決めを表す、該基準ユニットに関する装置身体マップを含むか、または該マップからなる。該身体マップは、例えば、信号到達角度（すなわち、相対的角度位置決め）および好ましくは分離距離（例えば、相対的信号到達時間から示される）によって特徴付けられるかまたは示される基準ユニットの相対的身体位置を表す。該装置身体マップは、身体上の基準ユニットの座標位置（そこから相対的角度情報が暗黙的に示され、または導出され得る）の形態で表されてもよく、または、単に、各基準ユニットの互いに対する相対距離および角度のリストに関して表されてもよい。この場合における座標位置は、ローカルな身体座標系、例えば、身体「基準フレーム」の座標系に関するものであり得る。
【００４４】
例では、位置の指示情報は、三角測量技法に基づいて決定され得る。例えば、導出された到達角度と、予め決定された基準到達角度との間の三角測量である。
【００４５】
前記位置決め可能ユニットは、２対以上の電極を含む。前記コントローラは、位置決め可能ユニットに含まれる電極対の数を識別し、基準ユニットの各々に対する各電極対による信号の送信を順番に制御し、各基準ユニットにおいて、各電極対から送信された信号に関連する信号特性の別々のセットを導出するように構成される。
【００４６】
位置決め可能ユニット内に複数対の電極を含めることは、基準ユニットにおける信号の到達角度及びさらにその位置を、より正確に特徴付け及び決定することを可能にし得る。
【００４７】
加えて、かつ、上述のように、位置決め可能ユニット内に複数の電極対を含めることは、複数の電極対のそれぞれから順に送られる信号に関する信号特性を感知することに基づいて、該位置決め可能ユニットの向きを導出する便利な手段を提供し得る。完全なセットは、該位置決め可能ユニットの方位角の特徴付けを提供する。
【００４８】
前記基準ユニットの各々は、オプションとして、信号送信機及び信号受信機の両方として動作可能であり得る。このことは、信号到来角度情報の基準データセットを最初に収集するための初期較正手順を実行するために該基準ユニットが使用されることを可能にし得る。これには、基準ユニット間の信号の伝送が含まれる。
【００４９】
本明細書に記載される様々な実施形態のさらなる態様は、オンボディセンサシステムの皮膚インターフェースユニットの位置を決定するために該システムを較正する方法を含み、上記システムは、
皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２つ以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットとを含み、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット、
を有し、
当該方法は：
前記皮膚の前記既知の各領域に対して前記２つ以上の基準ユニットを位置決めするステップ；
各基準ユニットを順次制御して他の基準ユニットに向かい体内に信号を送信し、１つ以上の他の基準ユニットにおいて、当該ユニットの各電極対でそれぞれ受信された信号に関連する１つ以上の信号特性をその都度導出し、これに基づいて、前記他の基準ユニットの各々における信号の到達角度の指示情報を導出するステップ；及び
前記基準ユニットの間で伝送される信号の前記導出された到達角度を示す情報のデータセットを生成し、記憶するステップであって、該データセットが前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を該位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間で伝送される信号の到達角度に基づいて後に導出する際の基準として使用するためのものであるステップ；
を有する。
【００５０】
ある例では、前記順次制御するステップが、それぞれの場合において、他の基準ユニットのそれぞれにおいて当該他のユニットの各電極対において受信された信号に関連する１つまたは複数の信号特性を導出するステップと、これに基づいて、前記基準ユニットのそれぞれにおける信号の到達角度の指示情報を導出するステップとを含む。
【００５１】
本明細書に記載される様々な実施形態は、オンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する方法を含むことができ、上記システムは：
皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２つ以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットとを含み、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット、
を有し、
当該方法は：
前記位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間の身体を通る信号の伝送を制御するステップ；
各基準ユニットにおいて、当該ユニットの電極の各対において受信された信号に関連する１つまたは複数の信号特性を導出し、これに基づいて、当該基準ユニットにおける信号の到達角度の指標（指示情報）を導出するステップ；
皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおいて、皮膚の前記既知の領域のうちの他の１つ以上に対応する位置から受信された場合の信号の既知の到達角度を示す情報を含む基準データセットにアクセスするステップ；及び
前記信号の導出された到達角度および前記基準データセット内の情報に基づいて前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指標を導出し、該導出された位置の指標に基づいて出力情報を生成するステップ；
を含む。
【００５２】
本明細書で説明されるシステム関連実施形態に関して上記で概説されたオプション、例、および変形は、上記の方法関連実施形態に等しく適用され得る。
【００５３】
例えば、上記方法は、特定の例において、前記電極対のうちの２つの間の信号特性の値の差に基づいて、少なくとも１つの差動的信号特性値を決定するステップをさらに含む。
【００５４】
該方法は、各基準ユニットに対して、および少なくとも１つの信号特性について、当該基準ユニットに含まれる各電極対と、各他の電極対との間の差動的信号特性値を計算することによって、一組の差動値を形成するステップを含む。
【００５５】
本発明のこれらおよび他の態様は、後に記載される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。
【００５６】
本発明をより良く理解し、本発明をどのように実施することができるかをより明確に示すために、単なる例として、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１ａ】図１ａは、従来技術による人体の近接場結合モデルを概略的に示す。
【図１ｂ】図１ｂは、従来技術による人体の近接場結合モデルを概略的に示す。
【図２】図２は、身体伝送されたＡＣ信号に基づいてオンボディ位置を決定するための従来技術を概略的に示す。
【図３】図３は、１つまたは複数の実施形態による例示的なシステムをブロック図形式で示す。
【図４】図４は、一実施形態による身体上の原位置での例示的オンボディセンサシステムを概略的に示す。
【図５】図５は、１つまたは複数の実施形態による例示的なシステムで使用され得る例示的な信号送受信機をブロック図形式で示す。
【図６】図６は、信号の到達角度を決定するための構成要素配置を概略的に示す。
【図７】図７は、信号の到達角度を決定するための構成要素配置を概略的に示す。
【図８】図８は、信号の到達角度を決定するための構成要素配置を概略的に示す。
【図９】図９は、信号の到達角度を決定するための処理を概略的に示す。
【図１０】図１０は、信号の到達角度を決定するための処理を概略的に示す。
【図１１】図１１は、オンボディセンサシステムを較正するための例示的方法をブロック図の形態で示す。
