(57)【要約】本開示は、所望の状態の測定を可能にするスペクトラム拡散測定装置に関する。使用中、このスペクトラム拡散測定装置は、スペクトラム拡散信号を媒体（例えば、患者の身体）内へ導き、該媒体内へ導かれた該信号に対応するパラメータを検出し、この検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成し、この測定パラメータ信号を分析して上記所望の状態を判断するのに用いられる。一構成例において、スペクトラム拡散電流信号が媒体内へ送信され、電圧信号が検出される。この電圧信号から、電極接触インピーダンス、患者の心拍数、及び／又は患者の呼吸速度の測定を可能にするインピーダンス信号が生成される。
2004534565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の状態を測定する方法であって、
スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く工程と、
前記媒体内へ導かれた信号に対応するパラメータを検出する工程と、
前記検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成する工程と、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程と、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く工程は、スペクトラム拡散電流信号を前記媒体内へ送信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、
前記媒体内へ導かれた信号に対応するパラメータを検出する工程は、電圧信号を測定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く工程は、スペクトラム拡散電圧信号を前記媒体内へ送信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、
前記媒体内へ導かれた信号に対応するパラメータを検出する工程は、電流信号を測定することを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、
前記検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成する工程は、インピーダンス信号を生成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程は、前記インピーダンス信号を分析して装置電極の接触インピーダンスを判断することを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６記載の方法であって、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程は、前記インピーダンス信号を分析して患者の心拍数を判断することを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６記載の方法であって、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程は、前記インピーダンス信号を分析して患者の呼吸速度を判断することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、
前記スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く工程は、スペクトラム拡散超音波信号を前記媒体内へ送信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程は、前記超音波信号のエコーを分析して患者の心拍数を判断することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、
前記スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く工程は、スペクトラム拡散光信号を前記媒体内へ送信することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する工程は、検出された赤外線光レベルを分析して患者の血液中の酸素レベルを判断することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、
前記媒体内へ導かれた信号を所望の周波数にわたって拡散させるのに用いられるクロック信号を生成する工程を更に有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、
前記クロック信号をランダム化する工程を更に有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
前記クロック信号は、乱数発生器及び除算器を用いて、ランダム化されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
スペクトラム拡散測定装置であって、
スペクトラム拡散信号を媒体内へ導く手段と、
前記媒体内へ導かれた信号に対応するパラメータを検出する手段と、
