(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の健康状態を監視するための監視システムにして、該監視システムは
ａ．前記患者が着用する指輪にして、該指輪は
i．前記患者の皮膚温度、血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つに基づき信号を提供するための少なくとも一つのセンサと、
ii．前記信号を電波に変換する送信機と、そして
iii．指の運動によるノイズ信号を除去するため前記指輪内に配設された加速度計とを含む前記指輪と、
ｂ．前記指輪から前記電波を受信するための少なくとも一つの受信機と、
ｃ．前記電波を分析し異常な健康状態を決定するコントローラと、を含むことを特徴とする前記監視システム。
【請求項２】
前記コントローラが前記患者の位置を決定する手段をさらに含む請求項１の監視システム。
【請求項３】
前記電波が高周波である請求項１の監視システム。
【請求項４】
前記電波が光波である請求項１の監視システム。
【請求項５】
前記電波が超音波である請求項１の監視システム。
【請求項６】
前記センサが皮膚温度を測定する温度センサである請求項１の監視システム。
【請求項７】
前記センサが前記患者の血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つを測定する光学センサを含む請求項１の監視システム。
【請求項８】
前記光学センサが変調源及び同期検出器を含む請求項７の監視システム。
【請求項９】
前記センサが光学センサ及び光学検出器をさらに含む請求項７の監視システム。
【請求項１０】
前記光学センサがヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンの等吸収点に概ね相当する波長を有する請求項９の監視システム。
【請求項１１】
前記光学センサが発光ダイオードである請求項９の監視システム。
【請求項１２】
前記光学センサが一時的かつ空間的変調を使用する複数の光学源を含む請求項７の監視システム。
【請求項１３】
少なくとも一つのセンサが電気インピーダンスプレチスモグラフである請求項１の監視システム。
【請求項１４】
前記センサが更に、前記指輪とは異なるバンドを備えると共に、
前記患者の皮膚温度、血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つに基づき第２の信号を提供するための該バンド上に配置された少なくとも一つのセンサを含み、
前記コントローラが前記信号と該第２の信号を分析し前記患者の異常な健康状態を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視システム。
【請求項１５】
前記健康状態には動脈血液流、ヘマトクリット(hematocrit)、及び血液酸素飽和から成る群の特性の一つを含む請求項14の監視システム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は患者の健康状態及び位置を監視し医師に異常警報を送る方法及び装置に関する。
背景技術
単独で生活している老齢者の人口については最近の上昇傾向を続けるものと予測される。人々はより長命になり、社会的経済的状況も変化しつつあるので、管理者不在のまま、或いは限られた付き添いだけ受けている単独の老齢者が生活しており、老齢の配偶者も互いに適切な面倒を見合うことも不可能である。このような個人は事故の高い危険にさらされており、これはこれら単独で生活している老齢者にとって主要な関心事であり不安の種となっている。
このような事故又な医療の緊急事態を避け又はこれに対応するため接近監視が重要な解決を与える鍵となっている。或る種の生理学的パラメーターを遠隔地から監視するための技術は周知であるが、面倒になるがちであり、又患者も例えばシャワーを浴びる間もしそれを外すと監視をすることを簡単に忘れてしまう。監視した生理学的パラメーターを送信するための電力を提供する電池又は他のエネルギー源はこれを収容できる空間の大きさによって限定されるが、煩わしくない監視を可能とするためには、これら電池等の有効寿命期間を延ばす対策が必要である。限定された電力源を効率的に使用することにより、小さな電池でも数か月の範囲の妥当な期間の使用に耐えることができる。遠隔監視装置に含まれる多くの構成部品の中で高周波送信機は全電力の４０％を超えて消費するので、高周波送信機の所用電力の節減は電池寿命の延長に大きな寄与をするであろう。したがってこの問題と他の電力に敏感な応用面における対策として電力節減ワイヤレス送信計画が望まれる。
