JP2018501853A - 被験者の生理学的特徴を測定するデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

一態様によれば、第１の被験者の生理学的特徴を測定するデバイスであり、第１の被験者の体の一部と接触する第１の電極と、第２の被験者の体の一部と接触する第２の電極と、これらの電極を使用して心電図（ＥＣＧ）信号を取得し、このＥＣＧ信号を処理して第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定する制御ユニットとを備えるデバイスであって、上記ＥＣＧ信号が、第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分、及び第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含み、制御ユニットが、電極から取得されたＥＣＧ信号を処理して、第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分を抽出し、第１のＥＣＧ信号成分を処理して、第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定するデバイスが提供される。

Description

本発明は、心電図（ＥＣＧ）信号から被験者の生理学的特徴を測定するデバイス、及びこのデバイスを操作する方法に関する。

血圧（ＢＰ）の低下は、脱水又は心血管機能の変化を示す重要な指標と考えられているが、抜取り検査は、膨張式カフを腕の周りに巻き付けることを含むその測定要件により、しばしば省略される。ＢＰの代用として、脈波伝播時間（ＰＡＴ）を測定することもでき、この場合は、カフは不要である。ＰＡＴは、心電図（ＥＣＧ）のＲピークと、一般にフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）を使用して（例えば四肢のいずれかで）末梢測定される動脈波圧力波の底部との間の時間として測定される。ＰＡＴ測定では、通常は３つの電極が必要であり、これらの電極は、胸部上、又は両手首及び一方の足首上に配置され、ＰＰＧセンサは、例えば指、耳、又は前頭部に配置される。

ＥＣＧ及びＰＰＧの測定を１つの無線デバイスに一体化するデバイスが利用可能である（例えば、ｗｗｗ．ｓｃａｎａｄｕ．ｃｏｍに示されている）。これらのデバイスは、２つのＥＣＧ電極を備え、そのうちの一方は被験者（デバイスの使用者）の指と接触し、他方は被験者の前頭部と接触している。このデバイスは、前頭部でＰＰＧ測定を実行するＰＰＧセンサも含む。このデバイスは、（デバイス、指、被験者の腕、胸部、首部、及び頭部の間に確立される導電性ループを介して）指と前頭部との間のＥＣＧ電位を測定し、前頭部でＰＰＧも測定する。

このデバイスは、被験者のＰＡＴとＰＡＴから導出される血圧とを監視するのに有用であるが、被験者の指及び前頭部がＥＣＧ電極と接触している必要があり、このことは、被験者自身がデバイスを操作しなければならないか、或いは最低でも、被験者がその他のかたちでデバイスの使用に協力できる必要があることを意味する。意識不明（睡眠中、又は鎮静剤を投与された状態であることも含む）であるか、又はその他の理由で協力できない被験者（例えば幼児、或いは身体的又は精神的な障害のある患者）には、この種のデバイスを使用することはできない。このデバイスを他人（例えば医師、看護師、介護士、又は家族）が操作して被験者（例えば患者）の測定値を得ることは不可能である。

協力不能又は意識不明の被験者の問題に対処するために、ＥＣＧ信号（例えばＰＡＴ又はＰＡＴから導出される血圧）から被験者の生理学的特徴を測定することができ、医師、看護師、介護士、家族など、他人によって操作される、又は操作可能である、単純で使い易いデバイスが必要とされている。これにより、他人が被験者の生理学的特徴の抜取り検査を実行することができるようにすることができる。以下では、「第１の被験者」という用語は、その生理学的特徴が測定される人を指し、「第２の被験者」という用語は、第１の被験者の生理学的特徴測定値を得るためのデバイスの操作に関わる人を指す。

したがって、第１の被験者のＥＣＧ信号から第１の被験者の生理学的特徴の測定値を得るために第２の被験者が操作することができるデバイスを提供することが望ましい。

第１の態様によれば、第１の被験者の生理学的特徴を測定するデバイスであり、前記デバイスは、前記第１の被験者の体の一部と接触する第１の電極と、第２の被験者の体の一部と接触する第２の電極と、前記電極を使用して心電図（ＥＣＧ）信号を取得し、前記ＥＣＧ信号を処理して前記第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定する制御ユニットとを備えるデバイスであって、前記信号が、前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分、及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含み、前記制御ユニットが、前記電極から取得された前記ＥＣＧ信号を処理して、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出し、前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定するデバイスが提供される。

いくつかの実施形態では、前記第１のＥＣＧ信号成分は、前記第１の被験者に関連するＲピークを含み、前記第２のＥＣＧ信号成分は、前記第２の被験者に関連するＲピークを含む。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を処理して、少なくとも前記第１の被験者及び前記第２の被験者の一方に対応するＲピークの第１のセットを識別する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第１のセットのＲピークを、（ｉ）前記ＥＣＧ信号中の最大値又はしきい値を超える最大値、及び（ｉｉ）前記ＥＣＧ信号中の最小値又はしきい値未満の最小値のうちの一方として識別する。

いくつかの実施形態では、制御ユニットは、さらに、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの他方に対応するＲピークの第２のセットを、（ｉ）前記ＥＣＧ信号中の最大値又はしきい値を超える最大値、及び（ｉｉ）前記ＥＣＧ信号中の最小値又はしきい値未満の最小値のうちの一方として識別する。

他の実施形態では、前記デバイスは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方の第２の生理学的特徴を測定するセンサをさらに備える。

いくつかの実施形態では、前記センサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方のための電極に近接して位置して、前記被験者の体の前記一部が前記電極と接触しているときに、前記センサが前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方の前記第２の生理学的特徴を測定するようになっている。

いくつかの実施形態では、前記センサは、前記第１の被験者のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を測定するためのものであり、前記制御ユニットは、前記ＰＰＧ信号を使用して、前記抽出した第１のＥＣＧ信号成分から前記第１の被験者の血圧を決定する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＰＰＧ信号及び前記抽出した第１のＥＣＧ信号成分を使用して、前記第１の被験者の脈波伝播時間を決定し、前記脈波伝播時間から前記第１の被験者の血圧を決定する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第２の生理学的特徴の前記測定値を使用して、前記ＥＣＧ信号から前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する。

いくつかの実施形態では、前記第２の生理学的特徴は、前記ＥＣＧ信号から導出することもできる生理学的特徴である。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号から、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方又は両方についての前記第２の生理学的特徴の値を導出し、前記ＥＣＧ信号から導出した前記第２の生理学的特徴の１つ又は複数の値を、前記センサから得られる前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方についての前記第２の生理学的特徴の測定値と比較し、前記センサから得られる前記測定値に最も近い前記第２の生理学的特徴の値を有する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方に対応する信号成分として識別することによって、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第２の生理学的特徴の前記１つ又は複数の値を前記ＥＣＧ信号と相関させ、前記相関の結果を使用して、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方に対応する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を識別することによって、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する。

