(57)【要約】  バイタルサイン監視デバイス１０は、低周波数と、低周波数とは異なる高周波数との両方で共振する無線周波数ＲＦループコイル１２を含む。環状ファラデーシールド１８は、ＲＦループコイルをシールドするように配置される。発振回路２２は、より低い及びより高い発振周波数決定ＲＦループの両方に接続される。読み出し電子回路２４は、低周波数及び高周波数の両方で電圧源により励起されたＲＦループコイルの電気的応答を測定し、上記低周波数での電気応答の少なくとも１つの信号成分を抽出し、上記高周波数での電気応答の少なくとも１つの信号成分を抽出し、上記低周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分と上記高周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分との両方を使用して、バイタルサインデータを生成するよう接続される。
2020519330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイタルサイン監視デバイスであって、
第１の周波数と、前記第１の周波数とは異なりこれよりも高い第２の周波数との両方で共振する無線周波数ＲＦループコイルと、
前記ＲＦループコイルをシールドする環状ファラデーシールドと、
前記ＲＦループコイルに接続され、前記第１の周波数及び前記第２の周波数の両方で発振器を形成する電子発振回路と、
前記ループコイルに接続され、前記第１周波数及び前記第２周波数の両方で電圧源により励起された前記ＲＦループコイルの電気的応答を測定し、
前記第１の周波数での前記発振器の電気応答の少なくとも１つの信号成分を抽出し、
前記第２の周波数での前記発振器の電気応答の少なくとも１つの信号成分を抽出し、
前記第１の周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分と前記第２の周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分との両方を使用して、バイタルサインデータを生成する、読み出し電子回路とを有する、デバイス。
【請求項２】
前記第１の周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分が、前記第１周波数でのループインピーダンス振幅信号成分を含み、前記バイタルサインデータは、前記少なくとも第１周波数での前記インピーダンス振幅信号成分から得られる心拍数を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第２周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分が、前記第２周波数でのループインピーダンス位相シフト信号成分を含み、前記心拍数は、前記第１周波数での振幅信号成分と前記第２の周波数での前記位相シフト信号成分をハイパスフィルタリングすることにより生成された信号との両方から得られる、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記バイタルサインデータが、前記第２の周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分から得られる呼吸数を含む、請求項１乃至３の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分が、前記第２周波数での振幅信号成分を含み、前記呼吸数は、前記少なくとも第２周波数での振幅信号成分から得られる、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２周波数での電気的応答の少なくとも１つの信号成分が、前記第２周波数での位相シフト信号成分を含み、前記呼吸数は、前記第２周波数での前記位相シフト信号成分の少なくともローパスフィルタリングを含む処理により得られる、請求項４又は５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記読み出し電子機器が、前記第１の周波数と前記第２の周波数との両方でインピーダンス分析器により励起される前記ＲＦループコイルのインピーダンスを含む電気的応答を測定するために接続される、請求項１乃至６の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記読み出し電子回路が、前記ＲＦループコイルにおける渦電流誘導磁場と前記ＲＦループコイルにおける渦電流誘導伝導率との少なくとも１つを測定することにより前記電気的応答を測定するようプログラムされる、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