【図１２】図１２は、オンボディ感知システムの皮膚インターフェースユニットの配置を決定する例示的方法をブロック図の形態で示す。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
本発明は、図面を参照して説明される。
【００５９】
詳細な説明および特定の例は、装置、システム、および方法の例示的な実施形態を示しているが、例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことを理解されたい。本明細書で説明される装置、システム、および方法のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面からより良く理解されるであろう。図面は単に概略的なものであり、一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。また、同じ参照番号は同じまたは類似の部分を示すために、図面全体にわたって使用されることを理解されたい。
【００６０】
本明細書に記載の実施形態は、身体との間で電気信号を結合するための複数の皮膚インターフェース要素を備えるオンボディ感知システムを提供する。当該システムは、位置決め可能ユニットと空間的に分離された基準ユニットの組との間の信号の伝送に基づいて、少なくとも１つの位置決め可能インターフェースユニットの位置の指標（指示情報）を導出するように構成され、上記基準ユニットは身体上の一連の既知の位置に位置決めされる。送信された信号は各基準ユニット上の複数対の電極で検知され、各対に対して信号特性が導出され、これに基づいて、当該信号の到着方向が決定される。測定された到達角度の全てを照合することによって、および、信号が基準ユニット自体の間で内部的に送信された場合の既知の信号到達角度を示す情報を含む基準データセットを参照することによって、当該位置決め可能ユニットの位置の指示情報を導出できる。
【００６１】
本明細書で説明されるシステム、装置（デバイス）、および／または方法は、例えば１つまたは複数の生理学的パラメータを監視するためのオンボディセンサユニットが、退院後に自宅にいる患者によって長期間使用され続けることを可能にする。例えば、このようなシステムのセンサ素子（例えば、センサパッチ）は、定期的に交換する必要がある場合が多い。患者が新しいパッチを位置決めする場合、患者はそれを不正確に位置決めすることがある。本システムの実施形態は、センサ素子の位置の指標（指示情報）を決定する。これは、信頼性のある監視のために正確な配置を支援するために使用できる。
【００６２】
本明細書で説明されるシステム、デバイス、および／または方法は、ハンドヘルド感知または撮像関連デバイスが、より正確な撮像データを提供することを可能にし得る。例えば、本明細書で説明されるシステム、デバイス、および／または方法を使用することは、正しい生理学的画像の位置合わせに不可欠であり得る、画像取得のための容量性微細加工超音波トランスデューサ（ｃＭＵＴ）アレイを含み得るハンドヘルド超音波デバイスの正確な配置をもたらし得る。
【００６３】
本明細書に記載する実施形態は、既知の位置の一連の基準ユニットにおける信号の導出された到来角度（到達角度）を使用して、基準ユニットに関する既知の角度情報の基準データセットを参照することにより、位置決め可能ユニット、例えばセンサパッチの位置の指示情報を導出することに基づいている。
【００６４】
図３は、１つまたは複数の実施形態による例示的なオンボディ感知システム３０をブロック図形式で概略的に示す。このシステムは、電気信号を被験者の体内および／または体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニット３２、３４ａ、３４ｂを備える。これら皮膚インターフェースユニットは、被験者の皮膚のそれぞれの既知の領域に対して配置するための２つの基準ユニット３４と、該身体上のさらなる未知の位置に配置するための１つの位置決め可能ユニット３２とを含む。
【００６５】
図３の例は単一の位置決め可能ユニット３２を含むが、さらなる例では２つ以上の位置決め可能ユニットがシステム３０に含まれ得ることに留意されたい。同様に、３つ以上の基準ユニットが含まれてもよい。より多数の基準ユニットは、より正確な位置決定を提供する。
【００６６】
基準ユニット３４ａ、３４ｂの各々は、２対の電極５２ａ、５２ｂを含む。簡単のために、電極対は、各対の個々の電極が見えない単一の矩形として概略的に描かれている。電極の対は、互いに空間的に分離されている。ユニット内の位置は概略的にのみ表示されており、ユニット内の真の位置は異なる場合がある。代替的な例では、３対以上の電極が各基準ユニットに含まれてもよい。
【００６７】
位置決め可能ユニット３２は、電極の単一の対５２を含む。さらなる例では、２対以上の電極が含まれてもよい。ここでも、ユニット内のその位置は概略的に示されており、ユニット内の真の位置は変動する可能性がある。
【００６８】
図３における位置決め可能ユニット３２及び基準ユニット３４の図示の相対的位置決めは、概略的なものに過ぎない。
【００６９】
システム３０は、位置決め可能ユニット３２及び基準ユニット３４ａ、３４ｂと動作可能に結合され、これらユニットを、各々、信号を送信及び受信するように制御するコントローラ３６を更に含む。該コントローラは、任意の適切な通信手段によって、当該基準ユニットおよび位置決め可能ユニットに接続することができる。該接続は、好ましくは、無線接続であってもよいが、実施形態は無線接続に限定されるものではない。無線接続の通信モードの例としては、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、人体通信および超広帯域通信が挙げられる。当業者には明らかなように、他の通信モードおよび技術を使用できる。
【００７０】
当該システムは別々の制御ユニット３６を備えるものとして定義されるが、該コントローラは実際に、１つ以上の例では、前記皮膚インターフェースユニットのうちの１つであり、該関連するユニットはコントローラに関連する制御機能を実行するように構成される。どのユニットがコントローラとして動作するかは、例えば、初期構成ステップにおいてシステムにより決定できる。有利な例では、前記基準ユニットのうちの１つが制御ユニットとして構成され得る。したがって、本開示におけるコントローラへの言及は、中央コントローラまたは前記皮膚インターフェースユニットのうちの１つによって実施化されるコントローラのいずれかを指すものとして理解され得る。
【００７１】
当該皮膚インターフェースユニットのうちの１つが制御ユニットである場合、皮膚インターフェースユニットは、例えば、上で概説された例示的な通信手段のうちの１つを使用して互いに動作可能に結合され得る。
【００７２】
コントローラ３６は、少なくとも、前記位置決め可能ユニットの位置の指示情報を決定するための位置特定手順を実行する制御モードで動作可能であり得る。この位置特定手順を実行する際に、該コントローラは
位置決め可能ユニット３２と基準ユニット３４ａ、３４ｂとの間の身体を通る信号の伝送を制御するステップ；
各基準ユニット３４において、該ユニットの各電極対５２でそれぞれ受信された信号に関連する１つ以上の信号特性を導出し、これに基づいて、該基準ユニットにおける信号の到達角度の指標を導出するステップ；
皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおいて、皮膚の前記既知の領域のうちの他の１つ以上に対応する位置から受信された場合の信号の既知の到達角度を示す情報を含む基準データセットにアクセスするステップ；及び
前記信号の導出された到達角度および前記基準データセット内の情報に基づいて前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指標を導出し、該導出された位置の指標に基づいて出力情報を生成するステップ
を実行するように適合され得る。
【００７３】
上記位置特定手順が実行される場合、当該基準ユニットは身体の皮膚の前記既知の領域に対して配置されていると仮定する。
【００７４】
