(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の胸部の周囲に取り付けられるように構成されているキャリアと、
前記キャリアに取り付けられており、前記被験者の前記胸部の体積の変化をモニタリングする検知装置であって、前記検知装置は複数の検知要素を備え、前記複数の検知要素は、呼吸努力を解釈するために使用される胸部体積の変化の測定及び前記被験者の横隔膜活動の測定を含む少なくとも呼吸機能をモニタリングするように、ともに動作し、前記複数の検知要素の少なくとも１つは、心臓事象をさらに測定する、検知装置と、
前記検知装置から出力される信号を処理するために前記検知装置と通信する信号処理モジュールであって、少なくとも２つの出力、すなわち、前記胸部の体積の変化に関連し、呼吸機能を表す第１の信号を出力するための第１の出力、及び、第２の信号を出力するための第２の出力であって、呼吸機能に関係する前記胸部の体積の変化が前記第２の信号から濾波されており、前記第２の信号が心臓機能を表す、第２の出力を有する、信号処理モジュールと、
を含み、
前記信号処理モジュールが、前記被験者の最大肺気量を、呼吸中の肺／空気体積流量の計算のためのパラメータとして使用するようにさらに構成されている、心肺機能モニタ。
【請求項２】
前記検知装置が、前記キャリア上で離間された関係で配置されている一対の抵抗性バンドを備える第１の検知機構を含む、請求項１に記載のモニタ。
【請求項３】
前記検知装置が、前記キャリアによって担持されている、らせん状に構成されたバンドを備える第２の検知機構をさらに含む、請求項２に記載のモニタ。
【請求項４】
前記らせん状に構成されたバンドが電気抵抗性バンドである、請求項３に記載のモニタ。
【請求項５】
前記バンドの各々が弾性的に柔軟な材料から成り、これらのバンドの抵抗が伸長とともに増大する、請求項２〜４のいずれか一項に記載のモニタ。
【請求項６】
前記バンドの各々が静止時に静止抵抗を提供するために伸長されている、請求項５に記載のモニタ。
【請求項７】
前記信号処理モジュールが、前記検知装置からの信号を増幅するための増幅回路を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のモニタ。
【請求項８】
前記検知装置が、前記被験者の身体の位置をモニタリングするための位置検出ユニットを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のモニタ。
【請求項９】
前記検知装置が、前記被験者の身体の中核温をモニタリングするための温度モニタリング機構を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のモニタ。
【請求項１０】
前記検知装置が、前記被験者によって発せられる音声を検知するための音響検知構成要素を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載のモニタ。
【請求項１１】
心肺機能をモニタリングする方法であって、
被験者の胸部の周囲にキャリアを取り付けるステップであって、前記被験者の前記胸部の体積の変化をモニタリングするための検知装置が前記キャリアに取り付けられており、前記検知装置が複数の検知要素を備える、ステップと、
前記複数の検知要素を使用して、呼吸努力を解釈するために使用される胸部体積の変化の測定及び前記被験者の横隔膜活動の測定を含む呼吸機能を測定するステップであって、前記複数の検知要素の少なくとも１つは、前記胸部の体積変化に基づいて心臓事象をさらに測定し、前記被験者の最大肺気量が、呼吸中の肺／空気体積流量の計算のためのパラメータとして使用される、ステップと、
前記検知装置によって出力されるデータを処理するステップと、
前記胸部の体積の変化に関係し、呼吸機能を表す第１の信号、及び、心臓機能を表す第２の信号であって、呼吸機能に関係する前記胸部の体積の変化が前記第２の信号から濾波されている、第２の信号を出力するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記検知要素の抵抗の変化をモニタリングして、呼吸機能及び心臓機能の少なくとも一方に関するデータを得るステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１３年１１月２８日に提出された豪州仮特許出願第２０１３９０４６０２号からの優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
[0002]本開示は、一般的に、心肺機能をモニタリングすることに関し、より詳細には、心肺機能モニタ及び心肺機能をモニタリングする方法に関する。
【０００３】
[0003]本明細書において、「心肺」という用語は、被験者の心臓機能及び呼吸機能を指すものとして理解されるべきであり、呼吸機能は、肺機能と横隔膜機能の両方に関係する。
【背景技術】
【０００４】