プリント回路基板ＰＣＢを更に有し、前記ＲＦループコイルが、前記ＰＣＢ上に配置されたプリント回路を含む、請求項１乃至８の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記読み出し電子機器が、前記ＰＣＢ上に配置された電気回路及びマイクロチップの少なくとも１つを有し、前記バイタルサイン監視デバイスは、単一平面デバイスである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電流源が、電子発振回路を有する、請求項１乃至１０の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記得られた少なくとも１つのバイタルサインパラメータを表示するディスプレイを更に有する、請求項１乃至１１の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の周波数が、５００ＭＨｚ以下であり、前記第２の周波数は、少なくとも１ギガヘルツである、請求項１乃至１２の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記読み出し電子機器が、前記ＲＦコイルの一部に動作可能に配置されたコンデンサを含み、前記コンデンサは、第１及び第２の周波数のそれぞれで前記ＲＦコイルのインピーダンス値を測定する、請求項１乃至１３の任意の一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ファラデーシールドが、前記無線周波数ＲＦループコイルの一部が露出する少なくとも１つの開口部を含む、請求項１乃至１４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
前記無線周波数ＲＦループコイルが、チューナブルループコイルであり、
前記デバイスは、前記チューナブルループコイルの周りに環状に配置された接地シールドを更に有し、
前記接地シールド及び前記ファラデーシールドが、前記チューナブルループコイルが露出する少なくとも１つの開口部を含み、
前記電子発振回路は、前記第１の周波数及び第２の異なる周波数で周波数決定要素として前記チューナブルコイルで発振し、
前記読み出し電子機器が、少なくとも１つのプロセッサを含み、前記プロセッサは、
前記第１の周波数から第１の振幅信号を生成し、
前記第２の周波数で第２の振幅信号及び位相シフト信号を生成し、
前記位相シフト信号と前記第１の振幅信号とを組み合わせ、前記第１の組み合わせ信号を生成し、
前記位相シフト信号と前記第２の振幅信号とを組み合わせ、第２の組み合わせ信号を生成し、
前記第１及び前記第２の組み合わせ信号の少なくとも１つから少なくとも１つのバイタルサインパラメータを得るようプログラムされる、請求項１乃至１５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのプロセッサが更に、
前記第１の組み合わせ信号から心拍数信号を得て、
前記第２の組み合わせ信号から呼吸数信号及び呼吸深度信号の少なくとも一方を得るようプログラムされる、請求項１６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は一般に、バイタルサイン監視技術、心肺監視技術、磁場監視技術、及び関連技術に関する
【背景技術】
【０００２】
特に生命にかかわる心拍数と、呼吸数及び／又は呼吸深さなどの呼吸パラメータとの控えめな連続バイタルサインモニタリングは、例えば一般病棟の外来患者、病院から自宅に送られる患者、及び在宅治療を受けている患者（例、心不全、高齢者）といった幅広い医療環境で有用である。斯かるバイタルサインを測定するため、長年にわたっていくつかのアプローチが開発されてきた。例えば、呼吸ベルト、３次元（３Ｄ）加速度計、フォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）測定又は心電計（ＥＣＧ）測定など、市場で呼吸数を決定できる呼吸数センサーが複数存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
心拍数及び呼吸数を目立たない方法で測定する１つの方法は、患者の胸部又は動脈における磁気誘導による電気的及び弱い磁気特性の変動を測定することである。これは、患者の肺及び／又は心臓の容積をカバーするプライマリ磁気測定フィールドを使用して行われることができる。測定された磁気及び電気組織の特性は、心周期及び呼吸による胸腔内の流体の動きの影響を受ける。測定された磁気的及び電気的特性のこれらの変動は、呼吸数、呼吸深度、心拍数、及び肺水の存在（即ち肺水腫）を導き出すために使用されることができる。
【０００４】
本願は、これらの問題を克服するための新しい改良されたシステム及び方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