前記位置決め可能ユニットによる信号の送信を容易にするために、該位置決め可能ユニットは、身体内に結合するための身体チャネル信号を生成するための信号生成手段を含む。身体チャンネル信号は、身体の電気チャンネルを介して伝送するための信号を意味する。
【００７５】
前記位置決め可能ユニットは、信号を生成すると共に感知するように動作可能な身体チャネル信号送受信機を含む。これについては、後に詳細に説明する。前記基準ユニットは、そのような送受信機をそれぞれ備える。
【００７６】
特定の例によれば、皮膚インターフェースユニット３２、３４ａ、３４ｂの各々は、信号感知機能または信号送信機能のいずれかを実行するように選択的に構成可能であり得る。この例では、基準ユニットおよび位置決め可能ユニットが機能的に交換可能であって、柔軟性を提供し、それによって、任意のユニットが基準ユニット機能または位置決め可能ユニット機能のいずれかを実行することができる。デバイスの寿命にわたって、およびその使用の複数の反復にわたって、この柔軟性は価値があり得る。各ユニットの機能を切り替えるたびに、較正が必要になる場合がある。以下、較正方法について説明する。
【００７７】
いくつかの例では、中央コントローラ３６は信号を生成し、これらを位置決め可能ユニットに伝達して、身体内に結合される。しかしながら、これは場合によっては、特に中央コントローラと位置決め可能ユニットとの間に有線接続がない場合には実用的でないことがある。
【００７８】
当該位置決め可能ユニットは、２対以上の電極を含むことができる。この場合、コントローラ３６は、各電極対を順次制御して信号を送信するように構成することができる。この場合、各基準ユニットは、各送信電極対の信号について１つ以上の信号特性の別々の組を導出する。
【００７９】
有利には、前記コントローラは、位置決め可能ユニットに含まれる電極対の数を識別し、複数の対が検出される場合、順番に各電極対による信号の送信を制御するように構成される。これは、当該システムが任意の特定の位置決め可能ユニットに適応することを可能にする。
【００８０】
皮膚インターフェースユニット３２、３４は、異なる形態をとることができる。
【００８１】
位置決め可能ユニット３２は、好ましくは、被験者の皮膚に取り付けるためのオンボディユニットであり得る。
【００８２】
好ましくは、位置決め可能ユニット３２が被験者の皮膚に取り付けるためのセンサパッチ又はパッドの形態であり得る。センサパッチは、電気信号を皮膚又は身体内に結合するための可撓性電極セットを含む。パッチは、該パッチを皮膚に結合するための接着層を有する。
【００８３】
位置決め可能ユニット３２は、システム３０の生理学的パラメータ監視機能の一部として、１つまたは複数の生理学的パラメータを監視する際に使用される。生理学的パラメータは、例えば、バイタルサインであり得る。胸部位置決めユニット３２として示されているが、位置決め可能ユニット３２は身体に対して任意の数の位置に配置されてもよく、および／または例えば生理学的画像の位置合わせのための画像取得の正確な配置のために使用されてもよい。
【００８４】
１つ以上の例によれば、前記皮膚インターフェースユニットの１つ以上、例えば、基準ユニット３４の１つ以上は、身体の特定の部分に取り付け又は接着するように構成されたウェアラブルユニットの形態であり得る。有利な例では、前記基準ユニットの１つ以上は、手首に取り付け可能な装置の形態であり得る。これは、この場合、各基準ユニットの位置が安定しており、確実に分かるという利点を有する。しかしながら、この効果は、例えば、胸部ストラップ、足首バンド、ハンドヘルド装置、またはイヤフックなどの、身体の一部に固定される他の身体装着装置によっても達成できる。
【００８５】
前記基準ユニット３４のうちの１つまたは複数は、例においてスマートウォッチデバイスの形態であり得る。該スマートウォッチデバイスは、例によれば、コントローラ３６を備える。
【００８６】
前記基準ユニットのうちの１つは、いくつかの例では、皮膚と電気的に結合するように配置された露出面上に取り付けられた電極を有する体重計またはハンドヘルドデバイスなどのオフボディユニットの形態をとる。例えば、体重計または他の装置の場合、当該電極は、皮膚と電気的に結合するためにユニットの露出した上面に取り付けられる。
【００８７】
いくつかの例では、コントローラ３６によって生成される前記出力情報は、定義された目標位置に位置決め可能ユニット３２を位置決めする際にユーザを案内するための案内情報である。
【００８８】
該出力情報は、導出された位置指標の表現または指示情報を含む。
【００８９】
出力情報は、ユーザへの通知のために、前記コントローラからユーザ出力手段、例えば、感覚的出力手段に伝達される。該感覚出的力手段は例えば、ディスプレイ及び／又はスピーカであり得る。
【００９０】
当該出力情報が案内情報である場合、コントローラ３６は位置の導出された指示情報を定義された目標と比較し、該比較に基づいて案内情報を生成して、当該位置決め可能ユニットを目標位置に位置決めする際にユーザを案内するように構成される。
【００９１】
上記目標位置は、予めプログラムされていてもよい。例えば、それは、位置決め可能ユニット３２を使用して関心のある生理学的パラメータの正確な監視を提供することが分かっている予め定められた組の位置の１つであり得る。該目標位置は、例えばユーザ入力手段を介して、少なくとも部分的にユーザ定義されてもよい。例えば、該目標位置は患者が病院を離れる前に臨床医によって入力されてもよく、または予め定められた目標位置の組のうちの１つを選択できる。
【００９２】
前記１つ以上の導出される信号特性は、例として、位相角、信号伝送時間、および送信と受信との間の信号減衰を含むことができる。伝送時間は、信号飛行時間、即ち、最初の送信と受信との間の伝播持続時間を意味する。信号減衰は、信号経路損失（ロス）、即ち、最初の伝送と受信との間の信号強度の変化を意味する。送受信間の信号の信号減衰または経路ロスは、２０ｌｏｇ１０（ＶＲｘ／ＶＴｘ）として計算することができ、ここで、ＶＴｘは送信信号電圧（振幅）であり、ＶＲｘは受信信号電圧（振幅）である。
【００９３】
他の信号特性も、追加的に又は代替的に導出される。
【００９４】
感知された信号の位相角を導出することは通常の方法であり得、当業者はこの機能を実施するための手段を知っているであろう。
【００９５】
信号の飛行時間（伝送時間）を導出することは、信号の送信時間及び該信号の受信時間を記録し、その差を計算することによって達成され得る。これを実行するために、前記基準ユニットおよび位置決め可能ユニットのそれぞれは、内部クロックを備え、これらクロックは同期される。追加的に又は代替的に、中央コントローラ３６は、信号の送信及び受信機ユニットにおける同じ信号の受信の時間を追跡する。直に連続する送信および受信イベントは、同じ信号に関連付けられると仮定される。
【００９６】
前記経路損失（信号減衰）を導出することは、単に、送信時の信号強度を記録し（または既知の強度で送信するための信号を生成し）、受信時に同じ信号の強度を測定し、次いでその変化を計算することによって達成できる。信号の強度は、例えば、ボルト単位での信号振幅、例えば、ピーク・ツー・ピーク振幅を指すことができる。送受信間の信号の信号減衰または経路ロスは、２０ｌｏｇ１０（ＶＲｘ／ＶＴｘ）として計算でき、ここで、ＶＴｘは送信信号電圧（振幅）であり、ＶＲｘは受信信号電圧（振幅）である。
【００９７】
基準ユニット３４及び位置決め可能ユニット３２の各々は、信号強度、例えば信号振幅の測定を可能にする信号処理手段を含んでもよい。この場合、各ユニットはクロックを有し、これらクロックは同期されて、所与の信号の送受信を互いに整合される。特に、直に連続する送信および受信イベントは、同じ信号に関連付けられると仮定する。中央コントローラは、例えば振幅のような各基準ユニットで受信された信号の信号強度を測定するための信号処理手段を備え、送信と受信との間の信号減衰を計算するように構成される。
【００９８】
一旦、１つ以上の信号特性が各基準ユニットの各電極対で受信された信号について導出されたら、好ましい例では、少なくとも１つの差動的信号特性値が各基準ユニットについて決定される。差動的信号特性値は、所与の基準ユニット３４の電極対５２の２つの対のそれぞれについて導出された信号特性値の差を意味し得る。
