(57)【要約】  本発明は、個人の体内で周期的に拍動している物体（心臓、動脈又は肺である）が一時的に静止している瞬間を検出するための装置、システム、ウェアラブル装置、及び付随する処理システムに関する。本発明の本質は、車両速度の検出、又はビルに人がいるかの検出のために通常使用されるドップラー・レーダー動き検出器の使用である。ドップラー・レーダー動き検出器は、電磁信号を物体に向けて送信し、物体から反射電磁信号を受信するよう構成され、装置は、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう更に構成される。本発明は、心臓の、移動中の監視に特に適している。
2010502257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための装置であって、
電磁信号を前記物体に向けて送信し、前記物体からの反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、
前記装置は、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう更に構成される装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記装置は、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に動く物体の動きの方向を検出するよう構成され、前記装置は、前記物体が前記検出器に向う方向にも前記検出器から離れる方向にも動いていない旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう更に構成される装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は更なる２つの信号を出力するよう構成され、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記物体が、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に動いている場合、非ゼロであり、前記装置は、前記２つの更なる信号間の位相差がほとんどない瞬間を識別するよう更に構成される装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置であって、前記２つの更なる信号がそれらの最大振幅又は最小振幅をほぼ同時に達成する瞬間を識別するよう構成される装置。
【請求項５】
請求項３記載の装置であって、更なる信号の一次導関数が同時にほぼゼロである瞬間を識別するよう構成される装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、連続波電磁信号を発出するよう構成される装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、４００ＭＨｚと５ＧＨｚとの間の範囲の周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、８００ＭＨｚと４ＧＨｚとの間の範囲の周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、２．４５ＭＨｚの周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項１０】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための方法であって、
前記物体に向けてドップラー・レーダー動き検出器２０１からドップラー・レーダーを送信する工程と、
前記物体からの反射レーダーを受信する工程と、
前記物体が動いていない旨を反射信号が示す瞬間を識別する工程とを含む方法。
【請求項１１】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するためのシステムであって、
前記物体に向けて電磁信号を送信し、前記物体から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１であって、この受信信号を表す情報をプロセッサに送信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、
前記プロセッサは、前記送信信号を受信し、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう構成されたシステム。
【請求項１２】
個人の心臓の活動を監視するためのウェアラブル装置であって、前記個人の前記心臓に向けて電磁信号を送信し、前記心臓から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１はプロセッサに結合され、前記プロセッサは、前記受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、前記送信信号情報は、処理システムによって受信される対象であり、前記処理システムは、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう構成されたウェアラブル装置。
【請求項１３】
個人の心臓の活動を監視するための、ウェアラブル装置から送信された信号情報を受信するための処理システムであって、前記ウェアラブル装置はドップラー・レーダー動き検出器を備え、前記処理システムは、個人の心臓から反射された電磁信号を表す信号情報を受信するよう構成され、前記処理システムは、心臓が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう構成された処理システム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓が静止している（すなわち、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間の検出は、医療撮像において知られており、心臓の運動が補正される、取得された診断データの提示を可能にする。特に、心臓が静止している（すなわち、なお、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間の検出は、医療撮像において知られており、心臓の運動が補正される、取得された診断データの提示を可能にする。特に、Ｅ．  Ｍａｒｋ  Ｈａａｃｋｅ他による「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｕｉｄｅ，  ＧＹＲＯＳＣＡＮ  ＮＴ  ＶＯＬＵＭＥ  ２：  Ｓｃａｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ’，  ｓｅｃｔｉｏｎ  ５．９，  Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ  （Ｗｉｌｅｙ−Ｌｉｓｓ、  ＩＳＢＮ  ０−４７１−３５１２８−８  ｓｅｃｔｉｏｎ  ２４．４．１）」はトリガ遅延を使用して、比較的静止している瞬間における心臓の画像をキャプチャする手法を記載している。「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎ」は、心周期に対するデータ取得のトリガを記載している。併せて、前述の文献は、ＥＣＧゲーティングと組み合わせた、磁気共鳴撮像の手法をどのようにして活用して、拍動している人間の心臓が、正常な拍動周期内で静止している瞬間を識別するかを示している。
【０００３】
米国特許第３４８３８６０号明細書は、ドップラー・レーダーを使用して心臓の活動を測定する手法を開示しており、特に、出力ドップラー信号を微分して血液駆出レートを表す信号を供給することが可能であることを開示している。
【０００４】
磁気共鳴撮像は高価であり、画像データは、取得するためにかなりの時間を要する。したがって、磁気共鳴撮像は、心臓の活動の通常の監視に適しておらず、特に、移動中の監視に適していない。更に、これは、体内の他の拍動する物体（例えば、動脈）の静止している期間の測定にも適していない。ＥＣＧゲーティングへの依存により、この撮像手法の適用が心臓に拘束されるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、体内で拍動している物体が静止している瞬間を識別する別の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、装置が、物体に向けて電磁信号を送信し、物体から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、物体が動いていない旨を反射信号が示す瞬間を装置が識別するよう構成された本発明によって達成される。
【０００７】