[0004]肺気腫から睡眠時無呼吸まで及ぶ様々な疾患を診断又はモニタリングするために呼吸努力を測定する必要がある。一般的に、測定に使用されるデバイスは、何らかのマスクを使用するが、このマスクは煩わしく、被験者が装着するのは不便で不快であることが多い。
【０００５】
[0005]また、横隔膜における胸囲の変動も、呼吸努力の明瞭な指標である。筋電図（ＥＭＧ）測定によって、横隔膜活動が低いことが睡眠時無呼吸と関連することが証明されている。
【０００６】
[0006]いくつかの事例において、呼吸機能に加えて心臓機能をモニタリングすることが有用である。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本明細書全体を通じて、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という単語又は「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」若しくは「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変化形は、記述されている要素、整数若しくはステップ、又は要素、整数若しくはステップのグループを含むことを暗示するものとして理解されることになるが、任意の他の要素、整数若しくはステップ、又は要素、整数若しくはステップのグループを除外するものではない。
【０００８】
[0008]本開示の第１の態様によれば、
被験者の身体の胴体の少なくとも一部分の周囲に取り付けられるように構成されているキャリアと、
キャリアに取り付けられている検知装置であって、被験者の身体の部分の体積の変化をモニタリングするための少なくとも１つの要素を備える、検知装置と、
検知装置から出力される信号を処理するために検知装置と通信する信号処理モジュールであって、少なくとも呼吸機能に関係する信号を出力するための少なくとも１つの出力を有する、信号処理モジュールと
を含む、心肺機能モニタが提供される。
【０００９】
[0009]本明細書において、「被験者」という用語は、文脈が別途明確に指示しないかぎり、人間の被験者及び人間でない被験者を指すものとして理解されるべきである。人間でない被験者について、本開示は、必ずしも排他的ではないが、特に、呼吸努力及び／又は心臓機能をモニタリングすることが有益であり得る動物に適用可能であり得る。そのような適用の非限定例は、競走馬である。
【００１０】
[0010]信号処理モジュールは、少なくとも２つの出力、すなわち、呼吸機能に関係する信号を出力するための第１の出力、及び、心臓機能に関係する信号を出力するための第２の出力を有することができる。
【００１１】
[0011]キャリアは、検知装置を被験者の皮膚から絶縁するように構成することができる。
【００１２】
[0012]検知装置は、ともに少なくとも呼吸機能をモニタリングするように動作する複数の検知要素を備えることができる。複数の検知要素のうちの少なくとも１つの検知要素はまた、心臓機能をもモニタリングすることができる。
【００１３】
[0013]検知装置は、離間された関係で配置されている一対の抵抗性バンドを備える第１の検知機構を含むことができる。さらに、検知装置は、キャリアによって担持されている、らせん状に構成されたバンドを備える第２の検知機構を含むことができる。らせん状に構成されたバンドは、電気抵抗性バンドとすることができる。
【００１４】
[0014]各バンドは弾性的に柔軟な材料のものとすることができ、当該バンドの抵抗は、伸長とともに増大する。各バンドは、静止抵抗を提供するために静止時に伸長することができる。
【００１５】
[0015]信号処理モジュールは、アーティファクト信号を濾波するためのフィルタを含むことができる。「アーティファクト信号」は、ノイズ信号のような、対象とされない任意の信号として理解されるべきである。また、心臓機能を測定する場合、呼吸機能に関係する第１の出力信号は、アーティファクト信号として処理されてもよい。
【００１６】
[0016]信号処理モジュールは、検知装置からの信号を増幅するための増幅回路を含むことができる。増幅回路に関連して、検知装置のバンド内の信号は、外来被験者については約２００μＡ、又は、手術室被験者については約１０μＡである、マイクロショック閾値を下回るレベルに維持される。
【００１７】
[0017]検知装置は、被験者の身体の位置をモニタリングするための位置検出ユニットを含んでもよい。さらに、検知装置は、被験者の身体の中核温をモニタリングするための温度モニタリング機構を含んでもよい。加えて、検知装置は、被験者によって放出される音声を検知するための音響検知構成要素を含んでもよい。
【００１８】
[0018]本開示の第２の態様によれば、心肺機能をモニタリングする方法が提供され、方法は、
被験者の身体の胴体の一部分の周囲に少なくとも１つの検知要素を取り付けるステップと、
少なくとも１つの検知要素を使用して、被験者の身体の部分の体積の変動をモニタリングするステップと、
少なくとも１つの検知要素によって出力されるデータを処理するステップと、
少なくとも呼吸機能に関係する信号を出力するステップと
を含む。