【００９９】
例えば、該差動的信号特性は、位相角差、信号伝送時間（飛行時間）差および信号減衰（経路損失）差のうちの１つまたは複数であり得る。それぞれの場合において、該差は、基準ユニットの２つの電極対のそれぞれで測定された値の間のものであり得る。所与の基準ユニットに関する差動的信号特性の値は、例えばコントローラ３６によって決定されてもよく、又は各基準ユニット３４によってローカルに決定される。
【０１００】
差動値は、所与の受信器ユニットに含まれる電極対の各々および全ての組み合わせに関し、１つまたは複数の信号特性について導出される。これらは、一組の値を形成し、例えば行列（「差動行列」）の形で編集される。この差動値の組は、所与の信号の到達角度の固有の特徴付けを提供し得る。というのは、信号が基準ユニットに入る角度に応じて、２つの固定された電極対の間の測定された信号特性の差は一貫した態様で変化するからである。
【０１０１】
したがって、いくつかの例では、到達角度を決定することは、所与の基準ユニットについての差動値の導出された組を、各組が既知の信号到達角度に対応する予め決定された差動値の組のデータセットと比較することを含み得る。
【０１０２】
信号到達角度の導出については、以下でより詳細に説明する。
【０１０３】
前述のように、位置決め可能ユニット３２の位置の指示情報を導出することは、基準ユニットが皮膚の前記既知の領域に対して配置された場合に、これら基準ユニットの異なる組み合わせの間で送信される信号の既知の到達角度を示す情報を含む基準データセットにアクセスすることを含む。
【０１０４】
上記基準データセットは、異なる形式をとれる。単純な例では、該基準データセットは、各基準ユニット３４に関して、当該ユニットにおける他の様々な基準ユニットの既知の位置から、例えば前記既知の位置の各々から受信された場合の信号の到達角度を詳述したリストまたはテーブルを含む。この情報のみを、当該位置決め可能ユニットからの信号の導出された到来角度と組み合わせて使用し、例えば、導出された角度ベクトルを既知の相対角度測定値に分解することによって、基準ユニットに対する該位置決め可能ユニットの相対位置をマッピングできる。身体上のユニットの実世界の位置は分かり得るので、これは、現世界の位置の指示情報、すなわち身体または皮膚上の物理的位置の指示情報に変換できる。
【０１０５】
さらなる例によれば、当該基準データセットは、基準ユニットに関する装置身体マップの形態をとる。これは、身体上の基準ユニットの相対的な位置決めを表すことができる。該身体マップは、例えば、信号到達角度（すなわち、相対的角度位置決め）、および好ましくは、分離距離（例えば、相対的信号到着時間から示される）によって特徴付けられ、または示される、基準ユニットの相対的身体位置を表すことができる。該装置身体マップは、身体上の基準ユニットの座標位置（これから相対角度情報は暗黙的であり得、または導出することができる）の形態で表されてもよく、または単に、各基準ユニットの互いに対する相対距離および角度のリストとして表すことができる。この場合の座標位置は、ローカルな身体座標系、すなわち、身体「基準フレーム」の座標系に関するものとされる。
【０１０６】
位置の指示情報の導出は、前記基準データセットまたはボディマップ内の基準情報と、各基準ユニットにおける信号の導出された到達角度との組み合わせに基づいて実行できる。例えば、三角測量技法を使用し、基準到達角度情報を用いて測定された到達角度情報を分析することに基づいて位置を推定するための既知のアルゴリズムは、例えば、論文：Ｄａｓｈ，Ｓｈｕｂｈｒａ  Ｓｈｕｂｈａｎｋａｒｉ他による“Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｎ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｂｙ  Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ”，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ２：１１５−１２２に詳細に記載されている。
【０１０７】
位置決め可能ユニットの向きの指示情報も、１つ以上の例に従って導出できる。このために、位置決め可能ユニットは、信号を送信するための少なくとも２対の電極を備える。向きを導出するためには、上記の差動的信号特性が特に有用である。これは、位置決め可能ユニット上の固定位置を有する２つの離間した電極対の間の信号の例えば飛行時間の差が、該ユニットの角度または向きに応じて一貫した態様で変化するためであり得る。
【０１０８】
さらに、前記受信機ユニットの電極対における信号の到来角度の組は、信号が送信される電極対の位置に応じて変化し得る。これにより、固定位置に取り付けられた複数対の電極を有する位置決め可能ユニットの異なる向きは、前記基準ユニットの各々の電極対における異なる特徴的な到達角度の組をもたらし得る。これは、向きを追跡するために使用される。この概念は、以下でより詳細に説明される。
【０１０９】
前述のように、有利な例では、システム３０が３つ以上の基準ユニット３４を含む。これは、位置決め可能ユニットの位置のより正確で信頼性のある決定を可能にする。例示として、図４は、３つの基準ユニット３４ａ、３４ｂ、３４ｃを含むシステムを概略的に示す。このシステムは、位置決め可能ユニット３２および基準ユニットがサンプル的被験者７０の身体上の種々の点に適所に配置された状態でもって原位置で示されている。この例では、位置決め可能ユニットが中央位置に配置され、基準ユニットは該位置決め可能ユニットを囲むように配置されている。矢印は、位置決め可能ユニットと基準ユニットとの間の信号の伝送を概略的に示す。
【０１１０】
図示された構成は例示のためだけのものであり、他の例では、身体上での該システムの構成要素の任意の他のレイアウトを選択できる。しかしながら、複数の基準ユニット内の比較的中央の位置に位置決め可能ユニットを位置決めすることは、特に、三角測量技術を使用する場合に、当該位置決定処理を助けるので有利であり得る。
【０１１１】
前述したように、信号生成および処理機能の処理は、異なる方法でシステム３０の構成要素間に分散される。例えば、信号生成および受信信号の処理は（中央）コントローラ３６によって集中的に実行されてもよく、その場合、位置決め可能ユニットおよび基準ユニットは、生成され受信及び受信される信号を、体内および体外に電気的に結合するためのものである。それらは、それぞれ、例えば、これを容易にするために１つ以上の電極を備える。一例として、基準ユニットは１つのローカルな中央コントローラを有し、位置決め可能ユニットは異なるコントローラを有する。
【０１１２】
集中的信号発生は、例えば、位置決め可能ユニット及び／又は基準ユニットが遠隔の無線装置であり、集中的に発生される信号を供給するための伝送経路が存在し得ない場合には使用できない。したがって、信号生成および受信信号の処理は、皮膚インターフェースユニット間で分配され得る。例えば、位置決め可能ユニット３２は身体に印加するための信号を生成するための回路を備え、基準ユニット３４は、それぞれ、感知された信号を処理するための回路を備える。
【０１１３】
さらなる例では、少なくとも基準ユニット、および任意選択で位置決め可能ユニットは、それぞれ、信号送信機能および信号受信機能の両方を実行するように選択可能に構成可能である。したがって、これら２つの機能は、交換可能であり得る。各々は、体内に結合するための信号を生成するため、および体外に戻るように結合される信号を処理するための両方の回路を備える。前記皮膚インターフェースユニットの特定のものは２つのモードまたは機能の間で切り替え可能であり、それによって、当該システムの柔軟性を高めることができ、または、例えば、基準ユニットが信号送信及び信号感知を必要とする較正手順を実行することを可能にする。このような皮膚インターフェースユニットは、多機能インターフェースユニットと呼ぶ。
【０１１４】
図５は、信号生成（送信）及び受信信号の処理の両方の実行を可能にするために、このような多機能皮膚インターフェースユニットに含まれ得る回路をブロック図形式で示す。