前記検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成する手段と、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断する手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項１８】
少なくとも部分的にコンピュータ可読媒体に含まれたスペクトラム拡散測定装置であって、
スペクトラム拡散信号を媒体内へ導くように構成されたロジックと、
前記媒体内へ導かれた信号に対応するパラメータを検出するように構成されたロジックと、
前記検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成するように構成されたロジックと、
前記測定パラメータ信号を分析して前記所望の状態を判断するように構成されたロジックと、を有することを特徴とする装置。
【請求項１９】
スペクトラム拡散測定装置であって、
媒体インターフェースと、
前記媒体インターフェースと電気的に接続され、スペクトラム拡散入力信号を生成するように構成された信号送信器と、
前記媒体インターフェースと電気的に接続され、前記媒体インターフェースにおいてスペクトラム拡散信号を検出するように構成された信号検出器と、
前記信号検出器によって検出された前記スペクトラム拡散信号を分析するように構成された信号処理器と、を有することを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置であって、
前記信号送信器はスペクトラム拡散電気信号を送信することを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１９記載の装置であって、
前記信号送信器はスペクトラム拡散超音波信号を送信することを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１９記載の装置であって、
前記信号送信器はスペクトラム拡散光信号を送信することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１９記載の装置であって、
前記信号送信器及び前記信号検出器と電気的に接続されたランダム信号生成器を更に有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトラム拡散測定装置に係り、特に、接触インピーダンス、患者の心拍数、及び患者の呼吸速度などの医学的状態を測定するためのスペクトラム拡散通信を用いる装置及び検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野において、媒体内へ信号を送信し、該信号を監視し、該信号への抵抗又は該信号の変調を検出することによる診断のための測定が成されている。例えば、医療の分野では、除細動器（ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒ）が、高周波信号を体内へ送信し、除細動器電極の接触インピーダンスを測定することが多い。さらに、超音波画像診断では、超音波信号が体内へ送信され、該信号のエコーが受信され、組織及び／又は血流を画像化する。更に別の例では、パルス化された赤外光エネルギ信号を体内へ送信し、この送信された赤外光レベルを測定し、血流の酸素飽和レベル及びパルス・レートを判断するのにパルス・オキシメータが用いられる。他の装置は、単に、電気信号を検出するものである。例えば、心臓の働きに関する電気信号を検出するのに心電図装置（ＥＣＧ）が用いられる。
【０００３】
現在の測定技術は、所望の情報を提供する点では概して有効であるが、問題もある。第一に、このような用途に用いられる検出器は外部のノイズに対して感度がよい。このようなノイズは、例えば、医療機器、電力線、蛍光灯、携帯電話などの多くの異なる種類の電気機器から発せられる。ノイズの周波数が検出される周波数と一致すると、このノイズは信号と干渉し、誤った読み取りをもたらし得る。
【０００４】
現在の測定技術によって引き起こされる別の問題は、電気放射に関する。特に、送信信号は、他の機器との干渉をもたらし得ると共に、例えば連邦通信委員会（ＦＣＣ）などの様々な規制機関との準拠問題ももたらし得る。よって、以上のような問題を回避し、所望の状態（例えば、患者の状態）を測定する装置及び方法を持つことが望ましい。
【０００５】
（発明の開示）
本開示は、所望の状態を測定するのに用いられるスペクトラム拡散測定装置に関する。使用中、このスペクトラム拡散測定装置は、スペクトラム拡散信号を媒体内へ導き、該媒体内へ導かれた該信号に対応するパラメータを検出し、この検出されたパラメータから測定パラメータ信号を生成し、この測定パラメータ信号を分析して上記所望の状態を判断するのに用いられる。一構成例において、スペクトラム拡散電流信号は、患者の体内へ送信され、電圧信号が検出される。この電圧信号から、電極接触インピーダンス、ＣＰＲの働き、患者の心拍数、及び／又は患者の呼吸速度を測定するのに用いられるインピーダンス信号が生成される。
【０００６】
このスペクトラム拡散測定装置は、媒体インターフェースと、スペクトラム拡散入力信号を生成するように構成された信号送信器と、上記インターフェースにおいてスペクトラム拡散信号を検出するように構成された信号検出器と、該信号検出器によって見地されたスペクトラム拡散信号を分析するように構成された信号処理器と、を有し得る。
【０００７】