開示された一態様では、バイタルサイン監視デバイスが、第１の周波数と、上記第１の周波数とは異なりこれよりも高い第２の周波数との両方で共振する無線周波数ＲＦループコイルを含む。環状ファラデーシールドが、上記ＲＦループコイルをシールドするよう構成される。電子発振回路が、ＲＦループコイルに接続され、第１周波数と第２周波数との両方で発振条件を満たす。第１の周波数と第２の周波数との両方でコイルを励起するように適合された電圧供給が提供されてもよい。読み出し電子回路は、ＲＦループコイルに接続され、第１の周波数と第２の周波数との両方で発振器の一部としてＲＦループの電気的応答を測定し、上記第１の周波数での上記電気発振器特性の少なくとも１つの信号成分を抽出し、上記第２の周波数での上記電気発振器特性の少なくとも１つの信号成分を抽出し、上記第１の周波数での電気発振器特性の少なくとも１つの信号成分と上記第２の周波数での電気発振器特性の少なくとも１つの信号成分との両方を使用して、バイタルサインデータを生成するよう構成される。電気発振器特性は、ＲＦループの振幅及び位相で表される電気インピーダンスにより決定される。
【０００６】
以下の開示では、第１の周波数及び第２の周波数は、それぞれ低周波数及び高周波数と呼ばれることが多い。低周波数と第１周波数、及び高周波数と第２周波数という用語は、交換可能であると理解されたい。
【０００７】
一実施形態では、上記ファラデーシールドが、上記無線周波数ＲＦループコイルの一部が露出する少なくとも１つの開口部を含むことができる。
【０００８】
一実施形態では、ＲＦループコイルはチューナブルループコイルである。ファラデーシールドは、チューナブルループコイルの周囲に環状に配置される。ファラデーシールドは、チューナブルループコイルの一部が露出する少なくとも１つの開口部を含む。電圧源は、チューナブルコイルに電圧を供給するよう構成される。電圧は、第１の周波数と第２の異なる周波数で供給される。インピーダンス測定回路は、第１及び第２の周波数のそれぞれでチューナブルコイルのインピーダンス値を測定するよう構成される。電気インピーダンス値は、被試験組織により誘導される磁場に関する指標としての振幅及び位相、及び被試験組織における渦電流の伝導による磁気エネルギーの散逸で表される。少なくとも１つのプロセッサが、第１の周波数で第１のインピーダンスの振幅及び位相信号を抽出し、第２の周波数で第２のインピーダンスの振幅及び位相の信号を抽出し、第１の位相信号と第１の大きさ信号とを組み合わせ、第１の組み合わせ信号を生成し、第２の位相信号と第２の大きさ信号とを組み合わせ、第２の組み合わせ信号を生成し、上記第１及び上記第２の組み合わせ信号の少なくとも１つから少なくとも１つのバイタルサインパラメータを得るようプログラムされる。
【０００９】
別の開示された態様では、患者の少なくとも１つのバイタルサインを監視する方法が、電流源を用いて、第１の低周波でチューナブルコイルの内側部分に電流を供給し、第２の高周波でチューナブルコイルの外側部分に電流を供給し、対応する高周波及び低周波電圧信号を生成するステップと、ローパスフィルタを用いて、低周波信号をフィルタリングし、高周波信号成分を除去するステップと、ハイパスフィルタを用いて、高周波信号をフィルタリングし低周波信号成分を除去するステップと、少なくとも１つのプロセッサを用いて、低周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第１の組み合わせ信号を生成するステップと、少なくとも１つのプロセッサを用いて、高周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第２の組み合わせ信号を生成するステップと、少なくとも１つのプロセッサを用いて、第１の組み合わせ信号から心拍数信号及び第２の組み合わせ信号から呼吸数又は呼吸深度信号の少なくとも１つを導出するステップと、ディスプレイを用いて、導出された心拍数信号、呼吸数信号、及び呼吸深度信号の少なくとも１つを表示するステップとを有する。
【００１０】
利点の１つは、心臓及び呼吸活動の両方を測定する単一のバイタルサインモニターを提供することである。
【００１１】
別の利点は、呼吸からの干渉を低減した心臓モニタリングを提供することにある。
【００１２】
別の利点は、心周期からの干渉を低減した呼吸モニタリングを提供することにある。
【００１３】
別の利点は、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）を心臓監視に提供することにある。
【００１４】
別の利点は、ＳＮＲが改善された呼吸モニタリングを提供することである。
【００１５】
別の利点は、患者に置かれるとき、改善されたコンパクトさ、平坦さ、及び／又はより小さいフットプリントで心臓活動、呼吸活動、又はその両方を監視するバイタルサインモニターを提供することにある。
【００１６】