【０１１５】
上記回路は一緒になって、所与の皮膚インターフェースユニットを介して身体を通る信号の生成及び送信を制御すると共に信号を受信するための送受信機ユニット４２を形成し得る。この送受信機ユニットは、ＲＦユニットと呼ぶ。
【０１１６】
送受信機ユニット４２は、信号の発生及び送信を制御するための１組の構成要素（送信機回路部４４）と、信号の受信を制御するための第２組の構成要素（受信機回路部４６）とを含む。両部は、送信機部４４及び受信機部４６を制御するマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）４８に動作可能に接続される。該送信機部と受信機部の両方は、電極Ａ１およびＡ２と称される皮膚接触電極５１ａ、５１ｂの対とインターフェースするスイッチ５０に接続され得る。さらなる例では、２対以上の電極が含まれ得る。スイッチ５０は、所与のインターフェースユニット３２、３４を、信号送信モード（電極を送信機回路部４４に接続する）と信号受信モード（電極を受信機回路部４６に接続する）との間で切り替えるためのものであり得る。
【０１１７】
信号送信部（送信機回路部）４４は、電極５１によって皮膚内に結合するための電気信号を生成するように構成された信号発生器５６を含む。該信号発生器は、無線周波数で交流信号を発生する。好ましくは、信号は１０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの周波数範囲で発生する。この周波数範囲においては、人体が信号伝送のための導波器として振る舞うからである。
【０１１８】
送信機部（送信機回路部）４４は、生成された生信号を受信し、それらを増幅（すなわちブースト）し、スイッチおよび電極５１を介しての該信号の身体への印加を駆動するように構成された電圧ブースタおよびドライバ５４（「ＢＣＳ  Ｔｘ」）を含み得る。
【０１１９】
信号受信機部（受信機回路部）４６は、アナログ形式で、スイッチ５０を介して、電極５１によって感知された生信号を受信するためのアナログフロントエンド要素６０（「ＢＣＳ  Ｒｘ」）を含み得る。該フロントエンド要素は、受信信号をアナログ−デジタル変換器６２（「Ａ／Ｄ」）に伝達することができ、このアナログ−デジタル変換器は該信号を処理し、マイクロコントローラユニット４８にデジタル形式で出力する。
【０１２０】
他の例では、皮膚インターフェースユニット３２、３４のそれぞれは信号生成または信号感知のうちの１つのみを実行するように構成され得る。特に、位置決め可能ユニットは信号送信用であり、基準ユニットは信号受信用である。この場合、各々は図５に示す送信機４４または受信機４６の回路部のうちの１つのみを備え、スイッチは省略される。例えば、位置決め可能ユニット３２は送信機回路部４４のみを含み、基準ユニット３４は受信機回路部４６のみを含む。
【０１２１】
さらなる例では、図５に示される送受信機ユニット４２の送信機４４および受信機４６の両方の回路部が中央コントローラ３６に含まれてもよく、該コントローラ３６は皮膚インターフェースユニット３２、３４との間で信号を電気的に通信するように構成される。
【０１２２】
本発明の実施形態は、基準ユニットにおける信号の到達角度を決定するステップを含む。このプロセスを、図６〜図１０を参照してより詳細に説明する。
【０１２３】
説明の目的のために、図６は、最初に、単一の位置決め可能ユニット３２および単一の基準ユニットを含むサンプル的配置を示し、各ユニットは電極５２の単一の対のみを含む。簡単にするために、電極対は、単一の長方形として概略的に示されている。
【０１２４】
基準ユニットにより含まれる一対の電極５２のみが存在し得るので、任意の信号特性の差分値、すなわち２対の電極間の値の差を導出できないであろう。したがって、例えば、位相角差、飛行時間（ＴｏＦ）差、または経路損失の比較は計算できない。２つの異なる電極対における信号特性を導出する能力がなければ、基準ユニット３４における信号の到来角度（ＡｏＡ）を計算できないであろう。
【０１２５】
実行され得る唯一の測定は、位置決め可能ユニット３２と基準ユニット３４との間の絶対ＴｏＦ値または経路損失値のような１つまたは複数の信号特性の絶対測定である。これからは、基準ユニットが存在し得る可能な位置の円（または３次元における球の表面）が導出される。しかし、より固有な位置特定は可能ではない。
【０１２６】
対照的に、図７は単一の位置決め可能ユニット３２及び単一の基準ユニット３４を含む例示的な配置を概略的に示し、ここで、該基準ユニットは２つの電極対５２ａ、５２ｂを含む。位置決め可能ユニット３２は、Ｉ、Ｊ、Ｋ、およびＬとラベル付けされた、該基準ユニットの周りの複数の異なる例示的な位置で示されている。
【０１２７】
上記位置決め可能ユニットが位置Ｉにある場合、Φａ−Φｂと表され得る２つの受信機電極５２ａと５２ｂとの間の位相角差は正であり、最大値である（これら電極が互いに単一の波長内にあると仮定する）。
【０１２８】
当該位置決め可能ユニットが位置Ｉから位置Ｊに移動され得る場合、位置Ｊに近づくにつれて、測定される位相角差Φａ−Φｂは継続的に減少する。これは、当該位置決め可能ユニットと当該基準ユニットの各電極５２ａ、５２ｂとの間の距離の不一致が小さくなるためであり得る。位置Ｊにおいては、基準ユニットの各電極５２ａ、５２ｂと該位置決め可能ユニットとの間の距離が等しくなるので、位相角差Φａ−Φｂはゼロに近付く。
【０１２９】
当該位置決め可能ユニットが位置Ｊから位置Ｋに移動されるにつれ、値Φａ−Φｂは負になり、位置Ｋで最大（負）値に達する。ここで、該負の位相角差の大きさは、位置Ｉで到達した正の最大値と同じとなる。
【０１３０】
同様の態様で、２つの電極５２ａ、５２ｂの間で飛行時間差を計算できる。これは、ＴｏＦａ−ＴｏＦｂとして表す。この値は（位置Ｉにおける正の最大値から）位置Ｊにおけるゼロの最小値まで減少する。これも、位置決め可能ユニット３２が位置Ｉから位置Ｊに移動されるときに、２つの電極５２ａ及び５２ｂのそれぞれと位置決め可能ユニット電極５２との間の距離が等しくなるからである。当該送信機が位置Ｊから位置Ｋに移動するにつれ、値ＴｏＦａ−ＴｏＦｂは負に変わり、位置Ｋで最大値に達し、この値は位置Ｉで到達した正の最大値と同じ大きさを有するであろう。
【０１３１】
例として、さらなる信号特性パラメータが追加的に、または代替的に、同じアプローチに従って使用されてもよい。これは、経路損失差分法として知られている。
【０１３２】
送受信間の信号の経路損失ＰＬは２０ｌｏｇ１０（ＶＲｘ／ＶＴｘ）として計算でき、ここで、ＶＴｘは送信信号電圧（振幅）であり、ＶＲｘは受信信号電圧（振幅）である。
【０１３３】
基準ユニット５４の第１の電極５２ａにおける経路損失はＰＬａ＝２０ｌｏｇ１０（ＶＲｘ＿ａ／ＶＴｘ）によって与えられ、ここで、ＶＲｘ＿ａは基準ユニット電極５２ａにおいて受信される信号電圧であり、ＶＴｘは位置決め可能ユニット電極５２から最初に送信された信号電圧である。
【０１３４】
位置決め可能ユニット５２が位置Ｉから位置Ｊに移動するにつれて、ＰＬａ−ＰＬｂは位置Ｉにおける負の最大値から位置Ｊにおけるゼロの値まで増加する。これは、受信機ユニットの電極５２ａ及び５２ｂのそれぞれと位置決め可能ユニット電極５２との間の距離が等しくなることによるものであり得る。位置Ｊでは、該距離は等しい。
【０１３５】
位置決め可能ユニット５２が位置Ｊから位置Ｋに移動されるにつれて、値ＰＬａ−ＰＬｂは正になり、位置Ｋで最大値に達し、該値の大きさは、位置Ｉで到達した負の値と同じであり得る。
【０１３６】
図７の例示的な配置におけるように２つの電極対を使用すると、位置決め可能ユニットが、図７に破線で示された対称線７２の上方または下方に配置されているかを判断できない場合がある。当該角度決定の精度または分解能の範囲は１８０°の範囲に制限され得、信号が基準ユニット３４の概念上の水平に対して０〜１８０°のどの角度で到来するかは決定され得るが、信号が当該ユニットの前部からまたは後部から到来するかは決定できない。
【０１３７】