ドップラー・レーダー動き検出器は、沿道の速度検出カメラで車両の動きの速度及び方向を検出するために使用され、建物の中にいる人の動きを検出するためにも使用される。後者では、前述の検出器は、「侵入者検出器」としても一般に知られている「侵入者警報器」として知られているものに組み入れられる。動作中、動き検出器は、電磁信号を送信し、電磁ビームのパス内の物体から反射された戻り信号を検出する。ビームが進む方向に動きの成分が沿った状態で動く物体によって反射されると、前述の送信ビーム内の電磁波には周波数シフトがなされ、このシフトは反射信号内で検出可能である。
【０００８】
車両の速度の測定においても、車両の動きの方向の測定においても、ビルの中にいる人の動きの検出に基づいた、部屋にいる状態の検出においても、ドップラー・レーダー動き検出器は、おおよそ数メータ程度の大きさで物理的に平行移動する大きな物体から反射電磁波を受信する。車両動き検出の場合、この物体は通常、自動車、バン、トラック又は他の車両である。ビルの中にいる人の検出の場合、物体は、通常、１メートル以上の身長の動く人である。更に、前述の場合では全て、ドップラー・レーダー動き検出器によって検出される物体は、１つの位置から別の位置にその質量全体を側方に平行移動しているという意味で物理的に側方に動いている。ドップラー・レーダー動き検出器は、この側方の移動全体を示すよう企図されている。
【０００９】
意外にも、ドップラー・レーダー動き検出器は、人体内で拍動している物体の動きの測定に適していることが明らかになっている。前述の物体自体は数センチメートル程度のサイズを有し、拍動の振幅は、一センチ程度、又は小さい場合、数ミリメートル程度である。検出することが可能な、拍動している物体は、１つの位置から別の位置にその質量全体を平行移動させるという意味で側方に動く訳でない一方、１つの場所に留まり、拍動する。前述の動きの形態をとる、体内の物体の例には、心臓があり、別の例には、動脈があり、更には肺がある。何れの場合にも、物体の全体的な平行移動は存在していないが、その代わり、物体全体の、ある程度安定した周期的な動きが存在している。物体自体は、体内のそのおおよその位置を維持する。
【００１０】
更に、意外にも、拍動している物体はその位置を側方に平行移動させるものでない一方、ドップラー・レーダー動き検出器からの信号は、物体が一時的に拍動していない拍動の周期内の瞬間を検出するのに十分である。
【００１１】
よって、ドップラー・レーダー動き検出器は、体内の周期的動きを検出、一時的であってもその周期的動きが終わる時点を更に検出するために使用することが可能である。
【００１２】
上記方法を行うための機器は、磁気共鳴撮像に関連付けられた機器よりも使用が簡単であり、体（例えば、心臓の活動を検出するために使用する場合には胸部）にドップラー・レーダー動き検出器を単純に押しつけることを必要とする。機器は、（例えば、動脈の活動の検出のために）腕又は脚に対して押しつけるのに十分小型でもある。これは、機器を胸部付近の快適な吊り紐又はハーネスにおいて身につけることが可能であるため、心臓の活動を単純に測定するのに適しており、相応に、心臓が静止している瞬間を単純に検出するのに適している。前述の瞬間の識別は、当該技術分野において知られているように、心房期及び心室期の長さの算出などの、心周期内の、生理学的に適切な期間の算出を可能にする。本発明は、単純で、かつ小型の機器を使用して行うことが可能であるために、（例えば、患者監視における）反復測定にも適している。したがって、本発明は、患者の心臓内の、生理学上適切な期の長さを長期監視するために使用することが可能である。例えば、本発明を、日次又は週次ベースで反復的に使用することは、（例えば、患者の心臓の心室期の）経時的な延長を示すことを可能にし、よって、心臓監視の既存の手法に付随する手法として有用である。
【００１３】
本発明は、個人の体内の周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するためのシステムにも関する。上記システムは、物体に向けて電磁信号を送信し、物体から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器は、この受信信号を表す情報をプロセッサに送信するよう構成され、プロセッサは、送信信号を受信し、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。
【００１４】
このシステムは、本発明の方法が、特に複数の装置にわたって行なわれ、それにより、個人の体内で拍動している物体の内部の動きを評価するために最大の柔軟性を提供することを可能にするという利点を有する。ドップラー・レーダー動き検出器及びプロセッサは、何れかの既知のやり方で互いに結合することが可能であり、例えば、電線やバスなどの物理的な接続を介した結合、又は無線結合を含む。
【００１５】
本発明は、個人の心臓の活動を監視するためのウェアラブル装置にも関する。上記ウェアラブル装置は、個人の心臓に向けて電磁信号を送信し、心臓から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器はプロセッサに結合され、プロセッサは、受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、送信信号情報は処理システムによって受信され、処理システムは、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。送信は、何れかの既知の手段による無線送信、通信回線又は電話回線を使用した送信、及び、固定接続（例えば、電線）を介した送信を含む。
【００１６】
このシステムは、心臓の活動、あるいは、動脈の活動、あるいは肺、あるいは、体内で拍動している他の物体の活動を監視するためのウェアラブル装置にも関する。上記ウェアラブル装置は、個人の心臓に向けて電磁信号を送信し、心臓から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器はプロセッサに結合され、プロセッサは、受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、送信信号情報は処理システムによって受信され、処理システムは、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。送信は、何れかの既知の手段による無線送信、通信回線又は電話回線を使用した送信、及び、固定接続（例えば、電線）を介した送信を含む。
【００１７】
この装置は、送信が、無線であるか、又は、電話回線を介した送信又は通信を使用する場合に、個人が、動き回っている間に身につけていることが可能であるという利点を有し、したがって、個人が移動している間の心臓の活動を監視することを可能にする信号を取得することが可能である。ウェアラブル装置は、電磁信号の生成のために適切なドップラー・レーダー動き検出器のみを有していればよく、瞬間を識別する処理システムを有していなくてもよい。この処理システムは、ウェアラブル装置から離間し、それにより、ウェアラブル装置におけるスペース及び重量を節減することができる。よって、ウェアラブル装置は、瞬間の算出を行う遠隔処理システムに出力信号を供給するという利点を有する。遠隔プロセッサは、物理的に、個人と同じ部屋に配置してもよく、同じビルの別の部屋に配置してもよく、別のビルに配置してもよい。
【００１８】
ウェアラブル装置は、個人により、ストラップ上で、ハーネス上で、又は携帯する他の手段を使用して身につけることが可能である。電磁信号はクロスや他のウェアラブル材質を貫通することが可能であるので、装置は、個人の衣服のポケットの中に収容し、最適な信号がトランスデューサによって検出することが可能な位置に配置するよう構成することも可能である。
【００１９】
本発明は、個人の心臓の活動を監視するための、ウェアラブル装置から送信された信号情報を受信するための処理システムにも関する。ウェアラブル装置はドップラー・レーダー動き検出器を備え、処理システムは、個人の心臓から反射された電磁信号を表す信号情報を受信するよう構成され、処理システムは、心臓が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。
【００２０】
この処理システムは、個人の胸部内からのドップラー・レーダー信号を検出するよう構成されたポータブル装置からの信号を処理し、この信号を処理して、本発明による、静止している瞬間を表す信号を生成するという利点を有する。
【００２１】
よって、ウェアラブル装置は、遠隔プロセッサとともに、心臓が一時的に静止している瞬間も識別することが可能な、個人の心臓の活動の、移動中の監視をどのようにして構成するかという問題を解決する解決策を提供する。
【００２２】