所与の実施形態は、前述の利点の１つ、２つ、それ以上、若しくは全てを提供し得、若しくは何らの利点を提供せず、及び／又は本開示を読み理解するとき当業者に明らかになるであろう他の利点を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】一実施形態によるバイタルサイン監視デバイスのコイルを概略的に示す図である。
【図１Ｂ】別の実施形態によるバイタルサイン監視デバイスを概略的に示す図である。
【図２Ａ】別の実施形態によるバイタルサイン監視デバイスを概略的に示す図である。
【図２Ｂ】別の実施形態によるバイタルサイン監視デバイスを概略的に示す図である。
【図３Ａ】図１Ａ及び／又は図１ＢのデバイスのＲＦループインピーダンスの大きさ対周波数のグラフを示す図である。
【図３Ｂ】図１Ａ及び／又は１ＢのデバイスのＲＦループインピーダンスの位相対周波数のグラフを示す図である。
【図４】図１及び図２のデバイスの信号処理動作をグラフィカルに示す図である。
【図５】図１及び図２のデバイスの平面図を示す図である。
【図６】図１及び２のデバイスの動作に関する動作フローチャートを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、様々な要素及び要素の配列の形式並びに様々なステップ及びステップの配列の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態を説明するためだけにあり、本発明を限定するものとして解釈されるべきものではない。
【００１９】
磁場は人体に深く浸透し、電界よりも測定アーチファクトの影響を受けにくい。従って、支配的な磁場を備えた電磁界は、支配的な電場を備えた電磁界よりも控えめなバイタルサイン及び肺水測定に適している。
【００２０】
しかしながら、バイタルサインの評価を目的として胸部における磁気特性の変動を監視するとき、心臓の磁気特性の変動の寄与を肺の寄与から分離することは困難である。
【００２１】
本書では、人体から取得した信号における形状及び情報は印加周波数に強く依存し、インピーダンス位相変動と比較してインピーダンスの大きさの変動には異なる情報が含まれることが開示される。低メガヘルツ（ＭＨｚ）信号は心拍の影響を強く受けるが、高ＭＨｚとギガヘルツ（ＧＨｚ）信号は呼吸サイクルの影響を強く受ける。更に、インピーダンス位相の変動は好ましくは、心周期に関する情報を含み、インピーダンスの大きさの変動は好ましくは、呼吸周期に関する情報を含む。
【００２２】
本書では、前述の観察に基づき動作する新しい改善されたバイタルサインモニタデバイス及び方法が開示され、これにより、単一の薄型デバイスで、周波数の調整と位相及び／又は振幅変動の分析とにより心臓及び／又は肺に動的に焦点が合わせられることが可能にされる。
【００２３】
本書に開示されるいくつかの実施形態では、バイタルサイン監視デバイスは、周波数調整、単一コイルの使用、並びに位相及び／又は振幅変動の分析により、改善された信号対雑音比（ＳＮＲ）で心臓及び／又は肺の監視を提供する。バイタルサイン監視デバイスは有利には、信号アーチファクトとノイズ源に対して非常に堅牢であり、外部干渉の影響が少ない信頼できるバイタルサイン監視ソリューションを提供する。更に、開示されたバイタルサイン監視デバイスは、高い測定信頼性を維持しながら、低コストの電子機器を使用して製造されることができる。
【００２４】
本書では、単一コイルのデュアル周波数励起、及びファラデーシールドによりシールドされた平面誘導ループを使用するバイタルサイン監視デバイスが開示される。このアプローチでは、コイルは、コイルの共振周波数又はほぼ共振周波数である２つの異なる周波数で同時に通電される。この構成は、誘導磁場を介して人体に深く浸透することを提供する。しかし、接地シールドは電界残留を減衰させる。患者側の同軸ファラデーシールドは、電界を更に減衰させる。概念的には、低い周波数は高い周波数よりも人体に深く浸透する。一方、高周波数での位相シフトは、低周波数での位相シフトと比較して、心拍数及び呼吸の両方により強く影響される。有利には、発振回路を使用して、コイルと組み合わせて、２つの周波数で動作できる電気発振器を備えることは簡単であり、インピーダンスの振幅及び位相の時間の経過に伴う変化に基づき、周波数の変化及び吸収された磁気エネルギーの変化を提供するのは簡単である。
【００２５】
バイタルサイン監視デバイスは、心臓／呼吸器の組み合わせモニタを提供するか、又は心臓のみ（又は呼吸のみ）のモニタを提供してもよい。後者の場合、デュアル周波数は、望ましくない信号（例えば、心臓モニターの場合の呼吸信号）を簡単かつ正確に抑制するのに役立つ。
【００２６】