いくつかの実施形態では、前記第２の生理学的特徴は、心拍数、心拍変動、又は心拍タイミングのうちの任意の１つ又は複数である。

いくつかの実施形態では、前記センサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を測定するためのものであり、前記制御ユニットは、前記第１のＥＣＧ信号成分を、前記ＰＰＧ信号中のピークに対応するＥＣＧ信号中のＲピークとして抽出する。

いくつかの実施形態では、前記デバイスは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの他方の前記第２の生理学的特徴を測定するための第２のセンサをさらに備える。

いくつかの実施形態では、前記第２のセンサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記他方のための電極に近接して位置して、前記被験者の体の前記一部が前記電極と接触しているときに、前記センサが前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記他方の前記第２の生理学的特徴を測定するようになっている。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第２のセンサから得られる前記第２の生理学的特徴の測定値を使用して、前記ＥＣＧ信号から、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、さらに、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する前記第２のＥＣＧ信号成分を含む前記第１のＥＣＧ信号を取得する前に、前記電極を使用して前記第２の被験者についての第２のＥＣＧ信号を取得し、前記第２の被験者についての前記第２のＥＣＧ信号、或いはそこから導出される１つ又は複数の生理学的特徴を使用して、前記第１のＥＣＧ信号を処理して、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の心拍数又は心拍変動の測定値を決定する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定し、前記ＥＣＧ信号が一方の被験者のＥＣＧ信号しか含まない場合には、前記第２の被験者にフィードバックを提供する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が、互いに反対の極性を有する２組のＲピークのセットを含むかどうかを判定することによって、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号の周波数スペクトルを解析して前記ＥＣＧ信号が異なる心拍数を有するＥＣＧ信号成分を含むかどうかを特定することによって、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する。

いくつかの実施形態では、前記制御ユニットは、前記デバイスが過って使用されていることを示す、且つ／又は前記第２の被験者に前記デバイスを正しく使用するように命令するフィードバックを、前記第２の被験者に提供する。

いくつかの実施形態では、前記デバイスは、筐体を備え、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記筐体の外部表面上の固定位置にある。

いくつかの実施形態では、前記第２の電極は、前記デバイスが前記第２の被験者の手に保持されているときに前記第２の被験者の体の一部が前記第２の電極と接触するように、前記筐体の前記外部表面上に配列される。

いくつかの実施形態では、前記第１の電極は、前記デバイスが前記第２の被験者の手に保持されているときに、前記第２の被験者によって前記第１の被験者の体の一部と接触して配置することができるように、前記筐体の前記外部表面上に配列される。

いくつかの実施形態では、前記第１の被験者の体の前記一部は、前頭部、首部、肩部、又は胸部であり、前記第２の被験者の体の前記一部は、手の指、親指、又はその他の部分である。

第２の態様によれば、第１の被験者の生理学的特徴を測定するためのデバイスを作動する方法であり、前記方法は、前記第１の被験者の体の一部と接触する第１の電極及び第２の被験者の体の一部と接触する第２の電極を使用して心電図（ＥＣＧ）信号を取得するステップであり、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含むステップと、前記ＥＣＧ信号を処理して前記第１の被験者に関連する前記第１の信号成分を抽出するステップと、前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の前記生理学的特徴を決定するステップとを含む方法が提供される。

いくつかの実施形態では、前記第１のＥＣＧ信号成分は、前記第１の被験者に関連するＲピークを含み、前記第２のＥＣＧ信号成分は、前記第２の被験者に関連するＲピークを含む。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記ＥＣＧ信号を処理して、少なくとも前記第１の被験者及び前記第２の被験者の一方に対応するＲピークの第１のセットを識別することを含む。

前記処理ステップは、前記第１のセットのＲピークを、（ｉ）前記ＥＣＧ信号中の最大値又はしきい値を超える最大値、及び（ｉｉ）前記ＥＣＧ信号中の最小値又はしきい値未満の最小値のうちの一方として識別することを含む。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの他方に対応するＲピークの第２のセットを、（ｉ）前記ＥＣＧ信号中の最大値又はしきい値を超える最大値、及び（ｉｉ）前記ＥＣＧ信号中の最小値又はしきい値未満の最小値のうちの一方として識別することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、センサを使用して前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方の第２の生理学的特徴を測定するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記センサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方のための電極に近接して位置して、前記被験者の体の前記一部が前記電極と接触しているときに、前記センサが前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方の前記第２の生理学的特徴を測定するようになっている。

いくつかの実施形態では、前記センサは、前記第１の被験者のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を測定するためのものであり、前記処理ステップは、前記ＰＰＧ信号を使用して、前記抽出した第１のＥＣＧ信号成分から前記第１の被験者の血圧を決定することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、前記ＰＰＧ信号及び前記抽出した第１のＥＣＧ信号成分を使用して、前記第１の被験者の脈波伝播時間を決定するステップと、前記脈波伝播時間から前記第１の被験者の血圧を決定するステップとをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記第２の生理学的特徴の前記側定置を使用して、前記ＥＣＧ信号から前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出することを含む。

いくつかの実施形態では、前記第２の生理学的特徴は、前記ＥＣＧ信号から導出することもできる生理学的特徴である。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記ＥＣＧ信号から、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方又は両方についての前記第２の生理学的特徴の値を導出することと、前記ＥＣＧ信号から導出した前記第２の生理学的特徴の１つ又は複数の値を、前記センサから得られる前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方についての前記第２の生理学的特徴の測定値と比較することと、前記センサから得られる前記測定値に最も近い前記第２の生理学的特徴の値を有する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方に対応する信号成分として識別することとを含む。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記第２の生理学的特徴の前記１つ又は複数の値を前記ＥＣＧ信号と相関させることと、前記相関の結果を使用して、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方に対応する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を識別することとを含む。

いくつかの実施形態では、前記第２の生理学的特徴は、心拍数、心拍変動、又は心拍タイミングのうちの任意の１つ又は複数である。

いくつかの実施形態では、前記測定ステップは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方のフォトプレチスモグラフィＰＰＧ信号を測定することを含み、前記処理ステップは、前記第１のＥＣＧ信号成分を、前記ＰＰＧ信号中のピークに対応するＥＣＧ信号中のＲピークとして抽出することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、第２のセンサを使用して、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの他方の前記第２の生理学的特徴を測定するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記第２のセンサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記他方のための電極に近接して位置して、前記被験者の体の前記一部が前記電極と接触しているときに、前記センサが前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記他方の前記第２の生理学的特徴を測定するようになっている。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記第２のセンサから得られる前記第２の生理学的特徴の測定値を使用して、前記ＥＣＧ信号から、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、さらに、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する前記第２のＥＣＧ信号成分を含む前記第１のＥＣＧ信号を取得する前に、前記電極を使用して前記第２の被験者についての第２のＥＣＧ信号を取得するステップをさらに含み、前記処理ステップが、前記第２の被験者についての前記第２のＥＣＧ信号、或いはそこから導出される１つ又は複数の生理学的特徴を使用して、前記第１のＥＣＧ信号を処理して、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出することを含む。