本発明は、ワールド・ワイド・ウェブ（ＷＷＷ）サービスを使用して、心臓の活動の監視を提供するために使用することが可能であるという別の利点も有する。この場合、監視される個人は、心臓から反射された適切な信号が検出されるように、自分の体に何らかのやり方で構成された、ハウジング内のトランスデューサを身につけ、心臓が静止している瞬間を算出するプロセッサは、ＷＷＷ経由で接触可能である。この場合、当業者は、ウェアラブル装置からの信号が中間プロセッサ（例えば、ワールド・ワイド・ウェブを介して遠隔プロセッサに検出信号を表す信号を送信するよう構成された、ワールド・ワイド・ウェブ（ＷＷＷ）との接続を有するコンピュータ）に送信されるように構成することが可能である。あるいは、ウェアラブル装置には、検出された信号を表す信号が、ワールド・ワイド・ウェブから遠隔プロセッサへ直接送信されることを可能にするための適切な処理を備えることが可能である。
【００２３】
よって、システムは、監視される個人の場所から離れた場所からの心臓の活動の監視をどのようにして提供するかという問題を解決する。
【００２４】
本発明の装置は、連続波電磁波を発出する場合、特に効果的に構成されるが、特徴として、これは必要でない。本発明の装置は、少なくとも単一の心拍からの情報を符号化することができるような持続時間を発出信号及び反射信号が有する場合に所望の結果を達成する。これは、連続ビームの形態で電磁信号が発出された場合に達成することが可能である。しかし、単一のパルスそれぞれが、単一の心拍からの情報をコード化するために十分長い場合に、又は、例えば、一心拍に要する時間と比較してパルス間の時間間隔が非常に短い場合に、パルス電磁信号を使用することも可能である。後者の場合、各パルスは、心臓の活動についての各心拍において利用可能な情報の一部分を符号化する。非常に短い時間間隔を有する非常に短いパルス列が使用される場合、ドップラー・シフトされた反射信号において符号化された情報は、心臓からの情報のサンプリングを表す。
【００２５】
本発明の装置は、４００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の範囲の周波数の電磁信号を生成するよう構成された２チャネル・ドップラー・レーダー動き検出器に使用することが可能である。この範囲は心臓から反射された信号を生成するために特に効果的であることが明らかになっている。しかし、装置は、周波数が８００ＭＨｚ以上４ＧＨｚ以下の範囲にある場合に特に効果的に機能する。
【００２６】
当業者が認識するように、装置は、電磁アンテナの通常の動作の限度内の単一の周波数の電磁信号を発出する場合に効果的に動作する。
【００２７】
本発明の特に効果的な実施例では、シフトされた反射電磁波を、元々発出された信号と２つのミクサ・ダイオードにおいて合成するドップラー・レーダー動き検出器が使用される。ミクサ・ダイオードは、同じ発振器により、しかし、規定された位相差で駆動される。その結果、反射物体の動きの方向（ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向又はドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向）の検出を可能にする２つの出力電圧信号が生成される。このようにして、ドップラー・レーダー動き検出器は、反射物体が、検出器に向う方向に動いているか、又は検出器から離れる方向に動いているかを検出することができ、よって、本発明のこの実施例では、装置は、反射物体がドップラー・レーダー動き検出器に向う方向にもドップラー検出器から離れる方向にも動いていない旨を示す瞬間を検出する。
【００２８】
前述の２つの信号間の位相シフトの極性は、目標が、ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いているか、又はドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いているかに依存する。物体が、ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いている場合、位相シフトは負であり、物体がドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いている場合、２つの信号間の位相シフトは正である。この特定のドップラー・レーダー動き検出器の場合、反射物体がドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いている旨を反射物体からの反射信号が示す期間と、物体がドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いている旨を反射信号が示す期間との間のクロスオーバ・ポイントが存在している。このクロスオーバ・ポイントは、２つの信号間に位相差がない場合に生起する。意外にも、体内で拍動している物体が一時的に静止している瞬間を示すためにこのクロスオーバ・ポイントを使用することが可能であることが明らかとなっている。よって、特定の効果的な実施例では、物体が静止している瞬間は、前述の２つの信号間の位相差又は位相シフトが実質的にゼロである瞬間として識別される。実質的にゼロであるということは、当業者が認識するように、信号の測定及び処理の通常の許容誤差内でゼロであることを意味する。
【００２９】
２つの信号間の位相差がゼロである瞬間を検出するための特に効果的な手法が、両方の信号が同時に同じ最大振幅又は同じ最小振幅に達した瞬間を検出することであるということが明らかになっている。更に、これを達成するために特に効果的な手法が、両方の信号の一次導関数が実質的にゼロである瞬間を検出することであることが明らかになっている。実質的にゼロであるということは、当業者が認識するように、信号の測定及び処理の通常の許容誤差内でゼロであることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】心臓のＥＣＧ測定からの通常のトレースを示す図である。
【図２】本発明の装置を示すブロック図である。
【図３】標準の１リードＥＣＧからの信号のプロット、及び出力の一次時間導関数のプロット、及び胸骨に配置されたドップラー・レーダー動き検出器で取得された測定の結果を示す図である。
【図４】脚の動脈から反射され、基準としての指尖容積脈波と同期化させた、ドップラー・レーダー動き検出器からの測定信号の時間導関数を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は更に明らかにし、本発明の実施例は以下の図を使用して説明する。
【実施例】
【００３２】
通常知られているように、心臓は、体じゅうに血液をポンプする器官である。心臓は、心臓に入る血液を受け取る（体から戻ってくる酸素化されていない血液が右心房に入り、肺からの酸素化血液が左心房に入る）２つの心房、及び、心臓から血液をポンプする役割を果たす、より大きな２つの心室を含む４つの腔所に区分される。右心室は右心房から受け取られた、酸素化されていない血液を心臓から肺に供給し、肺では前述の血液が酸素化される。心臓内で最大の腔所である左心室は、左心房から受けとられた酸素化血液を体の残りの部分に供給する役割を果たす。やはり知られているように、心電図（ＥＣＧ）による測定値は、心臓が周期的にポンプし、ＥＣＧ測定値が、心臓の電気的手順に共通の特定の期の識別を可能にする。図１は、ＥＣＧ測定からの通常の出力トレースを示す。通常のトレースに示す特徴的なスパイクは、図示するようにＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ及びＴとラベリングされている。Ｐスパイク（すなわちＰ波）は、心房の脱分極（すなわち、刺激）を表す。ＱＲＳ群としても通常知られているＱＲＳスパイクは、心室の刺激を表す。ＱＲＳ群は、心房の再分極からのいかなる信号もマスクする。Ｔスパイク（すなわちＴ波）は、心室の再分極を表す。
【００３３】
ドップラー・シフト信号を検出するドップラー・レーダー動き検出器は市場で入手可能であり、（例えば、車両の速度、又は、部屋の中にいる人の動きの測定において、）ビームの遠隔場を使用して動きを検出する目的で使用される。本発明によれば、前述の動き検出器は、近接場の測定に使用することが可能であり、実際に、心臓からのドップラー・シフト信号の検出により、機械的な心臓の活動を検出することが、意外に適しているのみならず、心臓が静止している（すなわち、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間を識別するためにも使用することが可能であることが明らかになっている。
【００３４】