図１Ａを参照すると、例示的なバイタルサイン監視デバイス（図２参照）での使用に適した無線周波数（ＲＦ）コイル及び接地シールドアセンブリが示される。アセンブリは、患者の心臓活動、患者の呼吸活動、又はその両方を測定するよう構成されることができる。アセンブリは、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）ループコイル１２及び接地シールド１４、より詳細には図１Ａの例示的な実施形態における単一のＲＦループコイル１２を含む。ループコイル１２は、第１の低周波数と、低周波数とは異なるより高周波数の第２の高周波数の両方で共振する。例示的なループコイル１２は、形状が円形であるが、ループコイルは、実質的に任意の幾何形状、例えば、正方形（図１Ａの「挿入図Ａ」を参照）、長方形、六角形などを持つことができる。ループコイル１２はオプションで、共振周波数が調整されることができるという点でチューナブルにすることができる。いくつかの実施形態では、高周波数は、低周波数の第三高調波を含めて＋／−１０％以内である。心臓及び呼吸周期に対する良好な感度を提供することが見出されたいくつかの実施形態では、低周波数は５００ＭＨｚ以下であり、高周波数は少なくとも１ギガヘルツである。
【００２７】
いくつかの実施形態では、より低い周波数は、２５ＭＨｚ若しくは１００ＭＨｚから３５０ＭＨｚ、又は５０ＭＨｚ若しくは１００ＭＨｚから５００ＭＨｚの範囲から選択される。これらの動作範囲は、渦電流の位相シフトが分極電流によりこれらの周波数範囲で発生することから、監視デバイスの追加の感度を提供する場合がある。
【００２８】
２５ＭＨｚから１ＧＨｚ又は２ＧＨｚの周波数範囲では、生体組織内の分極電流（変位電流とも呼ばれる）は伝導電流に匹敵する。言い換えると、分極電流が顕著になる。本発明者らは、分極電流（又は変位電流）の誘導がバイタルサイン測定に有益であることを発見した。
【００２９】
これは次のように理解されることができる。分極電流は、二次磁場の位相を変化させる。これは、誘導ループコイル１２がコンデンサ２８で共振する選択された測定構成に有益である。この構成は、２次場の位相変化に対するデバイスの感度を向上させる。伝導電流（低周波数で支配的）により誘導される磁場は、一次場と比較して９０度位相シフトされ、これは、共振器の散逸における変化をもたらす（数学的には、ループの自己インダクタンスの虚数部として示される）。これらの散逸における変化は測定が困難な場合があるため、多くの場合、ノイズレベルに埋もれる。しかしながら、分極電流（又は２５ＭＨｚから５００ＭＨｚ又は１ＧＨｚの周波数範囲で支配的になり始める変位電流）により誘導される磁場は、一次場と同相であり、共振器の周波数シフトをもたらす。周波数シフトがより正確に測定されることができ、主に伝導電流に依存するセンサーと比較して、バイタルサイン監視デバイスの感度が向上する。
【００３０】
更に、伝導電流と比較した分極電流（又は変位電流）の相対的な強度は、提案された周波数範囲の異なる組織に対して異なる。２５ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲における周波数を選択すると、脂肪を筋肉及び血液から区別できる。１００ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの範囲における周波数は、筋肉を血液と区別することを可能にする。
【００３１】
従って、バイタルサイン測定の実現がループのプローブボリュームにある組織タイプにおける空間的及び時間的変化に敏感になる範囲で２５ＭＨｚ〜５００ＭＨｚとなる。拍動する心臓は、定期的に変化する血液量及び筋肉量として見られることができる。呼吸する肺は、定期的に変化する空気量及び筋肉量として見られることができる。従って、提案された周波数範囲で動作することにより、分極電流（又は変位電流）が顕著になり、これにより信号が強化され、デバイスが組織タイプの空間的及び時間的変動に敏感になることが可能にされる。
【００３２】
本書で開示される周波数範囲の下限は、（２５ＭＨｚの代わりに）５０ＭＨｚになるように有益に選択される場合がある。この周波数限界は、ループコイルの近くで渦電流を発生させる表皮効果により感度を更に向上させ、信号強度を増加させる。更に、表皮効果は同相の渦電流をもたらし、これに関して、説明したバイタルサインモニタリングデバイスは、感度の更なる増加を示す（ループの検出空間内において）。
【００３３】
図１Ａを引き続き参照しながら、図１Ｂを参照すると、ファラデーシールド１８は、ループコイル１２に重なるように配置される。ファラデーシールド１８は、ループコイル１２を、コイル１２の外部からの望ましくない無線周波数干渉（ＲＦＩ）からシールドする。図１Ｂの側面図に見られるように、ＲＦコイルシールドアセンブリは、薄型、つまり実質的に平らであり、患者側Ｓｐと背中側ＳＢを持つ。患者側Ｓｐは、患者の胸部又は他のプローブされた身体部分に面し、一方、背面側ＳＢは、患者の胸から離れる面を向く。従って、ループコイル１２は患者の胸部に面して近接し、一方接地シールド１４は患者から遠位に位置し、これによりループコイル１２を外部ＲＦＩからシールドするように配置される。ファラデーシールド１８はループコイル１２と重なる。例示的な例では、ファラデーシールド１８は環状であり、円形ループコイル１２を取り囲んでいる。接地シールド１４及びファラデーシールド１８は、シールド１４又は１８における渦電流を抑制するための少なくとも１つの開口部２０を含む。