到来角度測定の精度は、位相角度測定の達成可能な分解能（またはＴｏＦ差若しくはＰＬ差）によって制約され得る。したがって、位相角度差測定の分解能を上げることにより、導出された到来角度（ＡｏＡ）の精度を高める。
【０１３８】
図８及び図９は、それぞれ、３つの電極対及び４つの電極対を有する基準ユニットを含む例示的な配置を概略的に示す。
【０１３９】
３つ以上の電極対を用いれば、送信機から所与の受信機に向かう身体チャネル信号のＡｏＡを一意に識別することが可能であり得る。
【０１４０】
ここで、３つの電極対を備える基準ユニットを有する例示的な構成を参照して、ＡｏＡを導出するための例示的な技法について概説する。しかしながら、同じアプローチは、任意のより多数の電極対に等しく適用可能であり得る。
【０１４１】
３つの電極対５２ａ、５２ｂ、５２ｃの間の対状位相角差はΦａ−Φｂ、Φａ−Φｃ、Φｂ−Φｃで表現でき、これらは、ΦＡＢ、ΦＡＣおよびΦＢＣでそれぞれ示される。
【０１４２】
図８を参照すると、送信機が位置Ｌに位置される場合、ΦＡＢ＝０であり、ΦＡＣ及びΦＢＣは最大で正となると認識される。該送信機が位置Ｌから位置Ｉに移動すると、ΦＡＢは最大の正の値に到達する一方、ΦＡＣ及びΦＢＣは大きさが等しくなり、符号が逆になる。位置Ｊでは、ΦＡＢ＝０となる一方、ΦＡＣ及びΦＢＣは最大で負となる。そして、Ｋの位置では、ΦＡＢは負の最大値に達する一方、ΦＡＣ及びΦＢＣは大きさが等しく、符号が逆になる。
【０１４３】
同様のアプローチは、ＴｏＦベースの計算および経路損失ベースの計算を含む他の信号特性にも適用され得る（ただし、経路損失方法は、位相角差およびＴｏＦ差方法に対して反対の符号をもたらすことに留意されたい）。
【０１４４】
この手法を使用して、受信機ユニット３４における到来角度（ＡｏＡ）に関する受信信号の方向性を、ΦＡＢ、ΦＡＣ及びΦＢＣの値の各組（集合）によって一意的に特徴付ける。それぞれのＡｏＡは、差動パラメータ値ΦＡＢ、ΦＡＣ及びΦＢＣの固有の組を有する。このことは、差分値の組（セット）を計算し、これを、例えば、異なる可能な到達角度に対応する記憶された基準値セットと比較することにより、３６０°の精度範囲で所与の信号のＡｏＡを決定する手段を提供する。
【０１４５】
さらなる説明として、位相角度差分行列を所与の基準ユニットについて定義することができ、該行列はｎ個の電極対を有するユニットに関し、受信機のすべての場所について次のように表す：
【数１】
2021529587.tif 000002
ここで、Φｉｊは、電極対ｉと電極対ｊとで各々で受信される信号の間の位相角差である。&Oslash;ｉｉ＝０であることに注意されたい。
【０１４６】
同様に、ｎ個の電極対を含む受信機ユニットのためのＴｏＦ差分行列は、次のように定義及び表現でき：
【数２】
2021529587.tif 000003
ここで、ＴｏＦｉｊ  は、電極対ｉおよび電極対ｊでそれぞれ受信された信号の導出された飛行時間の差である。ＴｏＦｉｉ＝０であることに注意されたい。
【０１４７】
同様に、経路損失（ＰＬ）差分行列を、ｎ個の電極対を含む受信器ユニットに対して定義でき、次式で表す：
【数３】
2021529587.tif 000004
ここで、ＰＬｉｊは、電極対ｉおよび電極対ｊでそれぞれ受信された信号の導出された経路損失の差である。ＰＬｉｉ＝０であることに注意されたい。
【０１４８】
好ましくは、そのような差分値の行列を導出した後、行列値は該行列内の最大値によって正規化される。したがって、Φｄｉｆｆ／Φｍａｘ、ＴｏＦｄｉｆｆ／ＴｏＦｍａｘおよびＰＬｄｉｆｆ／ＰＬｍａｘの比率が計算され、ここで、Φｍａｘ、ＴｏＦｍａｘ、ＰＬｍａｘは、それぞれ、位相角度差行列、ＴｏＦ差行列、および経路損失差行列の最大値を示す。
【０１４９】
この正規化は、行列差分値が特定のＡｏＡにマッピングされ得る全ての数値となることを保証する。言い換えると、該正規化は、それぞれが既知のＡｏＡに対応する（正規化された）差分値行列の標準的な組を定義することを可能にし、ここで、測定された行列は、当該システムの特定の物理的寸法または動作パラメータにかかわらず、これらの標準値と確実にまたは忠実に比較される。
【０１５０】
正規化は、ＡｏＡ計算を、起こり得る身体チャネル特性の変化に対してロバストにもする。同じ結果を達成するために、他の正規化係数を使用でき、さらなる例は当業者には明らかであろうことに留意されたい。
【０１５１】
位置決め可能ユニットからの基準ユニット３４における各信号のＡｏＡは、固有のΦｄｉｆｆ／Φｍａｘ、ＴｏＦｄｉｆｆ／ＴｏＦｍａｘおよびＰＬｄｉｆｆ／ＰＬｍａｘにマッピングされる。
【０１５２】
前述のように、各々の予め決定された行列が基準ユニットにおける単一の既知の信号到来角度に対応する、事前決定された差分値行列のデータセットを構築することができる。共通のデータセットを、各々が電極の同じ空間構成を有する限り、全ての基準ユニットに対して使用できる。
【０１５３】
次いで、導出された差分値行列（好ましくは正規化後の）を予め決定されたデータセット内の行列と比較して、所与の信号の対応するＡｏＡを一意にマッピングする。
【０１５４】
特定の例によれば、位置決め可能ユニット３２は、２以上の電極対を含む。図１０は、位置決め可能ユニット及び例示的基準ユニット３４の両方が各々４つの電極対を含む例示的な構成を概略的に示す。この場合、位置決め可能ユニット内の各電極対は、基準ユニットに向かって信号を送信するように順次制御される。これは、中央コントローラ３６によって制御されてもよく、または制御が、例えば無線通信手段を使用して、例えば位置決め可能ユニットと基準ユニットとの間の相互通信を介して実施されるようにしてもよい。
【０１５５】
それぞれの送信電極対に関して、基準ユニット３４に対するΦｄｉｆｆ、ＴｏＦｄｉｆｆ、およびＰＬｄｉｆｆ行列のそれぞれの組を導出する。これらは、Ｋ番目の送信電極対について、Φｄｉｆｆ＿Ｋ、ＴｏＦｄｉｆｆ＿Ｋ、およびＰＬｄｉｆｆ＿Ｋにより示される。位置決め可能ユニットのｎ個の送信電極の全組に対して、合計でｎ組のΦｄｉｆｆ、ＴｏＦｄｉｆｆおよびＰＬｄｉｆｆ行列を導出できる。
【０１５６】
これは、例えば、各々が既知のＡｏＡに対応する、上述のような行列の予め決定された基準セットと各々の行列セットとを比較することによって、各送信電極に関して別々の到達角度を導出することを可能にする。
【０１５７】
この場合、このことは当該位置決め可能ユニットの向きが導出されることも可能にする。というのは、上記２以上の送信電極対に関するＡｏＡ値のセットは、それらが取り付けられている位置決め可能ユニットの向きに応じて変化するからである。特に、２つ以上の送信電極対に関する２つ以上のＡＯＡ値の既知のセットが基準データセットに含められ、この場合、各セットは位置決め可能ユニットの既知の可能な向きに対応する。ＡＯＡ値のセットが位置決め可能ユニットについて導出された場合、それは、該位置決め可能ユニットがどの向きに置かれるかを決定するために、基準データセット内のセットと比較される。
【０１５８】
各別々の送信電極の位置の指標は、上述および以下に詳細に概説される手順に従って導出でき、当該位置決め可能ユニット上の電極の既知の空間的配置に基づいて、該ユニットの向きを導出できる。
【０１５９】
本明細書で説明される様々なシステム、デバイス、および／または方法の実施形態は、基準ユニットが皮膚の前記既知の領域に対して配置された場合に、これら基準ユニットの異なる組み合わせの間で伝送される信号の既知の到達角度を示す情報を備える基準データセットを利用できる。
【０１６０】
さらに、オンボディセンサシステムを較正または構成し、それによって、位置決め可能ユニットの位置を特定する際に後で使用するために上記基準データセットを構築する方法を提供する。これについて、ここでより詳細に説明する。
【０１６１】
これらのシステム、デバイス、および／または方法は、システムの皮膚インターフェースユニットの位置を決定するためのオンボディセンサシステムを較正する方法を提供でき、
上記システムは：
皮膚の対応する既知の各領域に配置するための２つ以上の基準ユニットと他の未知の位置に配置するための少なくとも１つの位置決め可能ユニットとを含み、電気信号を被験者の身体内及び／又は身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットであって、前記基準ユニットの各々が少なくとも２対の皮膚結合電極を有する皮膚インターフェースユニット、