一般に、前述のドップラー・レーダー動き検出器では、当該技術分野で知られているように、アンテナは、電磁波を発出し、この電磁波には、速度成分が当たる電磁波と交差しない状態で動いている物体の表面から反射されると、アンテナにもう一度反射される電磁波の周波数シフトがなされる。前述の周波数シフトはドップラー・シフトと呼ばれる。このドップラー・シフト反射波は、動き検出器内のアンテナによって検出される。このアンテナは、発出アンテナと同じアンテナであってもなくてもよい、動き検出器におけるアンテナによって検出される。反射物体の動きの相対速度は、検出された反射波の周波数シフトにおいて符号化され、この値は既知の手法を使用して抽出することが可能である。心臓、又は、心臓とほぼ同じ周波数で発振する組織境界（例えば、動脈壁）から反射された電磁信号が受ける周波数変動は約１Ｈｚであり、この場合、信号における位相変動が測定された場合に、より高い測定精度が達成される。
【００３５】
本発明の装置において効果的に使用されるトランスデューサは、連続モードで動作する２．４５ＧＨｚ発振器である。電磁放射線が、２乃至１０ＧＨｚ程度の周波数で人間の組織内に強く吸収されることが知られているが、本発明の前述の非常に効果的な実施例によれば、２．４５ＧＨｚで動作するアンテナから生成された放射線は、組織の層により、ある程度、吸収され、散乱させられるが、検出可能な信号を生成することが明らかになっている。
【００３６】
特に効果的な実施例は、市場で入手可能な、マイクロ・システム・エンジニアリング社によって作製されたＭｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＫＭＹ  ２４ユニット（２チャネル動き検出器）を利用する。これは、同じハウジング内に２．４５ＧＨｚ発振器及び受信器を備えており、連続波モードで機能する。とりわけ、ビームの寸法は、アンテナの寸法に依存し、この場合、上記ユニットは、寸法が最小にされ、幅が３．５ｃｍであり、約２ｃｍの近接場半径を有するビームを生成する最適化パッチ・アンテナを含む。これにより、他の構造からの反射により、容易に汚染され得る広ビームを生成する大きすぎるアンテナと、満足に位置決めすることが困難な狭ビームを生成する小さすぎるアンテナとの実現可能な妥協策が提供される。実際には、１ｃｍ乃至２．５ｃｍの範囲の幅を有するビームが効果的である。前述の２つの極端の場合の間の実現可能な妥協策を提供するからである。１．５ｃｍ乃至３ｃｍの範囲の幅を有するビームは、大きな成人、又は拡張型心筋症の成人に対する上記装置の適用に特に効果的である。０．５ｃｍ乃至１．７５ｃｍの範囲の幅を有するビームは、小さな子供への装置の適用に特に効果的である。
【００３７】
上記市場で入手可能なユニットは、以下のように利用される。図２は、装置のブロック図を示す。ドップラー・トランスデューサ２０１は電圧供給源２０２によって給電される。動き検出器２０１の出力は、高域通過フィルタ２０３、前置増幅器２０４、及び低域通過フィルタ２０５によって処理される。信号のＤＣ部分をドップラー・モードから除去する一方で信号がより高速に減衰することが可能になるので、高域通過フィルタ２０３が１００ｎＦの静電容量及び１ＭΩの抵抗器を有するべきであるということが実験的に明らかになっている。時定数τが０．１ｓであることにより、１．５９Ｈｚのカットオフ周波数が生成される。検出される信号は、１Ｈｚ程度の周波数で拍動している心臓から反射されるが、この１次高域通過フィルタの減衰は、信号を破壊しない程度に十分低い。前置増幅器２０４の利得は１乃至１０００の範囲に設定することが可能であるが、特定の効果的な利得が５００であることが明らかになっている。サンプリングを可能にするために、８次低域通過フィルタが、１００Ｈｚのカットオフ周波数で演算増幅器を使用して実現されている。
【００３８】
図２は、反射物体が動く方向についての更なる情報を供給するためにそれらの位相差が測定される、ドップラー・トランスデューサからの２つの出力信号（ＤＲ１及びＤＲ２）も示す。
【００３９】
アセンブリ全体が、心臓によって反射された信号の処理に十分高感度であることが明らかになっている。
【００４０】
心臓に対するトランスデューサの位置決めは、有用な信号を検出するうえで重要であるということを実験結果は示している。電磁信号は、機械的な心臓情報を反射信号内で符号化するために、心臓自体から反射されなければならない。しかし、被験者間の個々のばらつきは、個人毎に最適な信号検出が理由でトランスデューサの正しい位置を変えることが実験的に明らかになっている。しかし、検出信号及び出力信号が表示画面上に視覚的に表示された場合、トランスデューサが、正しく配置されたかをみることが可能である。心臓が発出信号ビ―ム内にないか、又発出信号を受信器に反射させていないようにトランスデューサが配置されている場合、反射ビーム内でみられる周期的活動はほとんどないか、又は全くない。トランスデューサがうまく配置されている場合、周期信号がみられる。適切な信号を識別し、よって、正確な位置を識別するには、個人の胸部の表面上のトランスデューサの正しい位置決めのために特定量の実験が必要である。トランスデューサの平面にほぼ平行の平面構造上（例えば、心臓壁の筋肉の一部分上）に発出ビームが当たるようにセンサを配置することが、適切な反射信号を受信するうえで非常に効果的であることが明らかになっている。
【００４１】
トランスデューサは、胸部（例えば、個人の胸骨）に対して平坦に配置することが可能であるような大きさにした適切なハウジングに組み入れることが可能である。適切な寸法は、幅が３ｃｍ以上６ｃｍ以下であり、長さが４ｃｍ以上７ｃｍ以下である。前述のサイズは、個人に対して効果的に使用することが可能なサイズのハウジングを維持する一方で、ハウジング内のハードウェアを収容することを可能にする。
【００４２】
瞬間を供給するための取得データの処理において行うべき技術的工程は、出力信号内で得ようとしている点が前述の点であるということが分かると当業者が着手することが可能である。特に、（例えば、ＫＭＹ２４ユニットにおける）相対位相変動を有する２つの出力信号が存在している特定の実施例では、両方の信号間に位相変動がない瞬間の識別は、信号処理の既知の手法を使用して容易に達成することが可能である。
【００４３】
図３は、胸骨に配置されたドップラー・レーダー動き検出器、及び標準的な１リードＥＣＧを示した測定の組合せの結果を示す。１リードＥＣＧからのプロットを上部に示す。真ん中の図は、２つのチャネルからのレーダー測定値を示す。図の下部には、両方のレーダー信号の時間導関数を示す。時間導関数が同時のゼロ・クロッシングを有する点が、心周期毎にいくつか存在していることが分かり得る。前述の点は、数字１乃至５によって示される。図３をみれば、点５が、点１と、心周期の同じ点に位置することが分かり、心臓の監視に適用すると、本発明は、心周期における特定の４つの点の識別を可能にすることが分かる。前述のゼロ・クロッシングは、方向の変化又は運動の中断により、心臓の運動がゼロ速度の点を有する時点を示す。前述の点は、心臓のポンプ機能の種々の期を分けるために使用することが可能である。
１．  心房期：点１から点２まで。心房の収縮により、両方のチャネルにおけるわずかな速度変動が生じる。
２．  収縮期：点２から点３まで。心室の収縮が生じる期を画成する。これは、この期における速度変動が大きいことにも反映されている。
３．  点３から点５は、速度が減少し、心房がもう一度充満している充満期を示し、点４はＥＣＧ中の特徴によって解釈することは可能でない。
【００４４】
単一のチャネルの時間導関数には、ゼロ・クロッシングがいくつか存在しているが、限られた数の点しか、両方の導関数におけるゼロ・クロッシングを同時に示していない。よって、これは、２チャネル・ドップラー・レーダー動き検出器の実施例が、心臓が一時的に静止している瞬間を検出するために特に効果的であることを示している。
【００４５】
図４は、３３歳の男性の右脚の動脈から反射電磁波を受信するよう配置された２チャネル・ドップラー・レーダー・センサからの信号について、基準としての指尖容積脈波と同期化させた測定ドップラー信号の時間導関数を示す。ドップラー・レーダー信号導関数は何れも、示した点１、２及び３における共通のゼロ・クロッシングを有し、前述は、動脈内で運動がない状態を示す。動脈内で運動がない前述の状態は、心周期内で運動がない状態も表す。心臓が、動脈の上流に位置しており、血液のその周期的駆出により、動脈壁の動きを左右するからである。運動がない前述の状態は、容積脈波記録法の技術分野における当業者に知られているように、ＰＰＧの特徴点とも一致する。わずかな時間差は、脚及び指までの、異なる伝搬時間による。したがって、ドップラー・レーダー手法は、本願記載の信号解析とともに、動脈の拡張及び収縮、又はパルス伝搬時間の好都合な抽出を評価するための有望な手法である。
【図１】
2010502257.tif 000003
【図２】
2010502257.tif 000004
【図３】
2010502257.tif 000005
【図４】
