JP2011104350A - 生理学的特性および運動パフォーマンスをモニタリングするための非侵襲的方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】該システムは、身体活動に従事する被験者の生理学的パラメータをモニタリングするためのフィットネスモニタリングシステムを含み、本発明の1つの実施形態によれば、以下を含む:(1)被験者の胴体の少なくとも一部を覆うように適合されたモニタリング用衣類;および(2)第1磁力計および第2磁力計を含む磁力計サブシステムであって、該第1および第2磁力計は、その間の距離の変化に反応し、該磁力計サブシステムは、第1および第2磁力計の間の距離の変化を示すシグナルを生成および送信するように構成され、該第1および第2磁力計は該モニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、第1および第2磁力計は被験者の胸部に近接する、磁力計サブシステム。
【選択図】図1
Description
本非仮出願は、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,574、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,575、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,586、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,587、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,633、2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,634、および2009年9月1日に出願した米国仮出願番号61/275,635に対して優先権を主張する。これら出願は、各々、その全体を引用することにより本明細書の一部をなす。
本発明は、概して、被験者の生理学的特性および運動パフォーマンス特性をモニタリングするための方法およびシステムに関する。より具体的には、本発明は、複数の生理学的特性および運動パフォーマンス特性を決定し、呼吸活性および関連事象、更には空間パラメータをリアルタイムに特徴づけるための改善された方法およびシステムに関する。本発明の方法およびシステムは、多様な分野、例えば、ヘルスケア、医療における診断およびモニタリング、並びに運動におけるモニタリングおよび指導に適用することができる。
被験者の医療診断および治療においては、1つまたはそれ以上の生理学的特性、特に、呼吸特性を評価することがしばしば必要になる。重要な呼吸特性は、呼吸する空気の量(または一回換気量)である。呼吸する空気の量およびその他の呼吸特性はまた、例えば、生理学的状態および/またはパフォーマンス特性における変化の検出の助けとなることで、運動パフォーマンスを評価する際も有用である。
VT = αRC + βAb 等式1
ここで、RCおよびAbはそれぞれ、胸郭および腹部の直線変位を示し、αおよびβは、容積−動き係数を示す。
VT = α(ΔRC) + β(Δab) + γ(ΔXi) 等式2
ここで、
ΔRCは胸郭の直線変位を示し、
ΔAbは腹部の直線変位を示し、
ΔXiは胸壁の軸方向変位を示し、
αは胸郭の容積−動き係数を示し、
βは腹部の容積−動き係数を示し、そして
γは胸壁の容積−動き係数を示す。
VT = α(ΔRC) + βu+ εXi0 x (ΔAb) + γ(ΔXi) 等式3
ここで、
ΔRCは胸郭の直線変位を示し、
ΔAbは腹部の直線変位を示し、
ΔXiは直立位置からの剣状骨とへその間の距離の変化を示し、
αは胸郭の容積−動き係数を示し、
βは腹部の容積−動き係数を示し、
βuは直立位置での腹部の容積−動き係数(β)の値を示し、
εは剣状骨とへその間の距離Xiの関数としての、βの関係の直線傾斜を示し、
(βu + εXi)は、補正された腹部の容積−動き係数を示し、そして
γは剣状骨−へその容積−動き係数を示す。
本発明は、運動パフォーマンスのモニタリングおよび医学的評価の分野において特に有用である、被験者の呼吸特性の改善されたモニタリングのための装置および方法を提供する。上記の目的、および以下に述べ、明らかになるであろう目的に従い、本発明の一つの実施形態に従って、身体活動に従事する被験者の生理学的パラメータをモニタリングするためのフィットネスモニタリングシステムは、(1)被験者の胴体の少なくとも一部を覆うように適合されたモニタリング用衣類、および(2)第1磁力計および第2磁力計を含む磁力計サブシステムを含み、該第1および第2磁力計は、その間の距離の変化に反応し、該磁力計サブシステムは、該第1および第2磁力計の間の距離の変化を示すシグナルを生成および送信するように構成され、該第1および第2磁力計は該モニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、第1および第2磁力計は被験者の胸部に近接する。フィットネスモニタリングシステムはまた、磁力計サブシステムと接続し、シグナルを受信するように構成されたプロセッササブシステムを含んでもよく、該プロセッササブシステムは、磁力計サブシステムを制御し、シグナルを処理するようにプログラムおよび適合され、該プロセッササブシステムは、該シグナルから呼吸特性を決定するための経験的関係を含み、該プロセッササブシステムは、該呼吸特性を示す呼吸特性シグナルを生成および送信するように適合される。
本発明の詳細な説明の前に、本発明は、特別に例示された方法、装置、システムまたは回路に限定されず、これらはもちろん異なってもよいことが理解されるべきである。従って、本明細書に記載されたものに類似の、または相当する多数の方法およびシステムが、本発明の実施において使用可能であるが、好ましい方法、装置およびシステムが本明細書に記載されている。
本明細書において使用される用語「呼吸パラメータ」および「呼吸特性」は、呼吸器系およびその機能に関連した特性を意味する、および含む。それらには、呼吸頻度(fB)、一回換気量(VT)、吸気量(VI)、呼気量(VE)、分時換気(VE)、吸気時間、呼気時間、および流速(すなわち胸壁の容積の変化する速度)等が含まれるが、これらに限定されない。用語「呼吸パラメータ」および「呼吸特性」はさらに、胸壁の区画における同期運動または非同期運動由来の換気力学に関する推測を意味する、および含む。