いくつかの実施形態では、前記処理ステップは、前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の心拍数又は心拍変動の測定値を決定することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定するステップと、前記ＥＣＧ信号が一方の被験者のＥＣＧ信号しか含まない場合に、前記第２の被験者にフィードバックを提供するステップとをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する前記ステップは、前記ＥＣＧ信号が、互いに反対の極性を有する２組のＲピークのセットを含むかどうかを判定することを含む。

いくつかの実施形態では、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する前記ステップは、前記ＥＣＧ信号の周波数スペクトルを解析して、前記ＥＣＧ信号が異なる心拍数を有するＥＣＧ信号成分を含むかどうかを特定することを含む。

いくつかの実施形態では、前記方法は、前記デバイスが過って使用されていることを示す、且つ／又は前記第２の被験者に前記デバイスを正しく使用するように命令するフィードバックを前記第２の被験者に提供するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、前記第１の被験者の体の前記一部は、前頭部、首部、肩部、又は胸部であり、前記第２の被験者の体の前記一部は、手の指、親指、又はその他の部分である。

第３の態様によれば、コンピュータ可読コードが実装されたコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードが、適当なコンピュータ、プロセッサ又は制御ユニットによって実行されたときに、前記コンピュータ、プロセッサ又は制御ユニットに前述の方法の実施形態のうちのいずれかを実行させるように構成されるコンピュータプログラムが提供される。

第４の態様によれば、第１の電極及び第２の電極を備えるデバイスを使用して第１の被験者の生理学的特徴を測定する方法であって、前記方法が、前記第１の電極を前記第１の被験者の体の一部に接触させ、前記第２の電極を第２の被験者の体の一部に接触させ、前記第１の被験者と前記第２の被験者との間の接触を確立することによって、前記デバイスの制御下にある前記第１の被験者と、前記デバイスと、前記第２の被験者との間の導電性ループを生成するステップと、前記デバイスを作動して、前記第１の電極及び前記第２の電極を介して得られる心電図（ＥＣＧ）信号から前記第１の被験者の生理学的特徴を測定するステップであり、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含むステップとを含む方法が提供される。

いくつかの実施形態では、前記第１の被験者と前記第２の被験者の間に接触を確立する前記ステップは、関第２の被験者が前記第１の被験者の手、腕、又は肩を保持することを含む。

いくつかの実施形態では、前記第２の被験者は、前記第２の電極に自分の左手又は右手の指、親指、又はその他の部分で接触し、前記第２の被験者の他方の手を使用して前記第１の被験者との接触を確立する。

いくつかの実施形態では、前記第２の被験者が自分の左手の指、親指、又はその他の部分で前記第２の電極と接触しているときに、前記第２の被験者の右手は、前記第１の被験者の右手、右腕、又は右肩との接触を確立する。

いくつかの実施形態では、前記第２の被験者が自分の右手の指、親指、又はその他の部分で前記第２の電極と接触しているときに、前記第２の被験者の左手は、前記第１の被験者の左手、左腕、又は左肩との接触を確立する。

いくつかの実施形態では、前記デバイスを操作する前記ステップは、上述の方法の実施形態のうちのいずれかに従って前記デバイスを操作することを含む。

いくつかの実施形態では、前記デバイスは、上記のデバイスの実施形態のうちのいずれかに記載されるものである。

本発明がより良好に理解されるように、またどのようにすれば本発明を実行することができるかをより明確に示すために、ここで、例示のみを目的として、添付の図面について述べる。

本発明の第１の態様によるデバイスを示すブロック図である。 第１の態様によるデバイスの特定の実施形態を示す図である。 本発明によるデバイスを使用して第１の被験者の生理学的特徴を測定する方法を説明する流れ図である。 第１の被験者及び第２の被験者によって使用されている第１の態様によるデバイスを示す図である。 本発明によるデバイスを操作して第１の被験者の生理学的特徴を測定する方法を説明する流れ図である。 異なる被験者についての２つのＥＣＧ信号成分を重畳して示す図である。 第１の例示的なセンサアレイを示す図である。 第２の例示的なセンサアレイを示す図である。 異なる被験者についての２つのＥＣＧ信号成分を重畳して示し、また第１の被験者についてのＰＰＧ信号を示す図である。 本発明によるデバイスによって得られる例示的なＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号を示す図である。 被験者についての例示的なＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号を示し、またＰＡＴと血圧の間の関係を示す図である。 心拍数、呼吸数、ＰＰＶ及びＨＲＶを示す異なる変調を有する２サイクルの完全な呼吸サイクルをカバーする反転ＰＰＧ信号の例を示す図である。 英国王立内科医協会の早期警告スコアを示す表である。

上述のように、本明細書における「第１の被験者」という用語は、その１つ又は複数の生理学的特徴を測定している人を指し、「第２の被験者」という用語は、第１の被験者の生理学的特徴測定値を得るためのデバイスの操作に関わる人を指す。

簡単に言うと、第１の被験者のＥＣＧ測定値から第１の被験者の生理学的特徴の測定値を得るために第２の被験者が操作することができるデバイスが提供される。このＥＣＧ測定値は、（例えば第２の被験者が第１の被験者の手を取ることによって）第２の被験者が第１の被験者と接触することによって確立される導電性ループ、第１の被験者と接触して（例えば第１の被験者の前頭部、首部、肩部、又は胸部に）配置されたデバイスの第１の電極、及び第２の被験者の一部（例えば手の指、親指、又は掌）と接触して配置されたデバイスの第２の電極を介して得られる。導電性ループを完成させる第２の被験者と第１の被験者との間の接触は、皮膚接触とすることができ、これは、第１の被験者及び第２の被験者の一方又は両方が接触点に導電性構成要素を装着することによって改善又は最適化することができる。例えば、第１の被験者及び／又は第２の被験者が、導電性グローブを装着する、又は導電性ロッドを保持することもある。また、第２の被験者が、デバイスを保持している手に導電性グローブなどの導電性構成要素を装着して、デバイスの第２の電極との導電性接触を改善することもできることは理解されるであろう。

第１の被験者の心臓がこの導電性ループの一部であるとすると（例えば以下の図４参照）、このデバイスは、この導電性ループを介して、第１の被験者の心臓の活動に対応する第１のＥＣＧ信号成分及び第２の被験者の心臓の活動に対応する第２のＥＣＧ信号成分を含むＥＣＧ電位又は信号を測定することになる。このデバイスは、ＥＣＧ信号を処理して、第１の被験者のＥＣＧ信号成分を識別又は抽出し、次いで、抽出したＥＣＧ信号成分から第１の被験者の１つ又は複数の生理学的特徴を決定する（この生理学的特徴は、本明細書ではＥＣＧから導出される生理学的特徴とも呼ぶ）。