本発明の特徴及び利点は、添付図面と共に以下の説明を読むことによって明らかとなる。
【０００８】
（発明の詳細な説明）
本発明は、添付図面を参照するとより良く理解することができる。図面中の構成要素は、かならずしもそのスケールではなく、本発明の原理を明確に説明するために強調されている。
【０００９】
ここで図面をより詳しく参照する。全図を通じて、同じ番号は同じ部分に対応する。図１は、本発明に係るスペクトラム拡散測定装置１００の一例を示す。以下の説明から明らかなように、この測定装置１００は、医療用装置若しくはシステムとして実施されている。例えば、図１に示すスペクトラム拡散測定装置１００は、除細動器、パルス・オキシメータ（ＳｐＯ２）、心電図（ＥＣＧ）装置、又は血圧モニタ（図示せず）として実施され得る。図１は、本発明に最も関連する構成要素を強調したものであり、装置１００のすべての構成要素をかならずしも示していないことは明らかである。
【００１０】
図１に示すように、スペクトラム拡散測定装置１００は、監視対象の媒体と通信する媒体インターフェース１０２を有する。一例として、このインターフェース１０２は、除細動器若しくは心電図装置と共に用いられる１以上の電極を含む患者インターフェースを有し得る。装置１００は、更に、入力信号を媒体内へ導く信号送信器１０４と、該入力信号に対応するパラメータを検出する信号検出器１０６と、を有する。一例として、信号送信器１０４は電流信号送信器であり、信号検出器１０６は電圧検出器である。別の方法として、信号送信器１０４が電圧信号送信器で、信号検出器１０６が電流検出器であってもよい。別の構成例として、送信器が光源などの電磁放射源で、検出器が光検出器などの電磁放射検出器であってもよい。更に別の構成例として、送信器が音源で、検出器が対応する振動子であってもよい。
【００１１】
入力信号の種類にかかわらず、入力信号はスペクトラム拡散信号を有する。一構成例では、このスペクトラム拡散信号は、信号送信器１０４及び信号検出器１０６と電気的に接続されたランダム信号生成器１０８を用いて作成される。一例として、ランダム信号生成器１０８は、クロック信号発振器１１０、除算器１１２、及び乱数発生器１１４を有し得る。クロック信号発振器１１０は、特定の周波数において「オン」位置から「オフ」位置へ切り替わる方形波の形をしたクロック信号を生成する。その名が示唆するように、乱数発生器１１４は、特定の範囲内の数をランダムに生成する。乱数発生器１１４によって生成された数は、除算器１１２へ提供される。除算器１１２は、クロック信号発振器１１０からクロック信号も受信する。除算器１１２は、クロック信号を乱数発生器１１４によって提供された数で除算し、ランダム化されたクロック信号を信号送信器１０４へ出力する。このスペクトラム拡散方法は、一般的に、周波数ホッピングと呼ばれている。
【００１２】
上記のように作動させることにより、ランダム信号生成器１０８は、所望の帯域幅にわたって送信器１０４によって送信される信号を拡散するのに用いられる。当業者には明らかなように、スペクトラム拡散信号は、様々な他の生成方法を用いても生成することができる。例えば、位相変調、周波数変調、及び／又は振幅変調などが例に挙げられる。ここで、変調方式は、同じ方式が繰り返されてもよく、ランダムに用いられてもよい。また、変調方式は、線形特性のものでもよく、離散特性のものでもよい。別の例として、スペクトラム拡散信号は、直接信号発信源に適用されるランダム列を出力するランダム信号生成器を用いて作られる。
【００１３】
図１を更に参照する。装置１００は、追加的に、信号処理器１１６、中央コントローラ１１８、及びユーザ・インターフェース１２０を有する。以下の説明から明らかなように、信号処理器１１６は、所望の状態を測定するのに用いられるため、それらをインターフェース１２０を通じてユーザへ伝達することができる。一例として、ユーザ・インターフェース１２０は、測定データの視覚的提示をユーザ（例えば、医療技術者）へ提供する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）又は発行ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイ（図示せず）と、スペクトラム拡散測定装置１００を制御するのに用いるユーザ入力装置（図示せず）と、を有し得る。図１に示すように、中央コントローラ１１８は、少なくとも乱数発生器１１４及び信号処理器１１６へ接続され、それらのオペレーションを制御する。通常、中央コントローラ１１８は、ユーザがスペクトラム拡散測定装置１００のオペレーションを制御できるように、ユーザ・インターフェース１２０にも接続される。
【００１４】