2010502257.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月3日(2009.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓が静止している（すなわち、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間の検出は、医療撮像において知られており、心臓の運動が補正される、取得された診断データの提示を可能にする。特に、心臓が静止している（すなわち、なお、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間の検出は、医療撮像において知られており、心臓の運動が補正される、取得された診断データの提示を可能にする。特に、Ｅ．  Ｍａｒｋ  Ｈａａｃｋｅ他による「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｇｕｉｄｅ，  ＧＹＲＯＳＣＡＮ  ＮＴ  ＶＯＬＵＭＥ  ２：  Ｓｃａｎ  Ｍｅｔｈｏｄｓ’，  ｓｅｃｔｉｏｎ  ５．９，  Ｃｏｒｏｎａｒｙ  Ａｒｔｅｒｙ  Ｉｍａｇｉｎｇ  （Ｗｉｌｅｙ−Ｌｉｓｓ、  ＩＳＢＮ  ０−４７１−３５１２８−８  ｓｅｃｔｉｏｎ  ２４．４．１）」はトリガ遅延を使用して、比較的静止している瞬間における心臓の画像をキャプチャする手法を記載している。「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｄｅｓｉｇｎ」は、心周期に対するデータ取得のトリガを記載している。併せて、前述の文献は、ＥＣＧゲーティングと組み合わせた、磁気共鳴撮像の手法をどのようにして活用して、拍動している人間の心臓が、正常な拍動周期内で静止している瞬間を識別するかを示している。
【０００３】
米国特許第３４８３８６０号明細書は、ドップラー・レーダーを使用して心臓の活動を測定する手法を開示しており、特に、出力ドップラー信号を微分して血液駆出レートを表す信号を供給することが可能であることを開示している。
【０００４】
磁気共鳴撮像は高価であり、画像データは、取得するためにかなりの時間を要する。したがって、磁気共鳴撮像は、心臓の活動の通常の監視に適しておらず、特に、移動中の監視に適していない。更に、これは、体内の他の拍動する物体（例えば、動脈）の静止している期間の測定にも適していない。ＥＣＧゲーティングへの依存により、この撮像手法の適用が心臓に拘束されるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、体内で拍動している物体が静止している瞬間を識別する別の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、装置が、物体に向けて電磁信号を送信し、物体から反射電磁信号を受信し、２つの更なる信号を出力するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器であって、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロであるドップラー・レーダー動き検出器を備え、物体が動いていない旨を反射信号が示す瞬間を装置が、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別するよう構成された本発明によって達成される。
【０００７】
ドップラー・レーダー動き検出器は、沿道の速度検出カメラで車両の動きの速度及び方向を検出するために使用され、建物の中にいる人の動きを検出するためにも使用される。後者では、前述の検出器は、「侵入者検出器」としても一般に知られている「侵入者警報器」として知られているものに組み入れられる。動作中、動き検出器は、電磁信号を送信し、電磁ビームのパス内の物体から反射された戻り信号を検出する。ビームが進む方向に動きの成分が沿った状態で動く物体によって反射されると、前述の送信ビーム内の電磁波には周波数シフトがなされ、このシフトは反射信号内で検出可能である。
【０００８】
車両の速度の測定においても、車両の動きの方向の測定においても、ビルの中にいる人の動きの検出に基づいた、部屋にいる状態の検出においても、ドップラー・レーダー動き検出器は、おおよそ数メータ程度の大きさで物理的に平行移動する大きな物体から反射電磁波を受信する。車両動き検出の場合、この物体は通常、自動車、バン、トラック又は他の車両である。ビルの中にいる人の検出の場合、物体は、通常、１メートル以上の身長の動く人である。更に、前述の場合では全て、ドップラー・レーダー動き検出器によって検出される物体は、１つの位置から別の位置にその質量全体を側方に平行移動しているという意味で物理的に側方に動いている。ドップラー・レーダー動き検出器は、この側方の移動全体を示すよう企図されている。
【０００９】
意外にも、ドップラー・レーダー動き検出器は、人体内で拍動している物体の動きの測定に適していることが明らかになっている。前述の物体自体は数センチメートル程度のサイズを有し、拍動の振幅は、一センチ程度、又は小さい場合、数ミリメートル程度である。検出することが可能な、拍動している物体は、１つの位置から別の位置にその質量全体を平行移動させるという意味で側方に動く訳でない一方、１つの場所に留まり、拍動する。前述の動きの形態をとる、体内の物体の例には、心臓があり、別の例には、動脈があり、更には肺がある。何れの場合にも、物体の全体的な平行移動は存在していないが、その代わり、物体全体の、ある程度安定した周期的な動きが存在している。物体自体は、体内のそのおおよその位置を維持する。
【００１０】
更に、意外にも、拍動している物体はその位置を側方に平行移動させるものでない一方、ドップラー・レーダー動き検出器からの信号は、物体が一時的に拍動していない拍動の周期内の瞬間を検出するのに十分である。
【００１１】
よって、ドップラー・レーダー動き検出器は、体内の周期的動きを検出、一時的であってもその周期的動きが終わる時点を更に検出するために使用することが可能である。
【００１２】
上記方法を行うための機器は、磁気共鳴撮像に関連付けられた機器よりも使用が簡単であり、体（例えば、心臓の活動を検出するために使用する場合には胸部）にドップラー・レーダー動き検出器を単純に押しつけることを必要とする。機器は、（例えば、動脈の活動の検出のために）腕又は脚に対して押しつけるのに十分小型でもある。これは、機器を胸部付近の快適な吊り紐又はハーネスにおいて身につけることが可能であるため、心臓の活動を単純に測定するのに適しており、相応に、心臓が静止している瞬間を単純に検出するのに適している。前述の瞬間の識別は、当該技術分野において知られているように、心房期及び心室期の長さの算出などの、心周期内の、生理学的に適切な期間の算出を可能にする。本発明は、単純で、かつ小型の機器を使用して行うことが可能であるために、（例えば、患者監視における）反復測定にも適している。したがって、本発明は、患者の心臓内の、生理学上適切な期の長さを長期監視するために使用することが可能である。例えば、本発明を、日次又は週次ベースで反復的に使用することは、（例えば、患者の心臓の心室期の）経時的な延長を示すことを可能にし、よって、心臓監視の既存の手法に付随する手法として有用である。
【００１３】
本発明は、個人の体内の周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するためのシステムにも関する。上記システムは、物体に向けて電磁信号を送信し、物体から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器は、この受信信号を表す情報をプロセッサに送信するよう構成され、プロセッサは、送信信号を受信し、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。
【００１４】
このシステムは、本発明の方法が、特に複数の装置にわたって行なわれ、それにより、個人の体内で拍動している物体の内部の動きを評価するために最大の柔軟性を提供することを可能にするという利点を有する。ドップラー・レーダー動き検出器及びプロセッサは、何れかの既知のやり方で互いに結合することが可能であり、例えば、電線やバスなどの物理的な接続を介した結合、又は無線結合を含む。
【００１５】
本発明は、個人の心臓の活動を監視するためのウェアラブル装置にも関する。上記ウェアラブル装置は、個人の心臓に向けて電磁信号を送信し、心臓から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器はプロセッサに結合され、プロセッサは、受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、送信信号情報は処理システムによって受信され、処理システムは、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。送信は、何れかの既知の手段による無線送信、通信回線又は電話回線を使用した送信、及び、固定接続（例えば、電線）を介した送信を含む。