デジタル高周波送信機中最も電力消費が大きい部分は、出力が高いときだけ、すなわち１ビットのときに可なりの量の電力を消費する相補形金属半導体（ＣＭＯＳ）パワートランスミッターを含む発信機回路である。したがって出力が高い全期間を最小限とすることで可なりの量のエネルギーを節約することができる。
発明の概要
本発明の好ましい実施例にしたがって、最小化したセンサ及びワイヤレス送信機を備えた指輪のような服飾品によって患者の健康状態が監視される。この指輪センサは患者が常時指にはめており、これにより一日２４時間康状態が監視される。指輪に組み込んだこのセンサは、皮膚温度を測定するための熱電対、インピーダンスプレチスモグラフ、及び成分濃度と血液流のパルス計数及び測定値用の１個又は２個以上の光学センサを含む。このセンサのデータはワイヤレス通信リンクを介してコンピュータに送信され、患者の状態は遠隔地から連続して分析される。異常な健康状態の如何なる特性も潜在的な事故もこのセンサのデータを分析することによって検知される。生理学的センサも位置センサも警報信号が患者を診ている医師に送られるべきか否か正確に決定をするのに使用される。この監視システムは年配の単独生活者及び単独で生活しているが故に潜在的危険を伴う僅かな損害を被る患者を診るのに特に有用である。
本発明の好ましい実施例にさらにしたがうと、患者の皮膚温度、血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つに基づいて信号を提供する少なくとも一つのセンサと、その信号を電波に転換する送信機を有する、患者が纏う服飾品に基づき患者の健康状態を監視する監視システムが提供される。この電波はモニターとその電波を受信するための少なくとも一つの受信機との間のワイヤレス通信のいかなる形でもよい。さらにこの監視システムは電波を制御し異常健康状態を決定するコントローラを有している。
本発明の代替的な実施例にしたがうと、モニターは皮膚温度を監視する温度センサ及び任意的なセンサとして患者の血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つを測定する任意的なセンサを含むことができる。
本発明の別の面にしたがうとデータをコード化する方法が提供される。この方法は、このデータを使用して数を組み合わせる段階、この数を特定の期間にマッピングする段階、及びこのデータを基準時に続く前記特定の期間に等しい遅延の後放射されるパルスで表わす段階、を含む。かくして本発明の実施例にしたがい、各データを使用して数値を組み合わせ、この数値を特定の期間にマッピングし、さらにこのデータを周期的な基準時に続く、前記特定の期間に等しい遅延の後パルスを送信することにより、複数のデータが通信される。
この送信の段階は周期的な基準時に続く、前記特定の期間に等しい遅延の後電気的又は電磁気的パルスを放射することをも含むことができる。
本発明のさらに別の面にしたがうと、その実施例の一つでは、患者の健康状態を監視する方法が提供される。この方法は患者の血液流、血液成分濃度、及びパルス速度の少なくとも一つに基づき測定値を提供するための少なくとも一つのセンサと、信号を電波に変換する送信機と、を有するモニターを提供する第１段階を有する。この方法はさらに、この測定値を使用して数値を組み合わせる段階、この数値を特定の期間にマッピングする段階、さらにパルスを、周期的な基準時に続く、前記特定の期間に等しい遅延の後に送信する段階、このパルスを受信する段階、及び前記周期的な基準時と受信したパルス電波との間の前記遅延を分析して異常な健康状態を決定する段階を含む。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例による指輪センサの斜視図である。
図２ａは本発明の実施例で使用した等吸収波長を示すヘモグロビンと酸素化処理したヘモグロビンの赤外分光特性を表わしている。