を有し、
当該方法は：
前記皮膚の前記既知の各領域に対して前記２つ以上の基準ユニットを位置決めするステップ；
各基準ユニットを順次制御して他の基準ユニットに向かい体内に信号を送信し、１つ以上の他の基準ユニットにおいて、当該他のユニットの各電極対でそれぞれ受信された信号に関連する１つ以上の信号特性をその都度導出し、これに基づいて、前記基準ユニットの各々における信号の到達角度の指示情報を導出するステップ；及び
前記基準ユニットの間で伝送される信号の前記導出された到達角度を示す情報のデータセットを生成し、記憶するステップであって、該データセットが前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を該位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間で伝送される信号の到達角度に基づいて後に導出する際の基準として使用するためのものであるステップ；
を有する。
【０１６２】
使用される基準ユニットは、位置決定を実行するために当該システムによって使用されたものと同じ基準ユニットであってもよく、または別の基準ユニットのセットであってもよい。該別のセットは、それぞれ、信号送信と信号検知の両方を実行するように構成されるべきである。位置決定のための基準ユニットは、信号感知を行うことのみを必要とされる。
【０１６３】
ここで、例示的な較正方法８０を、ブロック図形式で該例示的方法を示す図１１を参照して説明する。
【０１６４】
第１のステップ８６において、当該システムの複数の基準ユニット３４は、それぞれ、患者の身体の皮膚のそれぞれの予め定められた既知の領域に対して配置され得る。それらは、身体に取り付けられても固定されてもよく、または、場合によっては、例えばスマート体重計若しくはハンドヘルドデバイスの形態の基準ユニットの場合におけるように身体に対して配置するだけでもよく、後者の場合、被験者は単にデバイスと接触する、例えば体重計上に立つ、またはハンドヘルドデバイスが被験者に対して配置されるだけでよい。
【０１６５】
任意選択の第２のステップ８８によれば、基準ユニット３４のうちの１つは、較正手順を調整するための制御ユニットとして動作するように構成することができ、残りの基準ユニットは該制御基準ユニットと動作可能に結合される（例えば、無線で）スレーブユニットとして動作するように構成される。このステップは、当該較正手順を制御するために中央コントローラ３６を設けることができる場合には省略することができる。残りのステップでは、コントローラへの言及は、中央コントローラ、またはコントローラとして動作するように構成された基準ユニットのうちの１つのいずれかを指すものとして理解され得る。
【０１６６】
基準ユニット３４は、上記コントローラとの、及び好ましくは互いとの無線通信を確立する（９０）か、または初期化される。
【０１６７】
次に、当該コントローラは、基準ユニット３４のうちの１つを送信モードに設定し（９２）、他の基準ユニット３４を受信モードに設定する。
【０１６８】
送信基準ユニットは、生成された電気信号を身体内に結合し、それによって、体内を通って他の受信基準ユニットに向かい電気身体チャネル信号を伝送するように制御され得る（９４）。該送信基準ユニットが２以上の電極対を含む場合、各対を順番に制御して、他のユニットに向かって身体内に信号を送信してもよい。
【０１６９】
受信基準ユニットのそれぞれについて、各ユニットのそれぞれの電極対で受信された信号に関連する１つまたは複数の信号特性が導出され、これに基づいて、前記他の基準ユニットのそれぞれにおける当該信号の到達角度の指示情報を導出する（９６）。次に、これは、それぞれの基準ユニットに、または前記コントローラに集中的に記憶される。
【０１７０】
ステップ９２〜９６は基準ユニットの各々について繰り返され、その場合、各基準ユニットは順に送信モードに設定され、残りの基準ユニットは受信モードに設定される。従って、各基準ユニットから各々の全ての他の基準ユニットへの信号の到達角度が導出され、これらは制御ユニットにおいて集中的に収集される（９８）。例えば、基準ユニットはそれぞれ、ローカルに記憶されたＡｏＡデータを制御ユニットに通知し、または、該データは制御ユニットにおける記憶装置から取り出される。この情報に基づいて、制御ユニットは、基準ユニット間で伝送された信号の導出された到達角度を示す情報のデータセットを生成し、記憶する。
【０１７１】
上記データセットは、いくつかの例では、身体上の基準ユニットの相対的な位置決めを表す、これら基準ユニットに関する装置身体マップの形態であり得る。これは、前記到達角度情報のみに基づいて構成されてもよく、相対的な角度位置決めを表すものであり得る。任意選択的に、当該較正方法は信号到着時間情報を収集し、これに基づいて、各基準ユニットの各他の基準ユニットからの相対的隔たりを導出するステップをさらに含んでもよい。これにより、基準ユニットに関するより正確な相対位置情報を含む装置身体マップを構築できる。
【０１７２】
上記装置身体マップは、基準ユニットの座標位置を含むか、または有する。基準ユニットの相対的な角度位置決めは、該マップにおいて暗示的であり得るか、又は該マップから導出することができる。上記座標位置は、いくつかの例では、局所的な身体座標系、例えば、身体基準フレームに対する座標系に関する座標位置であってもよい。
【０１７３】
信号の到達角度を導出するための方法を、上記で詳細に説明した。
【０１７４】
本明細書で説明される実施形態は、オンボディセンサシステムの少なくとも１つの皮膚インターフェースユニットの位置を決定するための方法を含む。この場合、上記システムは、それぞれが皮膚のそれぞれの既知の領域に対して配置される２つ以上の基準ユニット３４ａ、３４ｂと他の未知の位置に配置される少なくとも１つの位置決め可能ユニット３２とを含み、電気信号を被験者の身体内および／または身体外に結合するための複数の皮膚インターフェースユニットを備え、上記基準ユニットのそれぞれは皮膚結合電極の少なくとも２つの対５２を備える。
【０１７５】
当該方法は、
前記位置決め可能ユニットと前記基準ユニットとの間の身体を通る信号の伝送を制御するステップ；
各基準ユニットにおいて、各ユニットの電極の各対で受信された信号に関連する１つまたは複数の信号特性を導出し、これに基づいて、当該基準ユニットにおける信号の到達角度の指標を導出するステップ；
皮膚の前記既知の領域に配置された場合の基準ユニットにおいて、皮膚の前記既知の領域のうちの他の１つ以上に対応する位置から受信された場合の信号の既知の到達角度を示す情報を含む基準データセットにアクセスするステップ；及び
前記信号の導出された到達角度および前記基準データセット内の情報に基づいて前記少なくとも１つの位置決め可能ユニットの位置の指示情報を導出し、該導出された位置の指示情報に基づいて出力情報を生成するステップ
を含み得る。
【０１７６】
当該システムはコントローラを含むと仮定されるが、該コントローラは１つ以上の例においては前記皮膚インターフェースユニットのうちの１であり得、該関連するユニットはコントローラに関連する制御機能を実行するように構成される。どのユニットがコントローラとして動作するかは、例えば、本方法の開始時に上記システムによって決定することができる。該コントローラへの言及は、中央コントローラ、または皮膚インターフェースユニットのうちの１つによって実装されるコントローラのいずれかを指すものとして理解され得る。
【０１７７】
位置決め可能ユニットの位置指示情報を決定するための例示的な方法１００が、図１２にブロック図形式で示されている。
【０１７８】