当業者には明らかなように、スペクトラム拡散測定装置１００は、通常、ソフトウェアとして実施される。装置１００の一部は、コンピュータ・ベースのシステム、プロセッサを含むシステム、或いは、命令実行システム、装置、又はデバイスから命令を取り出し、該命令を実行する他のシステムなどの命令実行システム、装置、又はデバイスによって用いられる又はに接続されたあらゆるコンピュータ可読媒体（図示せず）上に格納され、運搬される。この開示において、「コンピュータ可読媒体」とは、命令実行システム、装置、又はデバイスによって用いられる又はに接続されたプログラムを含み、格納し、伝送し、伝搬し、又は運搬するあらゆる手段と指す。コンピュータ可読媒体とは、例えば、電子、磁気、光学的、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、デバイス、又は伝搬媒体である。コンピュータ可読媒体のより具体的な例は、例えば、１以上のワイヤを有する電気接続、コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、イレーサブル・プログラマブル・リード・オンリ・メモリ（ＥＰＲＯＭ若しくはフラッシュ・メモリ）、光ファイバ、或いは、コンパクト・ディスク・リード・オンリ・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）などである。コンピュータ可読媒体は、プログラムが例えば紙若しくは他の媒体の光学的スキャニングを通じて電子的に取り込まれ、コンパイルされ、解釈され、必要であれば別の適切な方法で処理され、コンピュータ・メモリに格納されるのであれば、紙又はプログラムが印刷される別の適切な媒体であってもよいことに注意。
【００１５】
図２は、所望の状態を測定する第一の方法を示す。特に、図２は、医療患者に関連する状態を測定する方法についての高いレベルの説明を提供する。一例として、該状態は、装置電極の接触インピーダンス、患者の心拍数、患者の呼吸速度、又は患者に適用されたＣＰＲを有し得る。以下の説明から明らかなように、これら測定される状態の種類にかかわらず、およその測定手順は同じである。
【００１６】
スペクトラム拡散信号は、最初に、工程２００において、媒体（ここでは患者の身体）内へ導かれる。上述のように、入力信号は、既知の大きさの電流信号又は電圧信号を有し得る。一構成例において、この信号は、ランダム信号生成器１０８を用いて、所望の周波数帯域幅にわたってランダムに拡散処理される。別の方法として、上述の代替的信号生成器の１以上が信号エネルギを所望の周波数帯域幅にわたって拡散処理するのに用いられる。スペクトラム拡散信号を形成するのに用いる方法にかかわらず、通常の送信帯域は、状態の周波数帯域より高く、より広い周波数である。例えば、インピーダンス測定帯域は、対象とする測定パラメータに応じて、約１〜２ＫＨｚ又は約３０〜６０ＫＨｚの範囲となるかもしれない。当業者には明らかなように、このように入力信号を広いスペクトラム周波数にわたって拡散処理すると、該帯域内のあらゆる信号周波数にわたって平均送信電力が大幅に下がり、装置１００によって生成される電気的干渉が小さくなる。
【００１７】
スペクトラム拡散信号が体内へ送信されると、工程２０２において、信号検出器１０６を用いて、対応するパラメータが検出される。例えば、入力信号が電流信号を有する場合、ユーザ・インターフェース１０２において検知される電圧が測定される。上述のように、信号検出器１０６は、検出されたパラメータが送信されたパラメータを相互相関を有するように、ランダム信号生成器１０８と電気的に接続される。ノイズと直面し得る単一の周波数の代わりに複数の異なる周波数において検出が行われるため、このように周波数帯域にわたって検出することによって本システム上でのノイズの影響が低減する。
【００１８】
信号検出器１０６を用いて特定のパラメータ（例えば、電圧）が一旦検出されると、工程２０４において、測定パラメータ信号が生成される。例えば、入力信号が電流信号又は電圧信号を有し、検出されたパラメータが電圧又は電流を有する場合、測定パラメータは、インピーダンス信号を有し得る。次いで、工程２０６において、測定パラメータ信号（例えば、インピーダンス信号）を分析することによって、所望の状態を測定できる。例えば、測定パラメータ信号がインピーダンス信号の場合、該信号の一定部分用いて、患者の胸部に接続された装置電極の接触インピーダンスを判断することができる。加えて、該信号の周期的変調を分析することによって、ＣＰＲの働き、心拍数、及び／又は呼吸速度などの患者の状態を判断することができる。例えば、毎分約３０〜３００サイクルの範囲の周期を持つ変調は心拍数に関連し、毎分約１０〜３０サイクルの範囲の周期を持つ変調は呼吸速度に関連する。工程２０８において、これら信号変調の周波数及び波形がスペクトラム拡散測定装置１００によって測定され、ユーザへ伝達される。
【００１９】
次に図３を参照して、所望の状態を測定する第二の方法について説明する。特に、図３は、接触インピーダンス、患者の心拍数、及び／又は患者の呼吸速度を測定する方法について詳しい説明を提供する。工程３００において、クロック信号が生成される。上述のように、クロック信号は、クロック信号発生器１１０によって生成され、所望の周波数において「オン」位置から「オフ」位置へ切り替わる方形波を有し得る。一例として、クロック周波数は、約３．８４ＭＨｚに設定することができる。クロック信号で拡散されたスペクトラム拡散入力信号を作るために、工程３０２において、クロック信号は、該信号がオン及びオフを切り替える周波数が所望の周波数帯域内で変わるようにランダム化される。クロック信号は、乱数発生器１１４を用いて所定の範囲内の数をランダムに生成し、この数を除算器１１２へフィードすることによってランダム化することができる。例えば、３０〜６０ｋＨｚの周波数帯域内の入力信号を生成したい場合、３．８４ＭＨｚのクロック信号に対して生成される数は約１２８〜６４の範囲となる。これらの数が一旦除算器１１２内へ入力されると、クロック信号発振器１１０からのクロック信号が、除算器１１２内へ入力され、次いで、乱数発生器１１４によって供給された乱数で除算され、ランダム化されたクロック信号を生成する。