図２ｂは本発明の実施例による動脈直径変動の測定を示す概略図である。
図３は本発明の実施例による運動濾過機構の概略図である。
図４は本発明の実施例による二重指輪センサの斜視図である。
図５は本発明の実施例による受信機位置を示す代表的なホームレイアウトのダイヤグラムである。
図６は本発明の実施例による単項のコード化方法を表わす。
特定の実施例の詳細な説明
本発明の利点とその改良点は添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。図面は本発明の理解を深めるために示すもので、本発明の範囲を限定する意図ではない。
指輪は非侵襲性であり常時身に纏うことができる。シャワーを浴びるときでさえ人々は指輪をはめている。したがって指輪は患者を監視するモニターとワイヤレス送信機を埋めて一日２４時間患者を追跡するには適切な場所である。他の服飾品も指輪について以下に説明する方法で使用することができる。
上述した概念を表わす、ワイヤレス送信機を有する単純な指輪センサが設計された。図１に示すように１個又はそれ以上の光ダイオード２と１個又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）４が向き合って指輪１０中に埋められる。ＬＥＤは可視光線又は赤外線の光を放射するものでよいが、以下に検討する等吸収波長のような１又は２個の特定の波長で光を放射するものが特に選ばれる。患者のパルスはセンサ出力中の周期的変動として検出することができる。この指輪は５本の指の中の１本にはめられる。好ましい実施例では指輪１０は、はめるのに便利であるばかりでなく、パルスをカウントするに適している中指にはめられる。中指の外皮膚は特に側面で薄く、この薄い皮膚の直下を指状の動脈が走っている。適切な限界値では鼓動を検出するセンサはオン・オフ信号のパルス列を発生し、このパルス列は、好ましい実施例では可澆性の印刷回路板として具体化される電子工学モジュール６内に含まれる送信機（図示せず）に送られる。
光学センサを使用すると周囲の光からの干渉が光プローブ信号に影響を与える。患者が動くと指輪の光プローブに入射する周囲の光が変化し矛盾したデータを生じる。周囲の光による干渉を防止する簡単な手法は、全てのＬＥＤを動作させないようにして当該信号を捕捉し、この背景効果を測定した信号から差し引くことである。本発明の実施例によれば光学源は、ＬＥＤが適当であるが、一時的に変調することができ、信号処理の当業者に周知の同期検出技術を使用して検出を達成することができる。
図２ａを参照すると、動脈血液流と圧力は概ね８００ナノメートルにおけるヘモグロビン又は酸素化ヘモグロビンの等吸収点に相当する波長におけるＬＥＤ放射を使用して測定される。ヘモグロビン２００及び酸素化ヘモグロビン２０２の吸収係数は図面に波長λの関数として描写される。等吸収波長においては、光学吸収は酸素化ヘモグロビンの部分には鈍感である。したがって図２ｂに示されるように動脈２１０の集合動脈直径変動△ｘは直接的に測定することができる。動脈直径、流量、及び圧力は直接関連しあうので、動脈直径変動は動脈のパルス圧力中の変化△Ｐに比例し、これによりこのパルスは等吸収におけるＬＥＤ２０６が放射する光により測定され、血圧測定バンドを使用することなく光検出器２０８で検出することができる。
再び図１を参照すると、着用可能な生理学的センサにおけるサンサの読みを妨害する主な原因は患者の運動により信号列に誘導された人工品である。本発明の好ましい代替的実施例によれば身体運動を検出する少なくとも一つ以上の加速度計７、及び信号列中の運動による影響を除去する信号処理の当業者に知れらている適用可能なデジタルろ波技術、を使用することにより運動による影響を減少させるか除去する。加速度計は計測分野の当業者に知れらている微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）加速度計であればどんなものでもよい。図３に略図的に示されているように適用可能な騒音抹消としては、適応可能なフィルター３０、これは好ましい実施例ではデジタルろ波器であるが、このフィルター３０が加算器３２によりセンサ信号から運動信号を除去して運動による影響に基づく妨害を除去する。