該方法の第１のステップ１０２において、位置決め可能ユニット３２は、例えば、当該被験者、介護者、および／または医療専門家によって、該被験者の身体上に配置され得る。基準デバイスも、このステップにおいて、身体上の既知の組の基準位置に配置されるか、または、これは該方法の前に既に実行されていてもよい。いくつかの例では、位置決め可能なデバイスは、例えば送信モードおよび感知モードを有する場合、信号送信モードに設定することを必要とし得る。コントローラ３６がこれを実行することができ、又はユーザがこれを実行してもよい。基準ユニット３４は、同様に送信モードおよび受信モードを有する場合、信号受信モードに設定する必要があり得る。ここでも、これは、コントローラによって、または異なる例ではユーザによって実行される。
【０１７９】
次いで、位置決め可能ユニット３２はコントローラ３６により制御されて（１０４）、複数の受信機ユニット３４に向かい身体を通して信号を伝送するために、電気信号を身体内に結合する。該位置決め可能ユニットが複数の電極対を含む場合、各対は受信機ユニットに向かって信号を送信するように、順番に制御できる。
【０１８０】
送信と同時に、受信機ユニット３４は、各電極対で受信された信号を感知するように制御され、電極の各対５２について、当該対で受信された信号に関連する１つまたは複数の信号特性を決定する（１０６）。該信号特性を決定するための手順は、システムの態様に関連して上述された。これは、コントローラによって、またはそれぞれの基準ユニット３４によってローカルに実行される。
【０１８１】
２つ以上の電極対における信号特性に基づいて、当該信号の到達角度の指標を導出する（１０８）。到達角度を決定するための手順は、例えば、図６〜図１０を参照して、上記に詳細に記載されている。基準ユニット３４のうちの１つが（上述のように）制御デバイス（コントローラユニット）として動作するように構成される場合、各基準ユニットについて導出された到達角度は、基準ユニットによって該コントローラユニットに通信され得る。それらは、別々の中央コントローラ３６ユニットに通知され得る。
【０１８２】
上記コントローラユニット（中央のまたは分散型）は、例えば、基準ユニットの異なるものの間で送信された場合の信号の既知の到来角度に関する相対的角度位置決めを含む、互いに対する基準ユニットの相対的空間的位置決めを示す情報を含む装置身体マップの形態の基準データセット１１０にアクセスできる。
【０１８３】
上記データセット又は身体マップ内の情報、及び位置決め可能ユニット３２からの基準ユニット３４の各々における信号の導出された到達角度に基づいて、身体上の該位置決め可能デバイスの位置の指示情報を導出することができる（１１２）。この導出された位置指示情報に基づいて、例えば、該導出された位置指示情報を示す出力情報を生成する。
【０１８４】
三角測量法のような位置の指示情報を導出するための既知のアルゴリズムは、例えば、Ｄａｓｈ，Ｓｈｕｂｈｒａ  Ｓｈｕｂｈａｎｋａｒｉ他による論文“Ａ  Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｎ  ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｂｙ  Ａｎｇｌｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ”Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ２：１１５−１２２に詳細に記載されている。
【０１８５】
本発明のシステム３０の態様に関連して上述した例、オプション、実施形態、および変形は、例による上述の方法１００に等しく適用される。
【０１８６】
一組の例によれば、位置決定方法１００は、初期較正段階として、上述の例示的較正方法８０のうちの１つによる較正手順を含む。したがって、構成方法１００は、この場合、第１の段階として、上で概説した例のいずれかで定義した較正手順８０（例えば、図１１を参照して説明したような）を含み、第２の段階として、直前の節で概説したステップ（例えば、１０２〜１１２）を含み、図１２に示す位置決定手順を含む、２段階方法である。
【０１８７】
本発明の上記の実施形態はパッチの形態で記載されているが、本開示全体を通して記載されているように、身体と接触するハンドヘルドデバイスにも有利に適用され得ることは明らかである。そのような分類の装置の例は、手持ち式撮像センサ、および特に手持ち式超音波装置であり、これは、画像取得のためのｃＭＵＴアレイを含み得る。
【０１８８】
上述のように、実施形態は、コントローラを利用する。該コントローラは、必要とされる様々な機能を実行するために、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを用いて、多数の方法で実施化することができる。プロセッサは、必要な機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を使用してプログラムされてもよい１つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。しかしながら、コントローラは、プロセッサを用いてまたは用いずに実装されてもよく、いくつかの機能を実行するための専用ハードウェアと、他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば、１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連する回路）との組み合わせとして実装されてもよい。
【０１８９】
本開示の種々の実施形態において採用され得るコントローラ部品の例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらに限定されない。
【０１９０】
さまざまな実装において、プロセッサまたはコントローラは、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）などの揮発性および不揮発性コンピュータメモリなどの１つ以上の記憶媒体に関連付けられてもよい。記憶媒体は、１つ以上のプロセッサおよび／またはコントローラ上で実行されると、必要な機能を実行する１つ以上のプログラムで符号化されてもよい。様々な記憶媒体は、プロセッサまたはコントローラ内に固定されてもよく、または、それに記憶された１つ以上のプログラムがプロセッサまたはコントローラにロードされてもよいように、移送可能であってもよい。
【０１９１】
開示された実施形態に対する変形は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され、達成され得る。特許請求の範囲において、単語「有する」は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつか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請求項に記載されてい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示すものではない。コンピュータプログラムは他のハードウェアと一緒に、またはその一部として供給される光記憶媒体またはソリッドステート媒体などの適切な媒体上に記憶／配布することができるが、インターネットまたは他の有線もしくは無線電気通信システムなどを介して、他の形態で配布することもできる。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１ａ】
2021529587.tif 000005
【図１ｂ】
2021529587.tif 000006
【図２】
2021529587.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2021529587.tif 000010
【図６】
2021529587.tif 000011
【図７】
2021529587.tif 000012
【図８】
2021529587.tif 000013
【図９】
2021529587.tif 000014
【図１０】
2021529587.tif 000015
【図１１】
2021529587.tif 000016
【図１２】
2021529587.tif 000017
【国際調査報告】
2021529587.tif 000018
2021529587.tif 000019