【００３４】
図２Ａを参照すると、変形ＲＦコイル／ファラデーシールドアセンブリは、丸いフラットコイル１２及びファラデーシールド１８を含む。発振回路２２は、ループコイル１２に接続される。発振回路２２は、２つ以上の周波数（即ち、低周波数及び高周波数の両方）でループコイルと発振するよう構成される。
【００３５】
バイタルサイン監視デバイス１０は、ＲＦコイル１２と接地シールド１４（又はファラデーシールド１８）を含み、伝送線２５によりループコイル１２と接地シールド１４又はファラデーシールド１８とに接続された読み出し電子回路２４も含む。読み出し電子回路２４は、低周波数及び高周波数の両方で発振回路２２により励起されるループコイル１２の電気的応答を測定するようプログラムされる。いくつかの例では、読み出し電子回路２４は、ループコイル１２への相互インダクタンスにより被試験体内の渦電流誘導磁場の振幅及び位相を別々に測定し、第１及び第２の周波数のそれぞれにおけるコイルの本体において渦電流経路長及び電気伝導度を抽出するようプログラムされる。周波数は、測定された渦電流誘導磁場及び／又は導電率に基づき調整されることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、読み出し電子回路２４は、ループコイル１２の一部に動作可能に配置されたコンデンサ２８を含み、ループに結合されたコンデンサ２８は共に共振回路を形成する。電子発振回路２２は、より低い周波数のインピーダンス信号及びより高い周波数のインピーダンス信号を出力し、これらは以下に説明されるように読み出し電子回路２４により処理される。
【００３７】
本書に開示されるように、心臓及び／又は呼吸信号は、周波数フィルタリングにより効果的に分離される。従って、読み出し電子回路２４は、インピーダンス振幅変動３１及び位相変動３６が得られる低周波信号を通過させる低周波帯域通過フィルタ３０を含む。同様に、以下により詳細に説明されるように、高周波帯域通過フィルタ３２は、ループインピーダンスの大きさの変動３３及び位相の変動３８が得られる高周波信号を通過させる。本書で更に開示されるように、ループインピーダンス変動の位相変動の分析は、心臓信号及び／又は呼吸信号を分離するための追加又は代替情報を提供する。
【００３８】
図２Ａは、一般的な実施形態を示すが、特定の実現では、周波数フィルタリングされたＲＦループインピーダンスの大きさ及び／又は位相信号３１、３３、３６、３８の１つ又は複数の生成を省略することが考えられる。例示として、図４を参照して本書で後述される実施形態は、バイタルサインデータを生成する際に低周波位相シフト信号３６を利用せず、及び従って、この信号３６は、図４の実施形態ではオプションで生成されなくてもよい。導出された周波数フィルタリングされた振幅及び／又は位相信号３１、３３、３６、３８は、アナログ又はデジタル回路４０により更に処理され、ディスプレイ４２に示されるバイタルサイン信号が生成される。
【００３９】
電子機器２４、４０は、アナログコンポーネント、典型的なコンピュータ及び／又は信号処理電子コンポーネントを含み得る。一般に、さまざまな電子信号処理コンポーネント２２、３０、３２、４０は、アナログフィルタ、オペアンプ（ｏｐ−ａｍｐ）回路などのアナログ電子機器として、及び／又はリターンロス又はコイル１２から出力される他の信号のＡ／Ｄコンバーターを使用したアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換後のデジタル信号処理（ＤＳＰ）コンポーネント（例：専用のＤＳＰチップ、患者モニタのマイクロプロセッサにより実行されるコンピュータ処理など）として実現されることができる。
【００４０】
一般に、バイタルサイン監視デバイス１０は、バイタルサインが監視される患者の胸部に配置されることができる。ループコイル１２は、発振回路２２の一部であり、心臓及び肺の周期によりもたらされる磁気インピーダンス変調への最適な感度のため、（低い）共振周波数（例えば、コイル１２の内側部分で３５０ＭＨｚ）及び（高い）共振周波数（例えば、コイルの外側部分で１４００ＭＨｚ）で発振する。
【００４１】
図２Ａのアプローチは、発振器２２を使用する。この出力は、様々なインピーダンスの振幅及び位相変動３１、３３、３６、３８（又は、いくつかの実施形態では、これらのサブセット）を生成するため、電子機器２４により分析される。これは、低コストで低電力のハードウェアを提供する。
【００４２】
図２Ｂを参照すると、いくつかの他の企図される実施形態では、代替の読み出し電子機器が使用される。非限定的な例示として、図２Ｂの実施形態では、インピーダンス測定回路又は分析器２３は、図２Ａの発振器２２なしで共振回路に直接結合され、第１及び第２の周波数のそれぞれでコイルループ１２のインピーダンス値を測定するよう構成される。発振器２２を使用する図２Ａのアプローチと比較して、図２Ｂのアプローチは、より高価でエネルギー効率が低いと予想される。