【００１９】
[0019]方法は、データを処理して、心臓機能に関係するさらなる信号を出力するステップを含んでもよい。
【００２０】
[0020]方法は、被験者の身体の部分の周囲に複数の検知要素を取り付けるステップを含んでもよく、検知要素は、呼吸機能と心臓機能の両方をモニタリングするように構成されている。
【００２１】
[0021]方法は、検知要素の抵抗の変化をモニタリングして、呼吸機能及び心臓機能の少なくとも一方に関するデータを得るステップを含んでもよい。
【００２２】
[0022]ここで例として、添付の図面を参照して本開示の一実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】心肺機能モニタの一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】モニタの一実施態様の簡略回路図である。
【図３】モニタの別の実施態様の簡略回路図である。
【図４】モニタの検知装置の概略図である。
【図５】モニタの信号処理モジュールの出力のグラフ図である。
【図６】モニタの信号処理モジュールの別の出力のグラフ図である。
【図７】図１のモニタによって測定される呼吸機能及び心臓機能のグラフ図である。
【図８】モニタの検知装置の別の実施形態の正面図である。
【図９】図８のモニタの検知装置の実施形態の背面図である。
【図１０】モニタの検知装置のさらなる実施形態の正面図である。
【図１１】図１０の検知装置の近似の概略図である。
【図１２】モニタの検知装置のまたさらなる実施形態の正面図である。
【図１３】図１２のモニタの検知装置の実施形態の背面図である。
【図１４】図１２及び図１３に示す実施形態のものに対する代替的な実施形態の概略図である。
【図１５】図３に示す実装態様に対する代替的な実施形態の簡略回路図である。
【図１６】モニタから抽出される心臓信号のグラフ図である。
【図１７】睡眠時無呼吸を患っている被験者のモニタからの出力のグラフ図である。
【図１８】身体活動を受けている被験者のモニタによって為される記録のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
[0041]最初に図面のうち図１を参照すると、参照符号１０は全体的に、心肺機能モニタの一実施形態の概略ブロック図を示す。モニタ１０は、被験者の身体の胴体の少なくとも一部分の周囲に取り付けられるように構成されているキャリア１２を備える。より詳細には、キャリアは、図面のうち図４の骨格部分１４によって表現されているような、被験者の少なくとも胸部の周囲に取り付け可能である。本明細書において、胸部は、被験者の横隔膜を含むものとして理解されるべきである。
【００２５】
[0042]検知装置１６がキャリア１２上に取り付けられており、検知装置１６は、被験者の胸部１４の体積の変化を決定するための複数の要素又はバンド１８、２０及び２２（図４）を備える。
【００２６】
[0043]信号処理モジュール２４は、図面のうち図１の矢印２６によって概略的に示されているように、検知装置１６と通信する。信号処理モジュール２４は、検知装置１６から出力される信号を処理し、信号処理モジュール２４は、少なくとも呼吸機能に関係する信号を出力するための少なくとも１つの通信出力線２８を有する。
【００２７】
[0044]キャリア１２は、様々な形態を採用することができるが、一実施形態では、被験者が装着することができる形態である。したがって、たとえば、キャリア１２は、少なくとも被験者の胸部１４の周囲にぴったりと合うが、被験者を検知装置１６から絶縁する、Ｔシャツ（図面のうち図４に概略的に示されているように）、ベスト、ランニングシャツなどの形態である。キャリア１２のぴったりと合う性質に起因して、キャリア１２は、検知装置１６が被験者の胸部１４に近密に当接したままにされることを保証する。
【００２８】
[0045]図面のうち図４に示す実施形態において、検知装置１６は、一対の離間された電気抵抗性バンド１８及び２０を備える。バンド１８、２０は、被験者の胸部１４の体積を近似するために適切に離間されている。バンド１８は、それに沿ってＥＣＧの前胸部リードが通常、胸部１４上に配置されている線によって規定される想像上の線の直上に位置付けられる。動作上、下側にあるバンド２０は、被験者の胸郭３０の浮遊肋の上で被験者の横隔膜（図示せず）の直下に位置付けられる。この配置によって、胸部１４の体積の変化が信号処理モジュール２４によってモニタリング及び出力されることを可能にするために、被験者の胸部の体積の変化を決定し、信号処理モジュール２４によって出力することができる。
【００２９】
[0046]バンド２２はらせんコイル状バンドであり、被験者の胸部１４の周囲に配置されるようにキャリア１２によって担持されており、バンド２２の上部は、被験者の肺３２の上部をより近密に近似する。したがって、らせんコイル状バンド２２は、理想的には、被験者の肺３２の体積をモニタリングするために、モニタ１０によって使用することができる。
【００３０】