再び図１を参照すると、指輪センサの送信機１１が空気中に放射した高周波、光学若しくは赤外線電波、又は超音波のような、電線なしで伝搬する電波を送信する。高周波送信機は例として考えられる。好ましい実施例では高周波送信機１１は高周波制御モデルカーに使用され狭帯域の短幅の小型送信機であり、送信はアンテナコイル１４と１６を介して、それらの直角の分極により、遠いフイールドでは特定の分極に対する感度を考慮することなく検出することができる高周波信号を提供する。当業者には周知の各種の変調計画が送信した信号の情報をコード化するのに使用することができる。これらは例えば振幅、周波数、又はパルスコード変調を含む。電源は電池１２から提供される。
パルス圧力曲線の一時的形状は動脈壁及び他のパラメーターの応諾に依存する。本発明の実施例によれば、指の動脈の粘弾性性質はプレチスモグラフ的(plethysmographic)信号の動的な応答を上述したＭＥＭＳ加速度計によって測定した指の運動に関連付けることによって誘導することができる。この指動脈の動的モデルは血圧力及び血液流を評価するのに使用することができる。
図４を参照すると、本発明の代替的な実施例では、指輪の形状として間隔をおいて配置され、患者の健康状態を監視するた光学センサが使用されている。適当な波長の光ダイオード４２とＬＥＤ４４が指輪の内面に沿って埋められているだけでなく指の縦方向、又は二重バンド構成４０を有する他の本体部分にも配置することができる。信号処理電子装置、送信機、アンテナ、電池、及びＭＥＭＳ加速度計が図１について説明した方法でセンサモジュール４８の中に含まれている。送信され、本体部分の組織を介して反射した光は３次元的に集められ、患者の動脈血圧と血液流、動脈血液容積、ヘマトクリット(hematocrit)と、及び酸素飽和を評価するために集められる。赤血球容積率は患者の血液中の赤血球の容積１００分率である。同様に他の血液濃度も適当な波長の選択により誘導される。
特に、分離したバンド上に縦方向に配置したセンサは、パルス波通過時間は機能的に血圧に関連付けられるので、動脈に沿う２点間のプレスチモグラフ的パルス波の時間差を測定することによりパルス波通過時間を捕捉するのに使用される。
本発明の追加的な実施例によれば、絶対的な血液流は二重バンド指輪センサ４０を使用して電気インピーダンスプレチスモグラム(plethysmogram)（ＥＩＰ）に基づいて測定することができる。二重バンドに取り付けた電極４６は、血液容積変化によって直接媒介される、本体区分におけるインピーダンス変化の測定値を提供することができる。ついで、血液容積の測定値と共に、経過時間に亘るインピーダンス変化を統合することにより血液の流入を直接決定することができる。
本発明の代替的な実施例では、相変調分光器（ＰＭＳ）を人間の組織中の動脈血液のような異成分の光学的性質を検出し、位置決めし、特性化するのに使用する。ＰＭＳでは光源の光強度は正弦的に変調され、検出器により相移動が測定される。得られた相移動は検出した光子の平均通路長と関係付けられ、この光子の平均通路長はついで異成分の光学的性質に依存する。さらに正確な測定値は血圧、血液流、及び酸素飽和並びに非侵襲性の方法では測定することができない他の生理学的性質から得ることができる。ＰＭＳ技術は多重光検出器と共に患者の指への指輪の相対的位置を提供し、指輪の不整合による不確定性を補償することができる。
図５を参照すると、少なくとも一つ以上の受信機５０が患者の家庭５４の中に設置されており、高周波信号を検出してホームコンピュータ５２に提供するようになっている。本発明の好ましい実施例では、パルスはセンサの有る位置におけるよりもむしろホームコンピュータ５２によりカウントされ、ホームコンピュータ５２はプログラムした基準に基づき警報信号を医師に送るかどうかを決定することができる。本発明の代替的な実施例では、予備処理をセンサ自体の位置で達成することができる。パルスの測定に加えて他の生理学的パラメーターが同様にセンサにより監視され、離れた受信機へ転送することができる。皮膚温度、血液流、血液成分濃度、のような生理学的パラメーターを測定するための他のセンサと共に、触知可能で電気的な熱電対の光学センサの使用は当業者に知られており、これらは本発明の範囲内にある。