当業者なら、被験者のＥＣＧ信号から決定又は導出することができる様々な生理学的特徴が分かるであろう。特定の実施形態では、生理学的特徴は、例えば、心拍数、心拍変動、又は血圧（別の生理学的特徴センサによる脈波伝播時間（ＰＡＴ）の測定値と組み合わせたとき）とすることができる。

図１は、本発明の一態様によるデバイス２を示すブロック図である。デバイス２は、制御ユニット８に接続された第１の電極４及び第２の電極６（それぞれ第１のＥＣＧ電極４及び第２のＥＣＧ電極６とも呼ばれる）を備える。制御ユニット８は、電極４及び６と第１及び第２の被験者とによって導電性ループが形成されたときに、第１の電極４及び第２の電極６を介してＥＣＧ電位又はＥＣＧ信号を測定するように動作する。２つの電極ＥＣＧ４、６を介して得られるＥＣＧ電位又は信号は、Ｒピークのタイミングの検出、及びその他のＥＣＧ特徴の検出を可能にするだけの十分な情報を含む。

制御ユニット８は、以下に述べる技術によって、測定したＥＣＧ電位又は信号の解析を実行して第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定する。制御ユニット８は、デバイス２を制御し、且つ以下で述べる測定したＥＣＧ信号の解析を実行するように構成又はプログラムされた、１つ又は複数のプロセッサ、処理ユニット、マルチコアプロセッサ又は処理モジュールを備えることができる。図１には示していないが、デバイス２は、制御ユニット８が実行してこれらの動作を実行することができるプログラムコードを記憶するメモリモジュールをさらに備えることができる。メモリモジュールを使用して、動作中にデバイス２が行う、又は取得する信号及び測定値を記憶することもできる。

第１のＥＣＧ電極４及び第２のＥＣＧ電極６は、被験者からＥＣＧ信号を得る任意の適当なタイプの電極とすることができ、当業者なら、本発明でデバイス２に使用することができる様々なタイプの電極が分かるであろう。

第１のＥＣＧ電極４は、第１の被験者の体の一部と接触するためのものであり、第２のＥＣＧ電極６は、第２の被験者の体の一部と接触するためのものである。

いくつかの実施形態では、第１のＥＣＧ電極４及び／又は第２のＥＣＧ電極６は、リードを介して制御ユニット８に取り付けられて、第１のＥＣＧ電極４及び／又は第２のＥＣＧ電極６をそれぞれ第１の被験者及び第２の被験者の所望の部分に容易に取り付けることができるようになっている。

ただし、好ましい実施形態では、第１のＥＣＧ電極４及び第２のＥＣＧ電極６は、デバイス２の筐体の外部表面上の固定位置にある。特に好ましい実施形態では、デバイス２の筐体及び第２のＥＣＧ電極６は、デバイス２が第２の被験者によって保持されているときに第２のＥＣＧ電極６が第２の被験者の体の一部（例えば第２の被験者の１本又は複数本の指或いは第２の被験者の手の掌又は甲）と接触するように配列され、第１のＥＣＧ電極４は、デバイス２が第２の被験者によって保持されているときに第１の被験者の体の一部と接触して配置することができるように、筐体の外部表面上に配列される。

上記の実施形態のいずれかでは、第１の電極４と第２の電極６は、互いにガルバニックに分離される。

図２は、上記の好ましい実施形態によるデバイス２の特定の実施形態を示す図である。この実施形態では、デバイス２は、標準的なペン又は鉛筆と同様の寸法を有する形状に形成される。したがって、デバイス２の筐体１０は、全体として円筒形であり、第１のＥＣＧ電極４が円筒形筐体１０の一端の面１１に位置し、第２のＥＣＧ電極６は、円筒の本体上の、第２の被験者がデバイス２を保持しているときに第２の被験者の指又は親指が第２のＥＣＧ電極６に接触することができる位置に位置する。代替の実施形態では、第２のＥＣＧ電極６は、例えば、円筒形筐体１０の第１のＥＣＧ電極４を担持している面１１とは反対側の端部に位置していてもよい。この代替形態では、第２の被験者が親指で第２のＥＣＧ電極６に接触することが適当であることがある。

図２に示す実施形態の代替の実施形態では、デバイス２は、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ又はその他の携帯型電子デバイスの形状を有する、又はその一部として形成し、第１の電極４及び第２の電極６が、第２の被験者がデバイス２を使用しているときに第１の被験者が第１の電極４に接触し、第２の被験者が第２の電極６に接触することができるような適当な方法でそれらのデバイスの外部表面上に配列されるようにすることもできる。いくつかの実施形態では、デバイス２は、第２の被験者の一方の手（すなわち左手又は右手）によってのみ快適に保持して使用することができるように人間工学的に設計することもできる。

図１は、本発明のこの態様を説明するのに必要な構成要素のみを示しており、実際の実施態様では、デバイス２は示した構成要素の他に追加の構成要素を備えることになることは理解されるであろう。例えば、デバイス２は、デバイス２に給電するためのバッテリ又はその他の電源、第１の被験者の１つ又は複数の生理学的特徴の測定値をデバイス２のベースユニット又は遠隔コンピュータに通信することを可能にする通信モジュール、及び／或いは使用者（例えば第２の被験者）がデバイス２と対話してこれを制御することを可能にする１つ又は複数のユーザインタフェース構成要素を備えることができる。一例として、１つ又は複数のユーザインタフェース構成要素は、スイッチ、ボタン、或いはデバイス２及び／又は測定プロセスを活動化及び非活動化するためのその他の制御手段を備えることがある。これに加えて、或いは別法として、ユーザインタフェース構成要素は、１つ又は複数の生理学的特徴の測定値を表示するなど、デバイス２の動作についての情報を第２の被験者及び／又は第１の被験者に提供するためのディスプレイ又はその他の視覚的インジケータを備えることもできる。

さらに、以下でさらに詳細に述べるように、デバイス２は、第１の被験者及び／又は第２の被験者の１つ又は複数のその他の生理学的特徴（すなわち、第１の被験者のＥＣＧ信号から得られる生理学的特徴以外の１つ又は複数の生理学的特徴）を測定するための１つ又は複数のセンサを備えることもある。いくつかの実施形態では、この１つ又は複数のセンサによる測定値は、第１の被験者の健康についての追加の情報（すなわちＥＣＧ信号から得られる生理学的特徴の測定値によって提供される情報以外の追加の情報）を提供することができ、例えば、第１の被験者の温度又は呼吸数を含む可能性がある。ただし、好ましい実施形態（これも以下でさらに詳細に述べる）では、第１の被験者及び／又は第２の被験者のこの１つ又は複数のその他の生理学的特徴の測定値は、制御ユニット８がＥＣＧ信号から第１の被験者に関連するＥＣＧ信号成分を抽出する際に使用することができる。適当な生理学的特徴は、これらに限定されるわけではないが、心拍数、心臓が拍動する固有時間、心拍変動、及び脈波伝播時間を含む。