[0047]上記で示したように、バンド１８、２０及び２２の各々は電気抵抗性デバイスである。そのようなデバイスは、伸長とともに抵抗が増大するものである。バンド１８、２０及び２２は、各バンド１８、２０及び２２が静止時に低い抵抗値を有するように、バンドの静止位置においてわずかに伸長するように、キャリア１２の中又は上に取り付けられる。バンド１８、２０、２２の「静止時」抵抗値は、指定されることになる製造パラメータである。一般的に、「静止時」抵抗は、約１０ｋΩ又はそれ以下である。
【００３１】
[0048]バンド１８、２０及び２２が応答を得るために「駆動」される性質に起因して、及び、バンド１８、２０及び２２が被験者の身体から絶縁されるという事実に起因して、胸部バンド１８の感受性は、被験者の心拍に起因する心臓信号もバンド１８によって検出することができ、信号処理モジュール２４を介して、信号処理モジュールの通信出力線２８上で出力することができることも留意されるべきである。
【００３２】
[0049]モニタ１０の検知装置１６は、複数の３軸加速度計３５を備える位置検出機構３３を含み、１つの加速度計３５は、バンド１８及び２０の各々並びに／又はバンド２２の離間された巻きに配置されている。加速度計３５は、使用時に、被験者の胸骨と実質的に整列されて位置付けられるように、バンド１８、２０及び／又は２２上に配置されている。位置決定機構３３は、より大きいダイナミック確度のようなさらなる利点を提供するために、ジャイロスコープ、磁気検知器など、又は、そのようなデバイスの組み合わせを含む他の形態において実装されてもよい。
【００３３】
[0050]加速度計３５は、被験者の身体の位置、及び、モニタリングを受けている間の被験者の身体の移動をモニタリングするために使用される。加速度計３５はまた、たとえば、被験者の身体が、たとえばスポーツをしているときに突然の運動を受けるときに発生する場合があるアーティファクトの除去にも使用される。
【００３４】
[0051]モニタ１０の検知装置１６は、バンド１８上で離間された関係で配置されている一対の温度センサ３７を備える温度モニタリング機構をさらに含む。温度センサ３７は、使用時に、被験者の脇の下に位置するように、バンド１８上に位置付けられる。温度センサ３７は、中核温の指標を与え、睡眠検査中及びスポーツ活動又は被験者が影響を与えられる他の活動中に有用な情報を与える。
【００３５】
[0052]信号処理モジュール２４は、温度センサ３７の各々からの温度をモニタリングし、温度の分析のために温度読み値の平均をとる。
【００３６】
[0053]信号処理モジュール２４は、信号調整回路３４を備え、信号調整回路の出力は処理モジュール又はプロセッサ３６に供給される。プロセッサ３６からの出力信号は、通信出力線２８に出力される。加えて、信号処理モジュール３６は、データ記憶モジュール３８並びに電池４０を含む。
【００３７】
[0054]データ記憶モジュール３８は、記録された長期データ（たとえば、睡眠データ）を記憶するための少なくとも１つの取り外し可能データ記憶デバイス（図示せず）を含む。取り外し可能データ記憶デバイスは、後のオフライン研究及び分析のためにモニタ１０から取り外される。
【００３８】
[0055]一実施形態において、電池４０は、リチウムイオン電池のような充電池である。電池４０は、充電器が適切に絶縁された医療機器認可充電器でないかぎり、充電コードが接続されているときに動作しないように構成されている。電池は、充電のために取り外されることを必要とする非標準的な専用コネクタを含む。
【００３９】
[0056]信号処理モジュール２４は、識別警告ユニット４１をさらに含む。警告ユニット４１は、被験者又は臨床従業者のいずれかによって、警告状況が発生したときに警告信号、たとえば、可聴及び／又は視覚警告を生成するように構成されている。警告状況の一例は、遷延性無呼吸である。
【００４０】
[0057]検知装置１６によって検出される対象の信号は、２つの方法のうちの一方、すなわち、電圧駆動／電流検知装置又は電流駆動／電圧検知装置のいずれかを介して捕捉することができる。示されているように、両方のシナリオにおいて、検知バンド１８、２０及び２２が、身体との接触を回避するために被験者の身体から絶縁されるべきである。
【００４１】
[0058]図面のうち図２を参照すると、電圧駆動装置の一実施形態が示されており、全体的に参照符号４０によって示されている。電圧駆動装置は、抵抗器４４を介して関連するバンド１８、２０、２２に供給する定電圧生成器４２を備える。抵抗器４４は、バンド１８、２０、２２が静止しているときにその関連するバンド１８、２０又は２２の抵抗の値よりも低い抵抗値を有する。抵抗器４４は、可変利得増幅器を形成するために、演算増幅器４６のフィードバック演算子として動作する。増幅器４６の利得は以下の式によって決定される。
【数１】
0006443999.tif 000002
式中、
Ｒｒｅｓｔｉｎｇはバンド１８、２０、２２の静止時の抵抗であり、
ΔＲは、バンド１８、２０、２２の伸長に起因する抵抗の変動であり、
ＲＳｅｎｓｏｒは、抵抗器４４の値である。
【００４２】