本発明の一つの実施形態によれば、データ収集サブシステム20は、制御データ処理サブシステム40、および、いくつかの実施形態においてはデータモニタリングサブシステム60と連携して、少なくとも1つの呼吸特性、より好ましくは複数の呼吸特性を決定するために採用できる解剖学的パラメータを収集するための手段を含む。解剖学的パラメータは、胸郭および腹部の前後径の変化(または変位)並びに胸壁の軸方向変位を含む。上述のパラメータを収集するための手段は、例えばセンサである。センサは、対の電磁石コイルまたは磁力計を含み得る。
本発明によれば、制御データ処理サブシステム40は、本発明の方法を実施するためのプログラム、指示および関連したアルゴリズムを含み得、それらには、データ収集サブシステム20、ひいては、対の電磁石コイル(例えばコイル22a、22b、24a、24b、32a、32b、34a、34b)およびその機能;コイル送信の送信と受信(例えば送信T32、T22、T34およびT24);データ送信サブシステム50;およびデータモニタリングサブシステム60を制御するための制御アルゴリズムおよび関連するパラメータが含まれる。以下に詳細を説明する。
本発明の実施形態によれば、データモニタリングサブシステム60は、コイル送信またはシグナル(例えば送信T32、T22、T34およびT24)を受信し、そしていくつかの実施形態においては、選択的にモニターするように、そしてそれに関連するパラメータ(例えば選択的軸に沿った変位)、および/または胸壁パラメータ(例えばCWP1)、および/または呼吸特性(例えばVT)または事象を表示するように設計および適合される。
本発明によれば、制御シグナルをデータ収集サブシステム20、ひいては対のコイルに送信し、コイル送信(またはシグナル)を対のコイルから制御データ処理サブシステム40へ送信するために、種々の通信リンクおよびプロトコルを採用できる。コイル送信(またはシグナル)および関連パラメータ、生理学的特性、空間的パラメータ、並びに被験者の情報を含むデータおよび情報を、本発明の制御データ処理サブシステム40からデータモニタリングサブシステム60へ送信するために、種々の通信リンクおよびプロトコルを同様に採用することができる。
Claims (56)
- 身体活動に従事する被験者のパラメータをモニタリングするためのフィットネスモニタリングシステムであって:
被験者の胴体の少なくとも一部を覆うように適合されたモニタリング用衣類と;
第1センサおよび第2センサを含むセンササブシステムであって、該第1および第2センサは、その間の距離の変化に反応し、該センササブシステムは、該第1および第2センサの間の距離を示す距離シグナルを生成および送信するように構成され、該第1および第2センサは該衣類に組み込まれ、被験者が該衣類を着用したときに、第1および第2センサは被験者の胸部に近接する、センササブシステムと;
該センササブシステムと接続し、距離シグナルを受信するように構成されたプロセッササブシステムであって、該プロセッササブシステムは、センササブシステムを制御し、距離シグナルを処理するようにプログラムおよび適合され、該プロセッササブシステムは、該距離シグナルから呼吸パラメータを決定するための経験的関係を含み、該プロセッササブシステムは、該呼吸パラメータを示す呼吸パラメータシグナルを生成および送信するように適合される、プロセッササブシステムと、
を含む、フィットネスモニタリングシステム。 - 前記呼吸パラメータシグナルを受信するようにプログラムおよび適合されたデータモニタリングサブシステムを更に含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該データモニタリングサブシステムは、該呼吸パラメータシグナルが示す呼吸パラメータを認識および表示するようにプログラムおよび適合される、フィットネスモニタリングシステム。
- 前記センササブシステムから前記プロセッササブシステムへの距離シグナルの送信、および該プロセッササブシステムから前記データモニタリングサブシステムへの呼吸パラメータシグナルの送信を制御するように適合された送信サブシステムを更に含む、請求項2に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記送信サブシステムが通信ネットワークを含む、請求項3に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記通信ネットワークが無線ネットワークを含む、請求項4に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記通信ネットワークが有線ネットワークを含む、請求項4に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該システムは、被験者に関連する生理学的パラメータを検出するように適合された生理学的モニタリング装置を含み、該生理学的モニタリング装置は、検出された生理学的パラメータを示す生理学的パラメータシグナルを生成および送信するように更に適合された、フィットネスモニタリングシステム。
- 前記生理学的モニタリング装置が前記モニタリング用衣類に組み込まれる、請求項7に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが前記モニタリング用衣類に組み込まれる、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記送信サブシステムが前記衣類に保持される、請求項4に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記衣類がシャツを含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記衣類がベストを含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者の動きをモニタリングするための装置を更に含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 