指輪を着けている人の位置は上記の送信機に関連する周知の高周波位置感知技術を使用することにより予測することができる。ホーム内に多数の受信機５０を設置して使用する目的は二つあり、一つは全ホームをカバーして着用者がホーム内を移動しても送信信号を受信することができ、他の一つは高周波位置感知の既知の方法を使用して指輪着用者の位置を決めることである。
位置決めの正確性は、室内環境における高周波信号伝搬の性質を熟考することにより改良される。一般的に受信した信号の大きさは送信機からの距離に反比例する。或る室内ではしかし信号は壁や縁部における反射や屈折のため複数の伝搬路を介して伝搬し、複雑な非直線の距離−パワー関係の結果となる。しかし家の構造は変わらないし主な家具の位置も長期間変化しない。したがって指輪着用者の位置と家庭内に設置した受信機で受信した信号の大きさとの関係は期間中概ね一定である。送信機と受信機間の関係を補正することにより指輪着用者の位置と受信機読みとの間の非直線マップを確立することができる。これにより指輪着用者の位置の予測を可能にする。
患者のモニターの電力消費を減少させるため本発明の好ましい実施例にしたがって単項データ伝送通信規約を使用することができる。図６を参照すると、この通信規約は電力消費が臨界的である他の場面にも同様に応用することができる。単項伝送通信規約は、どの１ビットも正しく受信機で受信されることを仮定すると、１ビットのパルス幅が最小化されるように送信機と受信機を提供することにより実行するのが好ましい。ソフトウエア層では単項伝送通信規約が使用され、これは同じ量の情報を運搬する一方、１ビットの数を減少させる。
基準ＲＳ−２３２通信規約では８ビット２進データの伝送に含まれる１ビットの平均的な数は４である。これは異なるコード化方法を使用することにより大きく減少することができる。各８ビットサンプルは代わりに減少した数の１ビットを有する独特な（しかしより長い）コードワードにコード化される。この基本的な概念を説明する簡単な例を考えることが望まれる。
簡単のため各生理学的サンプルを、２4＝１６レベル（０から１５へ）を表わす４ビット２進数にコード化したと仮定することができる。各サンプルの単項コード化はしたがって１６ビットから構成され、各コードワードは１ビットだけから構成される。
かくして、さら特に、例えば２進数０１１１（レベル７を表わす）は単項コード化では００００００００１０００００００になる。同様に単項コード化では２進数１１１１（レベル１５を表わす）は１０００００００００００００００である。
数値として割り当てることができる時間６６の機能としてプロットした変数の値６０のようなデータは上述した方法でコード化することができる。図６に描写した割り当て計画、ここではパルス６４が鋸歯波形６２を横切る信号６０によりトリガされるが、が信号の変化の時間率に関する特定のサンプリング条件を課する。他のサンプリング計画も本発明の請求範囲内にある。一般的にｋビット２進数コード化サンプルは、送信と検出の共時相を提供する基準時間後に特別の時間増分で送信された、２ｋビット単項コード化サンプルに変換することができる。
この単項コード化計画を使用する電力消費の減少は以下のように決定される。ｋ＝８に対しては、各２進数コード化サンプルは平均４個の１ビットを有するが、各単項コード化サンプルは正確に１個の１ビットを要求する。この結果ｋ＝８の場合はファクター４の電力減少となる。一般的なｋビット２進数コード化サンプルに対しては単項コード化を使用して電力消費をファクターｋ／２だけ節減できるということを理解するのは容易である。コード化計画は各８ビットサンプルをより長いコードワードに変化させるので、より高いビット速度が同じ速度のデータ伝送を得るために提供される。
ここに開示した方法は本発明が説明してきた臨床と家庭の健康管理応用に加えて多くの応用面が考えられる。一般的に本発明は空調制御、家庭設備、自動車、及び保安に応用可能である。本発明の上述した実施例は単なる例示であり当業者には多くの変性と修正が考えれることは明らかであろう。かかる変性と修正は本願請求範囲に規定した本発明の範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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