[0059]増幅器４６の非反転入力に基準電圧４８が供給される。増幅器４６は、可変利得によって、電圧生成器４２から出力される駆動電圧と、基準電圧４８との間の差を増幅する。基準電圧４８は、弛緩した伸長していないバンド１８、２０、２２に対する増幅器４６の出力が検出可能ではあるが非常に小さくなるように選択される。言い換えれば、基準電圧４８は、増幅器４６のダイナミクスに与える影響を最小限にすべきであるが、増幅器４６のノイズ及びオフセット値よりも大きくなるべきである。基準電圧の妥当な値は、増幅器のダイナミックレンジの値の約１／２０である。したがって、たとえば、増幅器４６が１０Ｖのダイナミックレンジを有していたとすると、基準電圧４８は、静止時において固定の０．５Ｖであるように設定される。
【００４３】
[0060]増幅器４６からの出力は、約４０Ｈｚ未満のカットオフ周波数を有する能動ローパスフィルタとして動作する演算増幅器５０に供給される。ローパスフィルタ５０からの出力は、信号処理モジュール２４の通信出力線２８の第１の出力２８．１に供給され、被験者の胸部１４の体積変化を表す信号を提供する。体積変化の近似が、図面のうち図５の５２における正弦波形として示されている。
【００４４】
[0061]増幅器４６からの出力はまた、ハイパスフィルタ５４を介して、同じく約４０Ｈｚ未満のカットオフ周波数を有するローパスフィルタとして構成されている第２の演算増幅器５６にも供給される。ハイパスフィルタ５４は、胸部１４の体積変化を濾波し、信号処理モジュール２４の通信出力線２８の出力線２８．２上の出力として、心臓事象に関係するデータを提供するために、１Ｈｚ未満、より詳細には、約０．６７Ｈｚのカットオフ周波数を有する。これらの心臓事象の例は、図面のうち図５の矢印５８によって示されている。図６は、図５の波形の一部分を拡大したスケールで示しており、心臓事象５８が強調されている。
【００４５】
[0062]個別のハイパスフィルタ５４及びローパスフィルタ５６の代わりに、構成要素５４及び５６は、上記で指定した周波数カットオフ下限及び上限を有する能動バンドパスフィルタ（ブロック５７によって示す）として実装されてもよい。
【００４６】
[0063]ここで図面のうち図３を参照すると、バンド１８、２０、２２を駆動するための電流駆動装置が示されており、全体的に参照符号６０によって示されている。図面のうち図２を参照して、同様の参照符号は、別途記載されないかぎり、同様の部分を指す。
【００４７】
[0064]この図３の実施形態において、電流駆動装置６０は、バンド１８、２０、２２に励起信号を提供する定電流生成器６２を含む。
【００４８】
[0065]この電流駆動装置６０において、抵抗器４４にわたって可変電圧が存在する。この可変電圧は、関連するバンド１８、２０又は２２の伸長に応じて決まり、電圧は以下の式によって定義される。
【数２】
0006443999.tif 000003
式中、Ｉｇｅｎｅｒａｔｏｒは、定電流生成器６２の出力電流であり、式の他の項は、上記で与えられたものと同じ意味を有する。
【００４９】
[0066]関連するバンド１８、２０又は２２が静止状態にあるときに、抵抗器４４の値が関連するバンド１８、２０、２２の抵抗にほぼ等しい場合に、近似が有効である。
【００５０】
[0067]関連するバンド１８、２０、２２によって出力される信号は高いインピーダンスを有するため、電流駆動装置は、信号調整回路３４として高インピーダンスバッファを使用する。
【００５１】
[0068]信号調整回路３４の出力の下流の、電流駆動装置６０の残りの部分は、図面のうち図２を参照して上述したものと同じである。
【００５２】
[0069]電圧駆動装置４０と電流駆動装置６０の両方に共通することは、両方の実施態様において、信号処理モジュール２４の信号調整回路３４によって十分なフィルタリング及び増幅がもたらされる必要があることである。増幅は、各バンド１８、２０又は２２内を循環する電流が、外来被験者については２００μＡ、及び、非外来被験者については１０μＡに制限されるマイクロショック閾値未満に含まれなければならないため、必要とされる。
【００５３】
[0070]バンド１８の場合に体積測定をパルス測定から分離するために、フィルタリングも必要とされる。
【００５４】
[0071]両方の装置４０、６０の出力２８．１は、ＤＣ結合されている、直接増幅されたセンサ出力である。出力２８．２は、対照的には、パルスを体積出力から分離するＡＣ結合能動フィルタから導出される。
【００５５】
[0072]したがって、フィルタ５４のために選択される０．６７Ｈｚ周波数は、ＥＣＧ及びパルスモニタにおいて採用されている標準的な呼吸抑制フィルタに基づいて選択される。
【００５６】
[0073]ローパスフィルタ５０及び５６のカットオフ周波数は、電力線ノイズを最小限に抑え、エイリアシングノイズを回避するために、電力線周波数よりも低くなるように選択される。フィルタ５０、５４及び５６の各々は、信号位相歪みを回避するための一次フィルタである。
【００５７】