第１の生理学的特徴センサ１２及び第２の生理学的特徴センサ１４は、図１では破線枠内に示してある（図１では、これらのセンサは任意選択の機構であるものとして示している）。特定の実施形態では、デバイス２に生理学的特徴センサが１つしか設けらないこともあり、他の実施形態では、図示の２つを超える数の生理学的特徴センサが設けられることもあることは理解されるであろう。これらのセンサ１２及び１４を使用して、第１の被験者及び第２の被験者の一方又は両方の特定の１つ又は複数の生理学的特徴を測定することができる。いくつかの実施形態では、各センサは、第１の被験者又は第２の被験者（必要に応じて）が電極と接触しており、電極４、６を介してＥＣＧ信号が得られているときに、そのセンサが生理学的特徴の測定値をとることができるように、電極４、６と同じ位置にあってもよいし、或いはデバイス２上のその他の位置にあってもよい。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数の生理学的特徴センサ１２、１４は、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）センサ、（近）赤外光源及び／又はセンサ、血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）センサ、温度計、並びにマイクロフォン（例えば心音を測定するためのもの）のうちのいずれを含むこともできる。

図３の流れ図は、上述のデバイス２を使用して第１の被験者の生理学的特徴を測定する方法を示す図である。この方法は、通常は、第２の被験者によって実行される。第１のステップ、すなわちステップ１０１で、第２の被験者は、第１の電極４を第１の被験者の体の一部と接触した状態で配置する。次のステップ、すなわちステップ１０３で、第２の被験者は、第２の電極６を自分の体の一部と接触させる。ステップ１０５で、第２の被験者は、例えば第１の被験者の手を取るなどして、第１の被験者に接触する。上述のように、この接触により、第１の被験者と、第２の被験者と、デバイス２との間の導電性ループが完成する。第１の被験者と第２の被験者との間の接触は皮膚接触とすることができるが、第１の被験者及び第２の被験者の一方又は両方が接触点に導電性構成要素を装着することによって、この接触の導電性を最適化又は改善することもできる。例えば、第１の被験者及び／又は第２の被験者が、導電性グローブを装着する、又は導電性ロッドを保持することもできる。

このように、ステップ１０１、１０３、及び１０５（これらは図３に示す順序だけでなく、任意の順序で実行することができる）の後に、第１の被験者と、デバイスと、第２の被験者との間に、デバイス２によるＥＣＧ信号の測定を可能にする導電性ループが生成されることになる。

次のステップ、すなわちステップ１０７で、第２の被験者は、デバイス２を操作して、第１の被験者の生理学的特徴を測定する。上述のように、また以下でさらに詳細に述べるように、デバイス２を操作すると、第１の電極及び第２の電極を介して、第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分と第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分とを含むＥＣＧ信号が得られ、デバイス２は、第１のＥＣＧ信号成分を抽出し、抽出した第１のＥＣＧ信号成分から生理学的特徴の測定値を決定する。

図４は、第２の被験者１８が第１の被験者１６の生理学的特徴を測定する、デバイス２の例示的な使用法を示す図である。このように、第２の被験者１８は、自分の指又は親指が第２の電極６と接触し（ステップ１０３）、第１の電極４を第１の被験者１６の前頭部に押し当てる（ステップ１０１）ように、デバイス２を保持している。第２の被験者１８は、また、第１の被験者１６の手を取っており（ステップ１０５）、この皮膚接触により、電極を用いて両被験者からのＥＣＧ信号成分を含むＥＣＧ信号を得るために必要な導電性ループが生成される（ただし、上述のように、導電性構成要素を使用して、被験者１６と１８との間の接触を改善してもよい）。導電性ループは、図４では破線矢印２０で示してある。この皮膚接触及び第１の電極４と第１の電極１６の間の接触の位置は、第１の被験者１６の心臓が導電性ループ２０内（すなわち接触点同士の間）にあれば、他の位置であってもよいことは理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、以下でさらに詳細に述べるように、第１の被験者１６についてのＥＣＧ信号成分を測定ＥＣＧ信号から抽出できるようにするためには、導電性ループ２０が特定の方法で形成されることが必要である。例えば、第２の被験者１８がデバイス２を左手で保持しているときには、右手が、第１の被験者１６の右手、右腕、又は右肩を保持する、又はその他の方法でそれらと接触していなければならない。この構成は、図４に示してある。上述のように、この接触及び第１の電極４と第１の被験者１６との間の接触の位置は、第１の被験者１６の心臓が導電性ループ２０内（すなわち接触点同士の間）にあれば、他の位置であってもよいことは理解されるであろう。したがって、例えば、第１の被験者１６の右側、又は第１の被験者１６の心臓より下の、その他の位置も可能である。

図４に示す構成とは反対の構成も可能である（すなわち、第２の被験者１８がデバイス２を右手で保持し、左手が、第１の被験者１６の左手、左腕、又は左肩を保持する、又はその他の方法でそれらと接触する）。

制御ユニット８が測定ＥＣＧ信号から第１の被験者１６についての第１のＥＣＧ信号成分を抽出する異なるアルゴリズムを実行する他の実施形態（これについても以下でさらに詳細に述べる）では、第２の被験者１８がどのようにして第１の被験者１６との間で導電性ループ２０を生成するかについての制約が少ない。特に、第２の被験者１８が第１の被験者１６を第１の電極４と接触させて、第１の被験者１６の心臓が、デバイス２と第２の被験者の手（又は第１の被験者１６と接触するその他の身体の部分）の間の、直前の２つの段落で述べた構成のいずれかを含む導電性ループ２０内にあるように第１の被験者１６との接触を得る場合には、得られるＥＣＧ信号は、第１の被験者１６についてのＥＣＧ信号成分を含むことになり、この信号成分を解析して、生理学的特徴の測定値を決定することができる。

第２の被験者１８が、第１の被験者１６の心臓が導電性ループ２０内にない過ったデバイス２の使い方をすると、測定ＥＣＧ信号は第２の被験者１８についてのＥＣＧ情報しか含まないことになり、このことは、第１の被験者１６の生理学的特徴の測定値を決定することができないことを意味する。

図５は、本発明の一態様によるデバイス２の動作を説明する流れ図である。図５の方法のステップは、一般に、制御ユニット８によって実行される、又は制御ユニット８の制御下にあることは理解されるであろう。