【００２０】
ランダム化されたクロック信号が一旦生成されると、このランダム化クロック信号は、工程３０４において、信号送信器１０４内へ入力される。好ましい構成例において、送信器１０４は、工程３０６において、媒体インターフェース１０２を通じて、体内にスペクトラム拡散電流信号を送信する。この段階で、インターフェース１０２における（例えば、患者の胸部にわたる）電圧が、工程３０８において、信号検出器１０６（例えば、電圧検出器）を用いて測定される。体内へ送信された電流信号は選択されたスペクトラムにわたって時間と共に変化するため、検出された信号も同様に時間と共に変化する。しかし、ランダム化クロック信号が信号検出器１０６内へフィードされるため、任意の時点ｔにおける送信された電流に対応する電圧は既知である。よって、いつの時点のインピーダンスでも決定することができる。
【００２１】
電流信号及び電圧信号から、インピーダンス信号すなわち時間の関数としてのインピーダンスが、工程３１０において、生成される。インピーダンス信号は、インターフェース１０２におけるインピーダンスを時間の関数として提供する。この段階において、インピーダンス信号は、工程３１２において、様々な所望の状態を判断するために分析される。本分野では知られているように、このインピーダンス信号の一定部分は、ユーザ・インターフェース１０２における接触インピーダンスを表す。よって、スペクトラム拡散測定装置１００は、除細動器として用いられるのに良好に適し、患者に電気ショックを与える前に除細動器電極と患者との間が適正に接触しているか否かを判断する手段を提供する。この測定に代えて又は加えて、装置１００は、患者の心臓及び／又は呼吸の働き、及び／又はＣＰＲなどの外部から適用された働きを判断するのに用いることができる。上述のように、これらの現象は、インピーダンス信号を既知の周期速度で変調し、心臓によって生成された内部的電気的働きと関連を持ち得る。よって、患者の心棒の鼓動及び／又は患者の呼吸は、例えば信号処理器１１６を用いて、確認することができる。心臓の鼓動及び呼吸が一旦確認されると、それらの周波数の発生を測定することによって、ユーザ・インターフェース１２０を用いてユーザへ伝達し得る患者の心拍数及び／又は呼吸速度の推定値を生成することができる。所望であれば、同様の方法で、時間可変インピーダンス波形もユーザへ伝達できることは明らかである。
【００２２】
電気信号の送信及び検出に加えて、スペクトラム拡散技術は、別の送信／検出スキームとして用いることもできる。例えば、送信された信号が患者の組織及び／又は血流を画像化するのに用いられる超音波波形である場合、スペクトラム拡散信号を用いることによって、該信号上のノイズの影響を減らすことができる。一シナリオ例として、信号送信器１０４及び媒体インターフェース１０２（例えば、超音波振動子）を用いて、スペクトラム拡散超音波信号を患者の胸部内へ送信することができる。次いで、媒体インターフェース１０２及び信号検出器１０６を用いて、この信号からのエコーを検出することができる。信号処理器は、例えば患者の心臓の鼓動などの特定の患者の状態に関連する超音波信号中の変調を検出するように構成することができる。
【００２３】
別の例において、送信信号がパルス・オキシメータにおいて用いられる光信号などの電磁放射信号である場合、スペクトラム拡散信号を用いることによって、同様に、ノイズの影響を減らすことができる。一例として、信号送信器１０４及び媒体インターフェース１０２（例えば、指又はつま先クリップ）を用いて、スペクトラム拡散電磁放射信号を患者の指又はつま先内へ送信することができる。次いで、媒体インターフェース１０２及び信号検出器１０６を用いて、この赤外線光エネルギ信号を検出することができる。再記するが、信号処理器は、例えば患者の血液中の酸素に関連する送信信号中の変調を検出するように構成することができる。したがって、スペクトラム拡散技術は、医療分野内の様々な測定及びモニタリングに用いることができる。
【００２４】
以上の説明及び図面においては、一例として、本発明の特定の実施形態について詳細に開示したが、当業者には明らかなように、以下の請求項に記載された本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、本発明を変更・修正することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るスペクトラム拡散測定装置の一例のブロック図である。
【図２】図１の装置を用いて所望の状態を測定する第一の方法を示すフローチャートである。
【図３】図１の装置を用いて所望の状態を測定する第二の方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004534565.tif 000015
2004534565.tif 000016
2004534565.tif 000017
2004534565.tif 000018
2004534565.tif 000019
2004534565.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004534565.tif 000021
【国際調査報告】
2004534565.tif 000022
2004534565.tif 000023
2004534565.tif 000024