[0074]使用時、モニタ１０は最初に較正される。較正は、線形センサ近似によって少なくとも２つの値を使用して既知の体積に対して遂行される。被験者が受けている肺活量測定検査の間にモニタ１０を装着することによって、較正の微調整を遂行することができる。これらの較正データから、その後、被験者の正確な最大肺気量を、モニタ１０のソフトウェアによって、呼吸中の肺／空気体積流量の精細な計算のためのパラメータとして使用することができる。
【００５８】
[0075]モニタ１０を較正するための別の方法は、携帯肺活量計を使用することである。携帯肺活量計を使用することによって、モニタ１０の精細な較正が可能になる。被験者は、肺活量計に数回、たとえば、３回息を吹き込み、測定された肺気量の値が、バンド１８、２０及び２２によって測定される胸部体積変動を較正するために使用される。各バンド１８、２０及び２２によって検出される抵抗変動の合計からもたらされる信号を、肺活量計からの読み値を介して直接較正することができる。
【００５９】
[0076]この較正に関連して、センサバンド１８、２０及び２２は、呼吸中の肺／空気体積流量が測定されることを可能にするとともに、バンド１８の場合は、図面のうち図５及び図６に示すように心臓事象が測定されることを可能にするのに十分な感受性があることが留意されるべきである。
【００６０】
[0077]加えて、加速度計３５を設けることによって、被験者が非常に活動的であるとき、又は、睡眠中の突然の動きに起因してのいずれかで、被験者の突然の動きに起因して生じるアーティファクト信号を除去することが容易になる。加速度計を設けることによって、モニタ１０の感受性がさらに向上する。
【００６１】
[0078]図面のうち図７は、モニタ１０によって測定される信号のグラフ表現を示しており、これらの信号は、全体的に参照符号６４によって示されている。
【００６２】
[0079]この信号のグラフにおいて、下側のトレース６６は被験者の横隔膜の体積変化を示しており、上側のトレース６８は、被験者の肺又は胸部体積の変動を示している。垂直線７０は心臓事象を表す。特に、下側バンド２０と上側バンド１８は両方ともトレース６８に寄与し、下側バンド２０とらせんバンド２２は両方ともトレース６６に寄与する。心臓事象は、バンド１８のみによって測定される。グラフ６４のデータは、トレース６６によって示される横隔膜における胸囲の変動に基づいて呼吸努力を解釈するために使用される。
【００６３】
[0080]ＥＭＧ測定によって、横隔膜活動が低いことが睡眠時無呼吸と直に関連することが証明されている。したがって、被験者の呼吸量と横隔膜の活動との組み合わせが、無呼吸の度合いの固有の所見を与える。現在、無呼吸の度合いは、被験者にとって極めて煩わしく不快であり、被験者の睡眠パターンも乱すマスクを用いてしか観測可能でない。
【００６４】
[0081]加速度計３５は、被験者の身体の位置が睡眠検査中にモニタリングされることを可能にする。加えて、重力場における被験者の胸部／横隔膜の位置が、加速度計３５を使用してモニタリングされることが可能である。このモニタリングに関連して、被験者の胸部領域のねじれが呼吸努力の増大をもたらし得、加速度計３５を、互いから離間されるようにバンド１８及び２０の各々に配置して設けることによって、そのようなねじれの測定が容易になることが分かっている。
【００６５】
[0082]体積測定に加えて、上述したように、モニタ１０のバンド１８は、心臓機能の測定に使用される。拍動する心筋によって胸部１４に加えられる心臓からの振動が、モニタ１０のバンド１８によって捕捉され、モニタ１０の信号処理モジュール２４を介して出力される。測定される心臓事象は、心拍、心拍変動及び心拍出量を含み得る。特に、心拍出量は、吸気量と組み合わせて、睡眠又は身体活動中の心肺系の性能の指標として使用されることになる。
【００６６】
[0083]ここで図面のうち図８及び図９を参照すると、モニタ１０の検知装置１６の別の実施形態が示されている。先行する図面を参照して、同様の参照符号は、別途記載されないかぎり、同様の部分を指す。
【００６７】
[0084]この別の実施形態において、検知装置は、複数の音響センサ７４、７６を備える音響検知構成要素７２を含む。より詳細には、互いから側方に離間されている２つのセンサ７４が、使用時に、被験者７８上で前方に配置され、互いから側方に離間されている２つのセンサ７６が、使用時に、被験者７８上で後方に配置される。
【００６８】
[0085]センサ７４は、センサ７６に対して上方に配置される。センサ７４は、使用時に、被験者７８の心臓と横隔膜との間でほぼ中間に位置するように、キャリア１２上に位置付けられる。センサ７６は、使用時に、被験者７８の下肺野に近接して位置付けられるように、キャリア１２上に配置される。
【００６９】
[0086]音響検知構成要素７２は、被験者によって発せられる音声をモニタリングするためのものである。主要な目的は被験者７８による咳嗽をモニタリングすることであるが、音響検知構成要素７２は、たとえば、被験者がいびきをかく結果として、被験者７８によって発せられる他の音声をモニタリングするために使用されてもよい。
【００７０】