【００４３】
図３Ａ及び図３Ｂは、コイル共鳴で、又はコイル共鳴に近接して最大感度が得られることを示す。胸部における磁気インピーダンスの変動は、心拍及び呼吸に起因する流体及び空気シフトによりもたらされ、コイル１２のインピーダンスに影響を及ぼし、これにより発振器周波数及び発振器回路の負のインピーダンスに影響を与える。ファラデーシールド１８は、デバイス１０の外部からの干渉を防ぎ、開口部２０は、シールドにおける渦電流を防ぐ。
【００４４】
図４に示される１つの例示的な信号処理手法では、アナログ及び／又はＤＳＰ回路４０は、低周波振幅信号３１、高周波振幅信号３３、及び高周波位相シフト信号３８を処理することにより、心臓及び呼吸バイタルサインの両方を生成する。より具体的には、この例示的な実施形態では、心臓信号４４は、低周波数振幅信号３１と高周波数位相変動信号３８とを組み合わせることにより生成される。一方、呼吸信号４６は、高周波振幅信号３３と高周波位相シフト信号３８とを組み合わせることにより生成される。少なくとも１つのバイタルサインパラメータは、心臓信号４４及び呼吸信号４６から導出される。例えば、心拍数信号は、原則的な周期性として心臓信号４４から得られることができる。これは例えば、フーリエ変換により抽出され、平均のピークツーピーク時間間隔を決定することなどから得られる。同様に、呼吸数信号は、呼吸信号４６の基本周波数として得られることができる。呼吸深度信号は、例えば呼吸信号４６の振幅、又はピークから谷までのメトリックとして、呼吸信号４６から得られることもできる。次に、心拍数信号、呼吸信号、及び／又は呼吸深度信号は、表示のためプロセッサ４０によりディスプレイ４２に送信されるか、又はコンピュータシステム（例えば、電話、時計、又はＰＣ）に送信され、ユーザーに伝達される。
【００４５】
実際に構築されたいくつかの実施形態では、コイルは３５０ＭＨｚ及び１１００ＭＨｚの２つの共振周波数で同時に作動される。周波数が約１：３に関連する他の周波数ペアも、設計が容易な共振コイルとして考えられる。正確な３次高調波と１０％以下異なる近似３次高調波は、駆動回路及び共振コイル１２の設計を簡素化するのに有利であると予想される。ファラデーシールド１８は、電磁場の磁場部分が共振コイル１２の挙動を支配することを確実にする。２つの周波数は、２５ＭＨｚ〜１ＧＨｚ又は２ＧＨｚの範囲から選択されることができる。２５ＭＨｚ（又は５０ＭＨｚ）から約１００ＭＨｚ、好ましくは約８０〜９０ＭＨｚの第１の周波数を選択し、１００ＭＨｚ以上から５００ＭＨｚ（又は１ＧＨｚまで）から第２の周波数を選択することにより、改善されたデバイス１０の感度は実現されることができる。
【００４６】
図４の例示的な例は、心臓信号及び呼吸信号の両方を出力するが、他の実施形態では、バイタルサイン監視デバイスは、心臓データのみ、又は呼吸データのみを出力するよう構築されてもよい。本書に開示されるデュアル周波数アプローチは、これらの実施形態において依然として有益である。なぜならそれは、「他の」信号の抑制、即ち呼吸が測定される場合の心拍の抑制を可能にするか、又は逆に、心拍が測定される場合の呼吸の抑制を可能にするからである。
【００４７】
ここで図５を参照すると、デバイス１０の例示的な物理的構造の実施形態が概略的に示される。図５に示されるように、バイタルサイン監視デバイス１０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）５０を更に含む。コイル１２は、ＰＣＢ５０上に配置されたプリント回路５２を含む。読み出し電子回路２４は、ＰＣＢ５０上に配置された電気回路５４及びマイクロチップ５６の少なくとも一方を含む。実際に構築された実施形態では、小さなプリント回路基板（ＰＣＢ）を使用することにより、薄型（即ち、実質的に平坦な）バイタルサイン監視デバイスが構築された。ＰＣＢでは、コイル１２がＰＣＢの内層で印刷され、ＰＣＢの底部及び上部層は、接地ファラデーシールド１８として機能し、ＰＣＢトレースでＰＣＢにはんだ付けされる発振器回路などのコンポーネントが、相互接続に役立つ。
【００４８】
この例では、デバイス１０は単一平面デバイスである。この実施形態では、デバイス１０の出力は、患者モニタ、スマートフォン、又は表示及び／若しくはバイタルサインデータ記憶のために他の別個のデバイス（図示省略）へと例えば無線送信（この場合、電子機器２４はブルートゥース又は他の無線送信機を含む）又は有線接続（例えば、ＰＣＢ４０へのはんだ付け接続を備えたマイクロＵＳＢポート）を介して送信されると想定される。追加的又は代替的に、例えばＰＣＢ４０に取り付けられたＬＣＤ読み出しディスプレイといったオンボードディスプレイ（図示省略）を含むことが考えられる。デバイス１０は、図５に示されるように、非常に平らで、低コストで構築されることができ、スクリーニング及びトリアージのためのハンドヘルドシステム、又は（胎児）バイタルサイン及び／若しくは肺の状態の長期監視用の（使い捨て）ウェアラブルデバイス若しくはパッチに埋め込まれることができる。デバイス１０が例えばパッチに埋め込まれるとき、デバイスは、心臓の高感度（低周波振幅変調及び高周波位相シフト変調の組み合わせ）、肺の高感度（高周波振幅及び位相シフト変調の組み合わせ）、又はその両方の組み合わせへと調整されることができる。