【００１６】
このシステムは、心臓の活動、あるいは、動脈の活動、あるいは肺、あるいは、体内で拍動している他の物体の活動を監視するためのウェアラブル装置にも関する。上記ウェアラブル装置は、個人の心臓に向けて電磁信号を送信し、心臓から反射電磁信号を受信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、ドップラー・レーダー動き検出器はプロセッサに結合され、プロセッサは、受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、送信信号情報は処理システムによって受信され、処理システムは、物体が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。送信は、何れかの既知の手段による無線送信、通信回線又は電話回線を使用した送信、及び、固定接続（例えば、電線）を介した送信を含む。
【００１７】
この装置は、送信が、無線であるか、又は、電話回線を介した送信又は通信を使用する場合に、個人が、動き回っている間に身につけていることが可能であるという利点を有し、したがって、個人が移動している間の心臓の活動を監視することを可能にする信号を取得することが可能である。ウェアラブル装置は、電磁信号の生成のために適切なドップラー・レーダー動き検出器のみを有していればよく、瞬間を識別する処理システムを有していなくてもよい。この処理システムは、ウェアラブル装置から離間し、それにより、ウェアラブル装置におけるスペース及び重量を節減することができる。よって、ウェアラブル装置は、瞬間の算出を行う遠隔処理システムに出力信号を供給するという利点を有する。遠隔プロセッサは、物理的に、個人と同じ部屋に配置してもよく、同じビルの別の部屋に配置してもよく、別のビルに配置してもよい。
【００１８】
ウェアラブル装置は、個人により、ストラップ上で、ハーネス上で、又は携帯する他の手段を使用して身につけることが可能である。電磁信号はクロスや他のウェアラブル材質を貫通することが可能であるので、装置は、個人の衣服のポケットの中に収容し、最適な信号がトランスデューサによって検出することが可能な位置に配置するよう構成することも可能である。
【００１９】
本発明は、個人の心臓の活動を監視するための、ウェアラブル装置から送信された信号情報を受信するための処理システムにも関する。ウェアラブル装置はドップラー・レーダー動き検出器を備え、処理システムは、個人の心臓から反射された電磁信号を表す信号情報を受信するよう構成され、処理システムは、心臓が一時的に静止している旨を反射信号が示す瞬間を識別するよう構成される。
【００２０】
この処理システムは、個人の胸部内からのドップラー・レーダー信号を検出するよう構成されたポータブル装置からの信号を処理し、この信号を処理して、本発明による、静止している瞬間を表す信号を生成するという利点を有する。
【００２１】
よって、ウェアラブル装置は、遠隔プロセッサとともに、心臓が一時的に静止している瞬間も識別することが可能な、個人の心臓の活動の、移動中の監視をどのようにして構成するかという問題を解決する解決策を提供する。
【００２２】
本発明は、ワールド・ワイド・ウェブ（ＷＷＷ）サービスを使用して、心臓の活動の監視を提供するために使用することが可能であるという別の利点も有する。この場合、監視される個人は、心臓から反射された適切な信号が検出されるように、自分の体に何らかのやり方で構成された、ハウジング内のトランスデューサを身につけ、心臓が静止している瞬間を算出するプロセッサは、ＷＷＷ経由で接触可能である。この場合、当業者は、ウェアラブル装置からの信号が中間プロセッサ（例えば、ワールド・ワイド・ウェブを介して遠隔プロセッサに検出信号を表す信号を送信するよう構成された、ワールド・ワイド・ウェブ（ＷＷＷ）との接続を有するコンピュータ）に送信されるように構成することが可能である。あるいは、ウェアラブル装置には、検出された信号を表す信号が、ワールド・ワイド・ウェブから遠隔プロセッサへ直接送信されることを可能にするための適切な処理を備えることが可能である。
【００２３】
よって、システムは、監視される個人の場所から離れた場所からの心臓の活動の監視をどのようにして提供するかという問題を解決する。
【００２４】
本発明の装置は、連続波電磁波を発出する場合、特に効果的に構成されるが、特徴として、これは必要でない。本発明の装置は、少なくとも単一の心拍からの情報を符号化することができるような持続時間を発出信号及び反射信号が有する場合に所望の結果を達成する。これは、連続ビームの形態で電磁信号が発出された場合に達成することが可能である。しかし、単一のパルスそれぞれが、単一の心拍からの情報をコード化するために十分長い場合に、又は、例えば、一心拍に要する時間と比較してパルス間の時間間隔が非常に短い場合に、パルス電磁信号を使用することも可能である。後者の場合、各パルスは、心臓の活動についての各心拍において利用可能な情報の一部分を符号化する。非常に短い時間間隔を有する非常に短いパルス列が使用される場合、ドップラー・シフトされた反射信号において符号化された情報は、心臓からの情報のサンプリングを表す。
【００２５】
本発明の装置は、４００ＭＨｚ以上５ＧＨｚ以下の範囲の周波数の電磁信号を生成するよう構成された２チャネル・ドップラー・レーダー動き検出器に使用することが可能である。この範囲は心臓から反射された信号を生成するために特に効果的であることが明らかになっている。しかし、装置は、周波数が８００ＭＨｚ以上４ＧＨｚ以下の範囲にある場合に特に効果的に機能する。
【００２６】
当業者が認識するように、装置は、電磁アンテナの通常の動作の限度内の単一の周波数の電磁信号を発出する場合に効果的に動作する。
【００２７】
本発明の特に効果的な実施例では、シフトされた反射電磁波を、元々発出された信号と２つのミクサ・ダイオードにおいて合成するドップラー・レーダー動き検出器が使用される。ミクサ・ダイオードは、同じ発振器により、しかし、規定された位相差で駆動される。その結果、反射物体の動きの方向（ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向又はドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向）の検出を可能にする２つの出力電圧信号が生成される。このようにして、ドップラー・レーダー動き検出器は、反射物体が、検出器に向う方向に動いているか、又は検出器から離れる方向に動いているかを検出することができ、よって、本発明のこの実施例では、装置は、反射物体がドップラー・レーダー動き検出器に向う方向にもドップラー検出器から離れる方向にも動いていない旨を示す瞬間を検出する。
【００２８】
前述の２つの信号間の位相シフトの極性は、目標が、ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いているか、又はドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いているかに依存する。物体が、ドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いている場合、位相シフトは負であり、物体がドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いている場合、２つの信号間の位相シフトは正である。この特定のドップラー・レーダー動き検出器の場合、反射物体がドップラー・レーダー動き検出器に向う方向に動いている旨を反射物体からの反射信号が示す期間と、物体がドップラー・レーダー動き検出器から離れる方向に動いている旨を反射信号が示す期間との間のクロスオーバ・ポイントが存在している。このクロスオーバ・ポイントは、２つの信号間に位相差がない場合に生起する。意外にも、体内で拍動している物体が一時的に静止している瞬間を示すためにこのクロスオーバ・ポイントを使用することが可能であることが明らかとなっている。よって、特定の効果的な実施例では、物体が静止している瞬間は、前述の２つの信号間の位相差又は位相シフトが実質的にゼロである瞬間として識別される。実質的にゼロであるということは、当業者が認識するように、信号の測定及び処理の通常の許容誤差内でゼロであることを意味する。
【００２９】
２つの信号間の位相差がゼロである瞬間を検出するための特に効果的な手法が、両方の信号が同時に同じ最大振幅又は同じ最小振幅に達した瞬間を検出することであるということが明らかになっている。更に、これを達成するために特に効果的な手法が、両方の信号の一次導関数が実質的にゼロである瞬間を検出することであることが明らかになっている。実質的にゼロであるということは、当業者が認識するように、信号の測定及び処理の通常の許容誤差内でゼロであることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】心臓のＥＣＧ測定からの通常のトレースを示す図である。