[0087]各々がそれ自体の固有の音声及び胸部の動きを有する、異なるタイプの咳がある。モニタ１０の音響検知構成要素７２のセンサ７４、７６の配置は、被験者の咳の性質、咳をしている間の肺機能、差別化（すなわち、肺のいずれの側及び肺葉が影響を受けるか）、進行の過程（乾性咳から湿性咳へ、又はその逆）、処置の有効性及び／又は薬剤の有効性に関する情報を提供することが可能である。
【００７１】
[0088]信号処理モジュール２４は、バンド１８、２０及び２２並びに音響モニタリング構成要素７２を使用して動きの突然の変動を検出することによって、被験者７８による咳嗽を検出及びモニタリングするようにプログラムされている。一般的に、呼吸は、被験者７８の身体活動及び健康状態に応じて変動し得る律動的な動き及び音声を生成する。検知装置１６（加速度計３５）を含むによって検出される音声と動き（体積）の突然の高周波変動は、信号処理モジュール２４によって咳嗽事象として処理される。さらに、信号処理モジュール２４は、分類アルゴリズムを使用して、咳嗽事象のタイプを決定するために、音声及び動きの変動の間で区別することが可能である。
【００７２】
[0089]ここで図面のうち図１０及び図１１を参照して、検知装置１６のさらなる実施態様を示す。図面のうち図８及び図９を参照して、同様の参照符号は、別途記載されないかぎり、同様の部分を指す。
【００７３】
[0090]この図１０及び図１１の実施形態において、キャリア１２は、上側バンド状サブキャリア８０及び下側バンド状サブキャリア８２を含む。上側サブキャリア８０は、被験者７８の脇の下に受け入れられるような形状にされており、下側サブキャリア８２は、被験者７８の横隔膜の上に受け入れられるような形状にされている。上側サブキャリア８０は、一対の離間された電気抵抗性バンド８４及び８６を担持する。同様に、下側サブキャリア８２は、一対の離間された電気抵抗性バンド８８及び９０を担持する。
【００７４】
[0091]複数の電気抵抗性バンド８４、８６、８８及び９０があることによって、被験者７８の胴体／胸部の形状をより正確に近似することが可能である。胸部の形状は、いくつかの小さい円錐台体積の合計として近似される。各円錐台の上界及び下界は、場合によって、関連するバンド８４、８６、８８及び９０によって与えられる。したがって、図示されている実施形態において、胸部の形状は、３つの円錐台によって近似される。これらの円錐台は、図面のうち図１１に示すように、バンド８４と８６との間に画定される第１の円錐台、バンド８６と８８との間に画定される第２の円錐台、及び、バンド８８と９０との間に画定される第３の円錐台である。
【００７５】
[0092]ここで図面のうち図１２〜図１４を参照して、２つの他の実施形態の検知装置１６を示す。ここでも、先行する実施形態を参照して、同様の参照符号は、別途記載されないかぎり、同様の部分を指す。
【００７６】
[0093]記載されているように、モニタ１０は、たとえば、睡眠障害、又は、身体活動中の被験者の呼吸／心臓機能のモニタリングに使用するためのものである。睡眠又は身体活動中に、バンド１８又は２０の一方の一部分が被験者の身体に対して捕らえられるようになり、結果としてバンド１８、２０の伸長が不完全になる可能性がある。この不完全な伸長は、バンド１８、２０からの読み値に悪影響を与え、結果としてモニタ１０からの出力が不正確になる可能性がある。
【００７７】
[0094]図面のうち図１２及び図１３に示す実施形態において、各バンド１８、２０は、複数の検知点９２を含み、それらの検知点のうち少なくとも２つは前方に位置し、少なくとも２つは後方に位置する。したがって、事実上、各バンド１８、２０は、前方部分、後方部分、及び、前方部分と後方部分とを相互接続する２つの側方部分に分割される。したがって、被験者の位置を決定するために複数の検知点９２及び加速度計（この図１２及び図１３の実施形態では図示されていない）を使用して、より正確な測定値及び読み値を得ることが可能である。
【００７８】
[0095]複数の検知点９２に対する代替形態は、各バンド１８、２０を複数の別個の切片、たとえば、前方切片、後方切片、及び２つの側方切片に物理的に分割することである。各切片は個々に較正され、各切片は独立して駆動される。
【００７９】
[0096]したがって、いずれかのバンド１８、２０のいずれか１つの切片が捕らえられて伸長しない場合、関連するバンド１８、２０の残りの切片が、依然として通常通り伸長することが可能であり、信号処理モジュール２４は、そのバンド１８、２０の捕らえられた切片を補償することが可能である。
【００８０】
[0097]図１４は、被験者の身体によって捕らえられているバンド１８、２０の一部分を補償するためのさらなる実施形態を示す。この図１４の実施形態において、各バンド１８、２０は、区分化スリーブ９４に担持される。スリーブ９４は、複数の個別の切片９６を備える。切片９６は、互いに対して軸方向に自由に動くことができるが、横断方向又は半径方向においては実質的に剛性である。
【００８１】