【００４９】
図６を参照すると、デバイス１０の動作が、方法１００として概略的にフローチャート化される。ステップ１０２において、電圧源２２は、対応する低周波数及び高周波数でコイル１２の内側部分及び外側部分に電圧を供給し、高周波信号及び低周波信号を生成する。ステップ１０４で、低域通過フィルタ３０及び高域通過フィルタ３２は、対応する高周波数信号及び低周波数信号をフィルタリングする。ステップ１０６で、プロセッサ４０は、低周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第１の組み合わせ信号を生成する。ステップ１０８で、プロセッサ４０は、高周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第２の組み合わせ信号を生成する。ステップ１１０で、プロセッサ４０は、第１の組み合わせ信号から心拍数信号を導出し、及び／又は第２の組み合わせ信号から呼吸数若しくは深さ信号を導出する。ステップ１１２で、心拍数信号、呼吸数信号、及び／又は呼吸深度信号がディスプレイ４２に表示される。
【００５０】
いくつかの非限定的な例示的臨床用途として、デバイス１０は、病院における患者、病院から自宅への患者、在宅の患者の心臓（例えば、術後、心不全、高血圧、高齢者）及び呼吸器（例えば、ＣＯＰＤ、喘息、肺炎）の外来モニタリングに有用である。デバイス１０は、電界又は超音波ではなく低レベルの磁場を利用して、目立たない胎児の監視又は検査にも潜在的に有用である可能性がある。
【００５１】
本発明が、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。上記の詳細な説明を読み及び理解すると、第三者は、修正及び変更を思いつくことができる。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等の範囲に入る限りにおいて、斯かる修正及び変更の全てを含むものとして解釈されることが意図される。
【００５２】
実施形態の１つでは、プロセッサ３８は、第１の組み合わせ信号から心拍数信号を導出し、第２の組み合わせ信号から呼吸数信号及び呼吸深度信号の少なくとも１つを導出するよう更にプログラムされる。
【００５３】
実施形態のいくつかによるデバイス１０は、チューナブルコイルの一部に動作可能に配置されたコンデンサ２８を含むことができ、コンデンサは、第１及び第２の周波数のそれぞれでチューナブルコイルのインピーダンス値を測定するよう構成される。それは更に、第１の振幅信号から第２の周波数をフィルタリングするよう構成されたローパスフィルタ３０と、第２の振幅信号及び位相シフト信号から第１の周波数をフィルタリングするよう構成されたハイパスフィルタ３２とを有する。
【００５４】
更に別の実施形態では、患者の少なくとも１つのバイタルサインを監視する方法１００が提示され、この方法は、周波数決定チューナブルコイル１２と、接地シールド１４及びファラデーシールド１８の少なくとも一方とを備えた発振器２２を用いて、コンデンサ２８による第１の低周波数とギャップ２０の外側部分による第２の高周波数を決定し、対応する高周波及び低周波信号を生成するステップと、ローパスフィルタ３０を用いて、低周波信号をフィルタリングし、高周波信号成分を除去するステップと、ハイパスフィルタ３２を用いて、高周波信号をフィルタリングし、低周波信号成分を除去するステップと、少なくとも１つのプロセッサ４０を用いて、低周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第１の組み合わせ信号を生成するステップと、少なくとも１つのプロセッサ４０を用いて、高周波信号の振幅部分と高周波信号の位相部分とを組み合わせ、第２の組み合わせ信号を生成するステップと、少なくとも１つのプロセッサ４０を用いて、第１の組み合わせ信号から心拍数信号及び第２の組み合わせ信号から呼吸数又は呼吸深度信号の少なくとも１つを導出するステップとを有する。
【００５５】
方法１００は、ディスプレイ４２を用いて、導出された心拍数信号、呼吸数信号、及び呼吸深度信号の少なくとも１つを表示するステップを更に含むことができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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