【図２】本発明の装置を示すブロック図である。
【図３】標準の１リードＥＣＧからの信号のプロット、及び出力の一次時間導関数のプロット、及び胸骨に配置されたドップラー・レーダー動き検出器で取得された測定の結果を示す図である。
【図４】脚の動脈から反射され、基準としての指尖容積脈波と同期化させた、ドップラー・レーダー動き検出器からの測定信号の時間導関数を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は更に明らかにし、本発明の実施例は以下の図を使用して説明する。
【実施例】
【００３２】
通常知られているように、心臓は、体じゅうに血液をポンプする器官である。心臓は、心臓に入る血液を受け取る（体から戻ってくる酸素化されていない血液が右心房に入り、肺からの酸素化血液が左心房に入る）２つの心房、及び、心臓から血液をポンプする役割を果たす、より大きな２つの心室を含む４つの腔所に区分される。右心室は右心房から受け取られた、酸素化されていない血液を心臓から肺に供給し、肺では前述の血液が酸素化される。心臓内で最大の腔所である左心室は、左心房から受けとられた酸素化血液を体の残りの部分に供給する役割を果たす。やはり知られているように、心電図（ＥＣＧ）による測定値は、心臓が周期的にポンプし、ＥＣＧ測定値が、心臓の電気的手順に共通の特定の期の識別を可能にする。図１は、ＥＣＧ測定からの通常の出力トレースを示す。通常のトレースに示す特徴的なスパイクは、図示するようにＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ及びＴとラベリングされている。Ｐスパイク（すなわちＰ波）は、心房の脱分極（すなわち、刺激）を表す。ＱＲＳ群としても通常知られているＱＲＳスパイクは、心室の刺激を表す。ＱＲＳ群は、心房の再分極からのいかなる信号もマスクする。Ｔスパイク（すなわちＴ波）は、心室の再分極を表す。
【００３３】
ドップラー・シフト信号を検出するドップラー・レーダー動き検出器は市場で入手可能であり、（例えば、車両の速度、又は、部屋の中にいる人の動きの測定において、）ビームの遠隔場を使用して動きを検出する目的で使用される。本発明によれば、前述の動き検出器は、近接場の測定に使用することが可能であり、実際に、心臓からのドップラー・シフト信号の検出により、機械的な心臓の活動を検出することが、意外に適しているのみならず、心臓が静止している（すなわち、正常な心周期内で一時的に静止している）瞬間を識別するためにも使用することが可能であることが明らかになっている。
【００３４】
一般に、前述のドップラー・レーダー動き検出器では、当該技術分野で知られているように、アンテナは、電磁波を発出し、この電磁波には、速度成分が当たる電磁波と交差しない状態で動いている物体の表面から反射されると、アンテナにもう一度反射される電磁波の周波数シフトがなされる。前述の周波数シフトはドップラー・シフトと呼ばれる。このドップラー・シフト反射波は、動き検出器内のアンテナによって検出される。このアンテナは、発出アンテナと同じアンテナであってもなくてもよい、動き検出器におけるアンテナによって検出される。反射物体の動きの相対速度は、検出された反射波の周波数シフトにおいて符号化され、この値は既知の手法を使用して抽出することが可能である。心臓、又は、心臓とほぼ同じ周波数で発振する組織境界（例えば、動脈壁）から反射された電磁信号が受ける周波数変動は約１Ｈｚであり、この場合、信号における位相変動が測定された場合に、より高い測定精度が達成される。
【００３５】
本発明の装置において効果的に使用されるトランスデューサは、連続モードで動作する２．４５ＧＨｚ発振器である。電磁放射線が、２乃至１０ＧＨｚ程度の周波数で人間の組織内に強く吸収されることが知られているが、本発明の前述の非常に効果的な実施例によれば、２．４５ＧＨｚで動作するアンテナから生成された放射線は、組織の層により、ある程度、吸収され、散乱させられるが、検出可能な信号を生成することが明らかになっている。
【００３６】
特に効果的な実施例は、市場で入手可能な、マイクロ・システム・エンジニアリング社によって作製されたＭｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ  ＫＭＹ  ２４ユニット（２チャネル動き検出器）を利用する。これは、同じハウジング内に２．４５ＧＨｚ発振器及び受信器を備えており、連続波モードで機能する。とりわけ、ビームの寸法は、アンテナの寸法に依存し、この場合、上記ユニットは、寸法が最小にされ、幅が３．５ｃｍであり、約２ｃｍの近接場半径を有するビームを生成する最適化パッチ・アンテナを含む。これにより、他の構造からの反射により、容易に汚染され得る広ビームを生成する大きすぎるアンテナと、満足に位置決めすることが困難な狭ビームを生成する小さすぎるアンテナとの実現可能な妥協策が提供される。実際には、１ｃｍ乃至２．５ｃｍの範囲の幅を有するビームが効果的である。前述の２つの極端の場合の間の実現可能な妥協策を提供するからである。１．５ｃｍ乃至３ｃｍの範囲の幅を有するビームは、大きな成人、又は拡張型心筋症の成人に対する上記装置の適用に特に効果的である。０．５ｃｍ乃至１．７５ｃｍの範囲の幅を有するビームは、小さな子供への装置の適用に特に効果的である。
【００３７】
上記市場で入手可能なユニットは、以下のように利用される。図２は、装置のブロック図を示す。ドップラー・トランスデューサ２０１は電圧供給源２０２によって給電される。動き検出器２０１の出力は、高域通過フィルタ２０３、前置増幅器２０４、及び低域通過フィルタ２０５によって処理される。信号のＤＣ部分をドップラー・モードから除去する一方で信号がより高速に減衰することが可能になるので、高域通過フィルタ２０３が１００ｎＦの静電容量及び１ＭΩの抵抗器を有するべきであるということが実験的に明らかになっている。時定数τが０．１ｓであることにより、１．５９Ｈｚのカットオフ周波数が生成される。検出される信号は、１Ｈｚ程度の周波数で拍動している心臓から反射されるが、この１次高域通過フィルタの減衰は、信号を破壊しない程度に十分低い。前置増幅器２０４の利得は１乃至１０００の範囲に設定することが可能であるが、特定の効果的な利得が５００であることが明らかになっている。サンプリングを可能にするために、８次低域通過フィルタが、１００Ｈｚのカットオフ周波数で演算増幅器を使用して実現されている。
【００３８】
図２は、反射物体が動く方向についての更なる情報を供給するためにそれらの位相差が測定される、ドップラー・トランスデューサからの２つの出力信号（ＤＲ１及びＤＲ２）も示す。
【００３９】
アセンブリ全体が、心臓によって反射された信号の処理に十分高感度であることが明らかになっている。
【００４０】
心臓に対するトランスデューサの位置決めは、有用な信号を検出するうえで重要であるということを実験結果は示している。電磁信号は、機械的な心臓情報を反射信号内で符号化するために、心臓自体から反射されなければならない。しかし、被験者間の個々のばらつきは、個人毎に最適な信号検出が理由でトランスデューサの正しい位置を変えることが実験的に明らかになっている。しかし、検出信号及び出力信号が表示画面上に視覚的に表示された場合、トランスデューサが、正しく配置されたかをみることが可能である。心臓が発出信号ビ―ム内にないか、又発出信号を受信器に反射させていないようにトランスデューサが配置されている場合、反射ビーム内でみられる周期的活動はほとんどないか、又は全くない。トランスデューサがうまく配置されている場合、周期信号がみられる。適切な信号を識別し、よって、正確な位置を識別するには、個人の胸部の表面上のトランスデューサの正しい位置決めのために特定量の実験が必要である。トランスデューサの平面にほぼ平行の平面構造上（例えば、心臓壁の筋肉の一部分上）に発出ビームが当たるようにセンサを配置することが、適切な反射信号を受信するうえで非常に効果的であることが明らかになっている。
【００４１】
トランスデューサは、胸部（例えば、個人の胸骨）に対して平坦に配置することが可能であるような大きさにした適切なハウジングに組み入れることが可能である。適切な寸法は、幅が３ｃｍ以上６ｃｍ以下であり、長さが４ｃｍ以上７ｃｍ以下である。前述のサイズは、個人に対して効果的に使用することが可能なサイズのハウジングを維持する一方で、ハウジング内のハードウェアを収容することを可能にする。
【００４２】