ステップ１１１で、デバイス２が活動化され、第１の電極４と第２の電極６の間に導電性ループ２０が存在するときに、デバイス２は、ＥＣＧ信号（すなわち電極４と６の間の電位）を測定する。導電性ループ２０が第２の被験者１８とデバイス２及び第１の被験者１６とによって正しく形成されている場合には、デバイス２によって測定されるＥＣＧ信号は、第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分と、第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分とを含むことになる。すなわち、測定ＥＣＧ信号は、第１の被験者についてのＥＣＧ信号（すなわち第１の被験者の心臓の電気的活動を表す信号）と第２の被験者についてのＥＣＧ信号（すなわち第１の被験者の心臓の電気的活動を表す信号）の複合信号である。

このＥＣＧ信号は、デバイス２によって、例えば数秒間、又は第１の被験者１６における数回の心拍をカバーするのに十分な時間など、第１の被験者の生理学的特徴を決定できるだけの十分な長さのＥＣＧ信号を提供する期間にわたって測定される。

ＥＣＧ信号が測定されると、制御ユニット８は、このＥＣＧ信号を処理して、第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分を抽出する（ステップ１１３）。好ましくは、ステップ１１３は、ＥＣＧ信号中でＥＣＧ信号のＲピークを識別すること、及びＥＣＧ信号中で第１の被験者１６に対応するＲピークを識別することを含む。

ステップ１１３の様々な実施形態については、以下でさらに詳細に述べる。

ステップ１１５で、抽出した第１のＥＣＧ信号成分を処理して、第１の被験者１６の所要の生理学的特徴を決定する。好ましい実施形態では、所要の生理学的特徴は、第１の被験者１６についての識別したＲピークから決定される。

次に、ステップ１１３（ＥＣＧ信号を処理して第１の被験者１６に関連する第１のＥＣＧ信号成分を抽出する）を実行するためのいくつかの例示的な技術について述べる。

ステップ１１３を実行する最も簡単な技術は、導電性ループ２０を、図４に示すように第１の被験者１６と、第２の被験者１８と、デバイス２との間に、或いは第２の被験者１８がデバイス２を右手で保持し、左手が第１の被験者１６の左手、左腕、又は左肩を保持する、又はその他の方法で接触している反対の構成で、確立することを必要とする。図６は、異なる被験者についての２つのＥＣＧ信号成分を重畳して示す図である（したがって、デバイス２によって実際に測定されるＥＣＧ信号は、これらのＥＣＧ信号成分の複合信号であることは理解されるであろう）。この構成でデバイス２によって測定される例示的な複合ＥＣＧ信号は、図１０の左下トレースに示してある。この構成の導電性ループ２０では、第１の被験者１６に関連するＥＣＧ信号成分のＲピークは、第２の被験者１８に関連するＥＣＧ成分のＲピークと反対の方向を指す（換言すれば、第１の被験者１６についてのＥＣＧ信号成分は、第２の被験者１８についてのＥＣＧ信号成分と反対の極性である）。特に、図４に示すように第２の被験者１８の右手が第１の被験者１６の右手（或いは右腕又は右肩）を保持しているときには、図６及び図９から分かるように、第１の被験者１６についてのＲピークは下向きであり、第２の被験者１８についてのＲピークは上向きである。図４に示す構成と反対の構成（第２の被験者１８の左手が第１の被験者１６の左手、左腕、又は左肩を保持している）では、第１の被験者１６についてのＲピークは上向きであり、第２の被験者１８についてのＲピークは下向きである。

したがって、ステップ１１３を実行する最も簡単な技術では、制御ユニット８は、ＥＣＧ信号を解析して、第１の被験者１６についてのＲピークを、第１の被験者１６についての適当な方向を指している（又は適当な極性を有する）ＥＣＧ信号中のピークとして識別する。この適当な方向は、例えば第２の被験者１８からデバイス２への入力に基づくなど第１の被験者１６と第２の被験者１８の間の導電性ループの構成を知ることに基づいて、或いはデバイス２が第２の被験者１８の特定の手でしか快適に操作できないようにデバイス２の形状を構成することによって（すなわちデバイス２が左手又は右手に適合するようにデバイス２を人間工学的に成形することによって）、決定することができる。

一実施形態では、Ｒピークは、ＥＣＧ信号中の最大値又は極大値（或いはＥＣＧ信号中の全ての極大値がＲピークと見なされることを回避するためのしきい値を超える振幅を有する最大値）を求めることによって識別することができる。この技術は、或いは、ＥＣＧ信号中の最小値又は極小値（全ての最小値がＲピークとして識別されることを回避するためのしきい値未満のもの）を識別することを除けば上述の解析と同様の解析を使用して、第２の被験者１８についてのＲピークを識別することもできることは理解されるであろう。代替の実施形態では、Ｒピークは、ＥＣＧ信号中の特徴のシーケンスを解析することによって検出することができる。特に、Ｒピークは、Ｐ波の後に続くので、Ｒピークは、検出したＰ波の後のピークとして検出することができる。さらなる代替の実施形態では、Ｒピークは、ウェーブレット変換に基づく技術など、さらに洗練された信号処理技術を使用して検出することができる。

第２の被験者１８がループ２０内に第１の被験者１６の心臓が入るようにして導電性ループ２０を確立するが、図４に示すように、又は第２の被験者１８の左手が第１の被験者１６の左手（或いは左腕又は左肩）と接触する反対の構成で第１の被験者１６と接触しない場合には、ＥＣＧ信号は、第１の被験者１６及び第２の被験者１８の両方についてのＥＣＧ信号成分を含むが、それらのＥＣＧ信号成分のＥＣＧ特徴は同じように配向され（すなわち両信号成分のＲピークが同じ極性を有し）、このことは、単純に上述の技術によって最大値及び／又は最小値を識別するだけでは第１の被験者１６に対応するＥＣＧ信号成分を識別することができないことを意味する。

したがって、いくつかの実施形態では、制御ユニット８がＥＣＧ信号からＥＣＧ信号成分を抽出することができない場合（例えば、制御ユニット８が、Ｒピークが全て同じ方向を指していると判定した場合、又はＲピークをどちらの方向にも識別することができない（すなわち全てのＲピークが同じ極性を有する）場合）には、制御ユニット８は、デバイス２が正しく使用されていないこと、又は第２の被験者１８の第１の被験者１６との接触の仕方を変える必要があること（例えば第２の被験者１８が第１の被験者１６の反対の手又は腕を保持する必要があること）を示すフィードバックを、第２の被験者１８に提供することができる。このフィードバックは、例えばユーザインタフェース（例えばディスプレイ又は警告灯）を介して視覚的に、且つ／或いは（例えばスピーカを介して）聴覚的に提供することができる。いくつかの場合には、このフィードバックは、単に、エラーがあること、又はデバイス２が正しく使用されていないことを示す指示とすることもできるが、他の場合には、このフィードバックは、デバイス２を保持する、或いは第１の被験者１６に異なる形で、又は特定の方法で接触する命令又は助言を含むこともできる。