慣性センサを更に含む、請求項13に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- GPS受信機を更に含む、請求項13に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記衣類を着用したときに、前記第1センサは、被験者の胸骨の第4肋間の高さの上に配置され、前記第2センサは、脊椎の同じ高さの上に配置される、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センササブシステムが少なくとも3つのセンサを含み、該少なくとも3つのセンサが複数対のセンサを形成する、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センササブシステムが、第3センサおよび第4センサを更に含み、該第3および第4センサが、その間の距離の変化に反応し、該センササブシステムが、該第3および第4センサの間の距離の変化を示すシグナルを生成および送信するように構成された、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記第3および第4センサが前記モニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、該第3および第4センサが、被験者の腹部の領域に配置される、請求項18に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記衣類を着用したときに、前記第3センサが被験者の腹部のへその高さの上に配置される、請求項19に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記モニタリング用衣類を着用したときに、前記第4センサが、被験者の脊椎のへその高さの上に配置される、請求項20に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センサが磁力計を含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センサが電磁石コイルを含む、請求項22に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センサがホール効果センサを含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記センサが電子コンパスセンサを含む、請求項1に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 身体活動に従事する被験者のパラメータをモニタリングするためのフィットネスモニタリングシステムであって:
被験者の胴体の少なくとも一部を覆うように適合された着用可能なモニタリング用衣類と;
第1磁力計および第2磁力計を含む磁力計サブシステムであって、該第1および第2磁力計は、その間の距離の変化に反応し、該磁力計サブシステムは、該第1および第2磁力計の間の距離を示す磁力計シグナルを生成および送信するように構成され、該第1および第2磁力計は該モニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、第1および第2磁力計は被験者の胸部に近接して配置される、磁力計サブシステムと;
該磁力計サブシステムと接続し、少なくとも該磁力計サブシステムを制御するようにプログラムおよび適合されたプロセッササブシステムであって、該プロセッササブシステムは、該磁力計シグナル、空間パラメータシグナルおよび生理学的パラメータシグナルを受信および処理するように更に適合され、該プロセッササブシステムは、該磁力計シグナルから呼吸パラメータを決定するための経験的関係を含み、該呼吸パラメータを示す呼吸パラメータシグナルを生成および送信するように更にプログラムおよび適合される、プロセッササブシステムと;
該呼吸パラメータシグナルを受信するようにプログラムおよび適合されたデータモニタリングサブシステムであって、該呼吸パラメータシグナルに関連する呼吸パラメータを認識および表示するようにプログラムされた、データモニタリングサブシステムと、
を含む、フィットネスモニタリングシステム。 - 被験者の向きおよび動きを検出するように適合された空間パラメータセンサを更に含む、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該空間パラメータセンサは、検出された被験者の動きを示す空間パラメータシグナルを生成および送信するように更に適合され、前記プロセッササブシステムが、該空間パラメータシグナルを受信および処理するように適合される、フィットネスモニタリングシステム。
- 被験者に関連する生理学的パラメータを検出するように適合された生理学的センサを更に含む、請求項27に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該生理学的センサは、検出された生理学的パラメータを示す生理学的パラメータシグナルを生成および送信するように更に適合され、前記プロセッササブシステムが、該生理学的パラメータシグナルを受信および処理するように適合される、フィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、磁力計シグナルに基づいて被験者の胸壁の動きを決定するように更にプログラムおよび適合された、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、胸壁の動きに基づいて被験者の呼吸活性を決定するように更にプログラムおよび適合された、請求項29に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記空間パラメータセンサが、検出された被験者の向きを示す空間パラメータシグナルを生成および送信するように適合された、請求項27に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、磁力計シグナルから被験者の胸壁の三次元モデルを生成するように更にプログラムおよび適合された、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、記憶された有害な生理学的パラメータを含み、該プロセッササブシステムが、検出された生理学的パラメータを該記憶された有害な生理学的パラメータと比較し、もし該検出された生理学的パラメータが記憶された有害な生理学的パラメータの一つである場合に、警報シグナルを生成および送信するように更にプログラムおよび適合された、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、警報シグナルに関連する有害な生理学的パラメータを示す有害な生理学的パラメータシグナルを生成および送信