瞬間を供給するための取得データの処理において行うべき技術的工程は、出力信号内で得ようとしている点が前述の点であるということが分かると当業者が着手することが可能である。特に、（例えば、ＫＭＹ２４ユニットにおける）相対位相変動を有する２つの出力信号が存在している特定の実施例では、両方の信号間に位相変動がない瞬間の識別は、信号処理の既知の手法を使用して容易に達成することが可能である。
【００４３】
図３は、胸骨に配置されたドップラー・レーダー動き検出器、及び標準的な１リードＥＣＧを示した測定の組合せの結果を示す。１リードＥＣＧからのプロットを上部に示す。真ん中の図は、２つのチャネルからのレーダー測定値を示す。図の下部には、両方のレーダー信号の時間導関数を示す。時間導関数が同時のゼロ・クロッシングを有する点が、心周期毎にいくつか存在していることが分かり得る。前述の点は、数字１乃至５によって示される。図３をみれば、点５が、点１と、心周期の同じ点に位置することが分かり、心臓の監視に適用すると、本発明は、心周期における特定の４つの点の識別を可能にすることが分かる。前述のゼロ・クロッシングは、方向の変化又は運動の中断により、心臓の運動がゼロ速度の点を有する時点を示す。前述の点は、心臓のポンプ機能の種々の期を分けるために使用することが可能である。
１．  心房期：点１から点２まで。心房の収縮により、両方のチャネルにおけるわずかな速度変動が生じる。
２．  収縮期：点２から点３まで。心室の収縮が生じる期を画成する。これは、この期における速度変動が大きいことにも反映されている。
３．  点３から点５は、速度が減少し、心房がもう一度充満している充満期を示し、点４はＥＣＧ中の特徴によって解釈することは可能でない。
【００４４】
単一のチャネルの時間導関数には、ゼロ・クロッシングがいくつか存在しているが、限られた数の点しか、両方の導関数におけるゼロ・クロッシングを同時に示していない。よって、これは、２チャネル・ドップラー・レーダー動き検出器の実施例が、心臓が一時的に静止している瞬間を検出するために特に効果的であることを示している。
【００４５】
図４は、３３歳の男性の右脚の動脈から反射電磁波を受信するよう配置された２チャネル・ドップラー・レーダー・センサからの信号について、基準としての指尖容積脈波と同期化させた測定ドップラー信号の時間導関数を示す。ドップラー・レーダー信号導関数は何れも、示した点１、２及び３における共通のゼロ・クロッシングを有し、前述は、動脈内で運動がない状態を示す。動脈内で運動がない前述の状態は、心周期内で運動がない状態も表す。心臓が、動脈の上流に位置しており、血液のその周期的駆出により、動脈壁の動きを左右するからである。運動がない前述の状態は、容積脈波記録法の技術分野における当業者に知られているように、ＰＰＧの特徴点とも一致する。わずかな時間差は、脚及び指までの、異なる伝搬時間による。したがって、ドップラー・レーダー手法は、本願記載の信号解析とともに、動脈の拡張及び収縮、又はパルス伝搬時間の好都合な抽出を評価するための有望な手法である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための装置であって、
電磁信号を前記物体に向けて送信し、前記物体からの反射電磁信号を受信し、２つの更なる信号を出力するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１であって、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロであるドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、
前記装置は、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別するよう更に構成される装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記装置は、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に動く物体の動きの方向を検出するよう構成され、前記装置は、前記物体が前記検出器に向う方向にも前記検出器から離れる方向にも動いていない旨を前記反射信号が示す瞬間を識別するよう更に構成される装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置であって、前記２つの更なる信号がそれらの最大振幅又は最小振幅をほぼ同時に達成する瞬間を識別するよう構成される装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置であって、更なる信号の一次導関数が同時にほぼゼロである瞬間を識別するよう構成される装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、連続波電磁信号を発出するよう構成される装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、４００ＭＨｚと５ＧＨｚとの間の範囲の周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、８００ＭＨｚと４ＧＨｚとの間の範囲の周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置であって、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１は、２．４５ＭＨｚの周波数で連続波電磁信号を発出する装置。
【請求項９】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するための方法であって、
前記物体に向けてドップラー・レーダー動き検出器２０１からドップラー・レーダーを送信し、２つの更なる信号を出力する工程であって、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロである工程と、
前記物体が動いていない旨を前記反射信号が示す瞬間を、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別する工程とを含む方法。
【請求項１０】
個人の体内で周期的に拍動している物体が一時的に静止している瞬間を検出するためのシステムであって、
前記物体に向けて電磁信号を送信し、前記物体から反射電磁信号を受信し、２つの更なる信号を出力するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１であって、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロであり、この受信信号を表す情報をプロセッサに送信するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、
前記プロセッサは、前記送信信号を受信するよう構成され、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別するよう更に構成されたシステム。
【請求項１１】
個人の心臓の活動を監視するためのウェアラブル装置であって、前記個人の前記心臓に向けて電磁信号を送信し、前記心臓から反射電磁信号を受信し、２つの更なる信号を出力するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器２０１を備え、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロであり、前記ドップラー・レーダー動き検出器２０１はプロセッサに結合され、前記プロセッサは、前記受信された反射電磁信号を表す信号情報を送信するよう構成され、前記送信信号情報は、処理システムによって受信される対象であり、前記処理システムは、前記物体が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別するよう構成されたウェアラブル装置。
【請求項１２】
個人の心臓の活動を監視するための、ウェアラブル装置から送信された信号情報を受信するための処理システムであって、前記ウェアラブル装置は、前記個人の前記心臓に向けて電磁信号を送信し、前記心臓から反射電磁信号を受信し、２つの更なる信号を出力するよう構成されたドップラー・レーダー動き検出器を備え、前記２つの更なる信号間の位相シフトは、前記検出器に向う方向又は前記検出器から離れる方向に前記物体が動いている場合、非ゼロであり、前記処理システムは、個人の心臓から反射された電磁信号を表す信号情報を受信するよう構成され、前記処理システムは、心臓が一時的に静止している旨を前記反射信号が示す瞬間を、前記２つの更なる信号間の位相差が実質的にない瞬間を識別することによって識別するよう構成された処理システム。
【国際調査報告】
2010502257.tif 000007
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