[0098]したがって、被験者の身体の一部分が物体に押し付けられると、被験者の身体と物体との間に捕らえられたスリーブ９４の関連する１つ又は複数の切片９６が閉じ込められて保持されるが、バンド１８、２０は依然として、スリーブ９４内で自由に伸長又は収縮することができる。
【００８２】
[0099]図面のうち図１５において、バンド１８、２０及び２２を駆動するための電流駆動装置のさらなる実施形態が示されている。図面のうち図３を参照して、同様の参照符号は、別途記載されないかぎり、同様の部分を指す。
【００８３】
[0100]この図１５の実施形態において、抵抗器４４は省略されている。定電流生成器６２は、バンド１８、２０及び２２を直接駆動し、そのため、抵抗器４４の代わりに、バンド１８、２０又は２２にわたる電圧降下が直接測定される。この直接駆動の結果として、より正確な出力信号を提供するより感受性の高い回路６０がもたらされる。
【００８４】
[0101]図面のうち図１６は、モニタ１０を装着している被験者の心臓機能のグラフ表現を示す。上側トレース９８は、モニタ１０によって決定される較正済み胸部体積を示す。ＥＣＧ信号引用１００が、心室の１回拍出量間で区別するために使用される。最後に、トレース１０２は、ウェーブレットを使用してトレース９８から心拍出量を与える。トレース１０２に関しては、トレース１０２の点線１０４によって区切られた部分は被験者の心臓の心房機能を表し、トレース１０２の実線１０６によって区切られた部分は心室機能を表す。
【００８５】
[0102]図面のうち図１７において、睡眠時無呼吸を患っている被験者についての、モニタ１０の検知装置１６のバンド１８、２０からの出力のグラフ表現が示されている。トレース１０８は、バンド１８によって測定される胸部体積を示し、トレース１１０は、バンド２０によって測定される横隔膜変位を示す。
【００８６】
[0103]図面のうち図１８において、身体活動を受けている被験者のグラフ表現が示されている。この図１８の実施形態において、被験者は、トレース１１２によって示されているように、肺活量計を使用している。トレース１１４は、モニタ１０によって決定される較正済み胸部体積を表す。
【００８７】
[0104]また、この図１８の実施形態において、被験者は、基準トレース１１６を提供するために、ＥＣＧに接続される。トレース１１６は、被験者が身体活動を受けている間に、ＥＣＧが心臓機能を正確にモニタリングすることが可能でないことを示している。代わりに、モニタ１０は、身体活動を受けている間に被験者の心臓内で起こることをはるかにより正確に描写する、心臓機能を表すトレース１１８を提供する。
【００８８】
[0105]したがって、呼吸及び／若しくは心臓の異常を患っている被験者のモニタリングにおける使用、又は、被験者の呼吸及び／若しくは心臓機能のモニタリングに役立つ心肺モニタ１０が提供されることが、本開示の記載されている実施形態の利点である。
【００８９】
[0106]モニタ１０は、人間の被験者にとっては自身を適合させるのが容易であり、又は、人間でない被験者の場合は、臨床医が適用するのが容易である。モニタ１０を位置決めするのに特別な技能又は訓練は必要なく、モニタ１０は、使用のために容易に較正することができる。加えて、モニタ１０は、睡眠時無呼吸を患っている人間の被験者のモニタリングにおいて、不快で煩わしいマスク及び関連する駆動機械の必要性をなくす。
【００９０】
[0107]さらに、モニタ１０は、被験者の可動性を不利に妨げることなく、また、不快にすることなく、スポーツ活動のような激しい活動を含む活動の間被験者によって装着されることが可能である。したがって、モニタ１０は、そのような活動に従事している間に被験者の呼吸及び心臓機能をモニタリングするために使用されることが可能である。このモニタの可能性は、特定のスポーツイベントにおける自身のスポーツの腕前を向上させるか、又は、より一般的に、体の健康を向上させることを望む被験者に、特に有用である。
【００９１】
[0108]モニタ１０はまた、心臓又は肺の疾患を患っている被験者の心臓及び／又は肺のリハビリテーションに使用することも可能である。
【００９２】
[0109]モニタ１０のさらなる利点は、真の呼吸機能を測定することが可能であることである。この利点によって、ｘ線、ＭＲＩ又はＣＴスキャンのような他のモニタリング手順の間に呼吸アーティファクトが存在することが望ましくないときに、呼吸アーティファクトが除去されることが可能である。言い換えれば、そのような手順を行う機械においてモニタ１０からの出力を使用することによって、そのような機械から、改善された画像を提供するなどのために、呼吸アーティファクトが考慮に入れられることが可能である。
【００９３】
[0110]本開示の全体的な広い範囲から逸脱することなく、上述した実施形態に多数の変更及び／又は修正を行うことができることが、当業者には諒解されよう。それゆえ、本発明の実施形態は、すべての点において限定ではなく例示と考えられるべきである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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