するように更にプログラムおよび適合される、請求項33に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが胸壁パラメータを含み、該胸壁パラメータが、それに関連する空間パラメータを有し、該胸壁パラメータが、呼吸パラメータおよび解剖学的パラメータを示す、請求項27に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが、磁力計シグナルおよび空間パラメータシグナルと胸壁パラメータとを比較し、該磁力計シグナルおよび空間パラメータシグナルに基づいて胸壁パラメータの1つを選択し、そしてその選択された胸壁パラメータを示す第1胸壁パラメータシグナルを生成および送信するように更にプログラムおよび適合された、請求項35に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該システムが、被験者が出す音を検出するように適合された音声センサを含み、該音声センサが、検出された被験者が出す音を示す音声シグナルを生成および送信するように更に適合される、フィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、胸壁シグナルを受信し、該胸壁シグナルが示す胸壁の動きを表示するように更にプログラムおよび適合された、請求項29に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、呼吸活性シグナルを受信し、該呼吸活性シグナルが示す呼吸活性を表示するように更にプログラムおよび適合された、請求項30に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、胸壁パラメータシグナルを受信し、該胸壁パラメータシグナルが示す胸壁パラメータを表示するように更にプログラムおよび適合された、請求項35に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、警報シグナルを受信し、該警報シグナルに関連する有害な生理学的パラメータを認識する警報を表示するように更にプログラムおよび適合された、請求項33に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、生成された被験者の胸壁の三次元モデルを表示するように更にプログラムおよび適合された、請求項32に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステムであって、該システムは、前記磁力計サブシステムから前記プロセッササブシステムへの磁力計シグナルの送信を制御し、そして該プロセッササブシステムから前記データモニタリングサブシステムへのシグナル送信の送信を制御するように適合された送信サブシステムを更に含む、フィットネスモニタリングシステム。
- 前記送信サブシステムが通信ネットワークを含む、請求項43に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記通信ネットワークが無線ネットワークを含む、請求項44に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記生理学的パラメータが、心臓の電気的活動、脈拍数、血圧、血中酸素飽和度、皮膚温、EMG、ECG、EEG、および中核体温から成る群から選択される、請求項28に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記データモニタリングサブシステムが、前記生理学的パラメータシグナルを受信し、該生理学的パラメータシグナルが示す生理学的パラメータを表示するように更にプログラムおよび適合される、請求項46に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記生理学的センサが前記モニタリング用衣類に組み込まれる、請求項28に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記プロセッササブシステムが前記モニタリング用衣類に組み込まれる、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記衣類を着用したときに、前記第1磁力計は、被験者の胸骨の第4肋間の高さの上に配置され、前記第2磁力計は、脊椎の同じ高さの上に配置される、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記磁力計サブシステムが、第3磁力計および第4磁力計を更に含み、該第3および第4磁力計が、その間の距離の変化に反応し、該磁力計サブシステムが、該第3および第4磁力計の間の距離の変化を示すシグナルを生成および送信するように構成された、請求項26に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 前記第3および第4磁力計が前記モニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、該第3および第4磁力計が、被験者の腹部の領域に配置される、請求項51に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記モニタリング用衣類を着用したときに、前記第3磁力計が被験者の腹部のへその高さの上に配置される、請求項52に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 被験者が前記モニタリング用衣類を着用したときに、前記第4磁力計が、被験者の脊椎のへその高さの上に配置される、請求項53に記載のフィットネスモニタリングシステム。
- 身体活動に従事する被験者のパラメータをモニタリングするための非侵襲的方法であって:
第1磁力計と第2磁力計との間の距離を示す磁力計シグナルを生成する工程であって、該第1および第2磁力計がモニタリング用衣類に組み込まれ、被験者が該モニタリング用衣類を着用したときに、該第1および第2磁力計が被験者の胸部に近接して配置される、工程と;
磁力計シグナルの関数としての被験者の胸壁の動きを決定し、胸壁の動きの関数としての被験者の呼吸活性を決定する工程と、を含む、方法。 - 前記磁力計シグナルに基づいて胸壁の動きを決定する工程を更に含む、請求項55に記載の方法。
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