ステップ１１３を実行するさらに好ましい技術では、ＥＣＧ信号の別個のセンサを使用して得られる第１の被験者又は第２の被験者の生理学的特徴の測定値を使用して、ＥＣＧ信号中の所要のＥＣＧ信号成分を識別する。好ましくは、その別個のセンサによって得られる測定値は、ＥＣＧ信号から導出することもできる生理学的特徴の測定値である。これは、その測定値を使用して、測定ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分（これらは異なる被験者から得られるものであるから、同じ生理学的特徴について異なる値を有するはずである）を区別する助けとすることができることを意味するからである。この技術は、導電性ループ２０が図４に示すように、又はその反対の構成で確立されているときに使用することができるが、いくつかの実施態様では、第２の被験者１８が第１の被験者１６の反対の手又は体側を保持しており（すなわち第２の被験者１８の左手が第１の被験者１６の右手を保持している、またその反対である）、全てのＲピークが同じ方向を指すときに使用することもできる。

したがって、この技術は、デバイス２が、ＥＣＧ信号の測定中に第１の被験者及び第２の被験者のうちの一方の生理学的特徴を測定するように配列された少なくとも第１の生理学的特徴センサ１２を備えることを必要とする。いくつかの実施形態では、第１の生理学的特徴センサ１２は、電極４、６が適当な被験者と接触しているときにセンサ１２が生理学的特徴を測定することができるように、適当な電極４、６に近接して位置付けることができる。例示的な感知アレイ２２を、図７に示す。このアレイでは、追加のセンサ１２は、第１の被験者１６のＰＰＧ信号を測定することができるように第１の電極４に近接して配列されるＰＰＧセンサである。当業者なら理解するように、ＰＰＧセンサ１２は、光源２４と、少なくとも光源２４が発出する１つ又は複数の波長の光に対して感度がある光センサ２６（光検出器など）とを備えることができる。例示的な非限定的な実施態様では、光源は、５００から６００ｎｍの範囲の波長の光を発出する緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができ、光検出器は、１０００ｎｍ未満の波長の光に感度があるものとすることができる。

ＳｐＯ２センサ（すなわち血中酸素飽和度センサ）の形態の追加のセンサ１２を備える、別の例示的な感知アレイ３０を、図８に示す。この例では、ＳｐＯ２センサ１２は、複数の光源３６（図示の実施形態では４つ）と、少なくとも光源３６が発出する波長の光に対して感度がある光センサ３８とを備える。光源３６は、例えば、８００から１０００ｎｍの範囲の波長の光を発出する近赤外線ＬＥＤ、及び６００から７００ｎｍの範囲の波長の光を発出する赤色ＬＥＤを含み得、光センサ３８は、１０００ｎｍ未満の波長の光に感度があるものとすることができる。

図９は、図６のＥＣＧ信号成分を、第１の被験者１６の例示的なＰＰＧ信号と共に示す図である。図１０は、例示的な測定ＥＣＧ信号を左下のトレース（２つの被験者のＲピークが反対方向であるが、このことはこの技術で必要なものではないことは理解されるであろう）に示し、第１の被験者の例示的な測定ＰＰＧ信号を右下のトレースに示しており、また、１つに重畳した測定ＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号も示している（図１０の上部のトレース）。

上述のように、別個のセンサ１２を用いて得られる第１の被験者又は第２の被験者の生理学的特徴の測定値（本明細書では「追加の測定値」とも呼ぶ）を使用して、ＥＣＧ信号中の所要のＥＣＧ信号成分を識別する。いくつかの実施形態では、追加の測定値は、心拍数、心拍変動、又は心拍が発生した時間（例えばＥＣＧ信号中のＲピークのタイミングによって示される）など、ＥＣＧ信号から導出することもできる生理学的特徴の測定値である。この測定値は、ＰＰＧ信号、又は任意の種類のセンサによるその他の任意の適当な信号から得ることができる。

このより好ましい技術の一実施態様では、ＥＣＧ信号を解析して、追加の生理学的特徴測定値に対応するＲピークを識別する。例えば、追加の測定値が心拍数の測定値である場合には、ＥＣＧ信号を解析して、同じ心拍数に対応する（又は最も密接にその心拍数に対応する）Ｒピークのセットを識別することができる。図９から分かるように、ＰＰＧ信号から導出される心拍数は、下向きのＲピークの頻度に最も密接に一致し、このことは、ＰＰＧ信号が第１の被験者１６から測定されたものであるために（第１の電極４に近接して位置しているために）、下向きのＲピークが第１の被験者１６のピークに対応することを示している。図１０でも同様に、「上向き」Ｒピークのセットの心拍数は、６６ｂｐｍであり、「下向き」Ｒピークのセットの心拍数は、７５ｂｐｍであり、第１の被験者１６についてのＰＰＧ信号が６６ｂｐｍの心拍数を与えるので、ＥＣＧ信号中の「上向き」Ｒピークのセットは第１の被験者１６に関連するピークであると決定することができる。次いで、ステップ１１５で、第１の被験者１６に関連することが分かったＲピークのセットを使用して、第１の被験者１６の所要の生理学的特徴を決定することができる。（例えばＰＡＴから導出される血圧。第１の被験者のＲピーク及びＰＰＧ信号から得られるＰＡＴは、図１１の右側に示してあることに留意されたい）。両被験者１６及び１８のＲピークが同じ方向を指している場合には、追加の測定値とＥＣＧ信号（又はＥＣＧ信号から導出される適当なパラメータを表す信号）の相互相関を使用して、ＥＣＧ信号の第１の被験者１６に対応する部分及び第２の被験者１８に対応する部分を識別することができる。

同様にして、ＥＣＧ信号の心拍数を明示的に計算するのではなく、第１の被験者１６についてのＰＰＧ信号をＥＣＧ信号（例えば図１０の上部のトレースに示すもの）と比較して、ＰＰＧ信号中の各ピーク又は最小値をＥＣＧ信号中のＲピークと一致させることができる（ＰＰＧ信号中のピーク／最小値に一致するピークが、第１の被験者１６のＲピークのセットを形成する）。

上記の技術の両方を組み合わせて、Ｒピーク識別の頑健性を改善することもできることは理解されるであろう。したがって、いくつかの実施態様では、この解析は、ＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号から決定した心拍数からＲピークを識別すること、及びＰＰＧ信号中のピークをＥＣＧ信号中のピークと一致させることを含むことができる。

代替の手法では、ＰＰＧ信号の最大値及び／又は最小値を識別することができ、これらの最大値及び／又は最小値から、心拍数及び心拍変動を決定することができる。ＥＣＧ信号中の全てのＲピークについて、ＰＡＴを決定することができ、心拍数、心拍変動、ＰＡＴ、ＰＡＴ変動に基づいて、第１の被験者１６についてのＲピーク及び／又は対応するＰＡＴ値を識別することができる。

いくつかの実施形態では、追加のセンサ１２を第２の被験者１８と接触する第２の電極６に近接して位置付けて、第１の被験者１６ではなく第２の被験者１８の生理学的特徴を測定するようにすることもできることは理解されるであろう。この場合には、解析は上記と同様であるが、追加のセンサ１２による測定値の特徴に対応するＲピークのセットが、第２の被験者１８に対応するものとなり、このことは、ＥＣＧ信号中の残りのＲピークが第１の被験者１６に対応すると仮定することができることを意味することは理解されるであろう。

この技術は、第１の被験者と第２の被験者のＲピークが反対方向である可能性がある（導電性ループ２０が図４に示すように確立される、又はその反対の構成で確立されるとき）ことを利用することもでき、その場合には、この技術は、Ｒピークの方向に基づく、各被験者ごとの２つのＥＣＧ信号成分（すなわち２組のＲピークのセット）へのＥＣＧ信号の初期「分離」を実行し、次いでセンサ１２による測定値を使用して、それらのＥＣＧ信号成分のうちどちらが所要の被験者に対応するかを判定することができることは理解されるであろう。

導電性ループ２０がいかなる構成で確立されたときでも（したがって第１の被験者１６と第２の被験者１８のＲピークが同じ方向であるときでも反対方向であるときでも）使用することができる別の実施形態では、第１の被験者１６のＲピークは、（１）ＰＰＧ信号に基づいて各Ｒピークの脈波伝播時間（ＰＡＴ）を決定し（したがって、そのピークが第１の被験者１６のものであるか第２の被験者１８のものであるかに関わらず、各ＲピークのＰＡＴを決定し）、（２）決定したＰＡＴの分布を決定し、（３）この分布中の、第１の被験者１６の（代表）平均ＰＡＴに対応するピークを識別し（ＰＰＧ信号と同期している第１の被験者のＲピークから導出されるＰＡＴは、ＰＰＧ信号と非同期の第２の被験者１８のＲピークから導出されるＰＡＴよりはるかに一定しているため）、（４）分布中の識別したピークからしきい値量を超えて逸脱するＰＡＴを有する全てのＲピークを排除し、（５）その（１拍ごとの）心拍（変動）に対して不規則な全てのＲピークを排除することによって、識別することができる。上記の他の実施形態と同様に、次いで、残りのＲピーク（第１の被験者１６のＲピークであるはずである）のＰＡＴの分布を決定し、第１の被験者の平均ＰＡＴに対応するその分布中のピークを識別し、第１の被験者のＰＡＴを較正関数又は表を介して第１の被験者の血圧と関連付けることによって、第１の被験者１６の血圧を決定することができる。

ステップ１１３のさらに別の実施形態では、各被験者ごとに別個の生理学的特徴センサを設けて、生理学的特徴の測定値を各被験者ごとに得る。これらの追加のセンサは、適当な電極４、６の付近に位置付けて、ＥＣＧ信号が得られる間に測定を行うことができるようにすることができる。この実施形態における解析は、上述のものと同様であるが、両方の被験者の生理学的特徴の測定値を利用することができることにより、各被験者のＲピークの識別の精度が向上する。

さらに別の実施形態（上述のＥＣＧ信号成分を分離する技術と別個に使用することも、これと組み合わせて使用することもできる）では、デバイス２は、第２の被験者についての分かっているＥＣＧ特徴を利用して、第１の被験者１６のＥＣＧ信号成分のＥＣＧ信号からの分離を改善する、又は可能にすることができる。特に、較正段階中に、又は他の段階でデバイス２を使用して第１の被験者１６の生理学的特徴を測定する直前に、（例えば第２の被験者１８が自分の手で第２の電極６に触れ、第１の電極４を自分の前頭部、首部、胸部、又は反対の手に押し当てることによって）第２の被験者１８のＥＣＧ信号を取得し、記憶することができる。このＥＣＧ信号、或いはＥＣＧ信号から導出することができるＥＣＧ又はその他の生理学的特徴を使用して、両方の被験者の信号成分を含むＥＣＧ信号中で、第２の被験者１８に関連するＥＣＧ信号成分を識別することができる。ここで必要とされる処理は、別個のセンサ１２から得られる生理学的特徴の測定値を使用する他の分離技術についての上述した処理と同様である。この実施形態では、（ＥＣＧが生体測定法とすることができることから）ＥＣＧ信号が個人を一意的に識別することができるので、デバイス２を使用して第１の被験者１６の生理学的特徴を測定する前に第２の被験者１８について得られたＥＣＧ信号を使用して、デバイス２を使用している特定の第２の被験者１８を識別することができ、この情報を使用して、例えば、第１の被験者１６についての測定した生理学的特徴を適当な医療ファイルとリンクするのを支援することができる。

上記の実施形態のいくつかでは、ステップ１１３の前又は後で、制御ユニット８は、ＥＣＧ信号を解析して、それが２つの被験者（すなわち第１の被験者１６及び第２の被験者１８）についてのＥＣＧ信号を含むかどうかを評価し、したがってデバイス２が第２の被験者１８によって正しく使用されているかどうかを評価することができる。特に、第１の被験者１６の心拍数が第２の被験者１８の心拍数と全く同じであることはないので、制御ユニット８は、ＥＣＧ信号を解析して、そのＥＣＧ信号が異なる心拍数を有するＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定すればよい。いくつかの実施形態では、制御ユニット８は、ＥＣＧ信号を周波数領域で解析して、異なる心拍数を識別することができる。ＥＣＧ信号の周波数スペクトル（例えば高速フーリエ変換ＦＦＴスペクトル）は、ＥＣＧ信号中の任意のＥＣＧ信号成分によって表される心拍数に対応するピークを有することになるので、制御ユニット８は、ＥＣＧ信号のＦＦＴを決定し、代表的な心拍数が収まる周波数帯域（例えば３０から１４０ｂｐｍ、ただし実際には他の帯域を使用することもできる）でＦＦＴスペクトルのピークを識別すればよい。したがって、デバイス２が正しく使用されておらず、第１の被験者１６の心臓が導電性ループ２０内に含まれない場合には、ピークは１つしかないが（１つの心拍数に対応するもの）、デバイス２が正しく使用されている場合には、ピークは２つあることになる。ＥＣＧ信号を解析してその信号が２つの被験者についてのＥＣＧ信号を含むかどうかを評価する他の技術では、ピーク検出、ウェーブレット、及びＥＣＧ信号から導出することができる生理学的特徴測定値との相互相関（例えば上述のもの）を利用することができる。

制御ユニット８が測定したＥＣＧ信号中に２つの異なる心拍数を検出することができない場合には、第１の被験者の心臓が導電性ループ２０の一部になっていない可能性が高く、制御ユニット８は、第１の被験者１６の生理学的特徴を決定することができない。制御ユニット８が２つの異なる心拍数を検出することができない場合には、制御ユニット８は、デバイス２が正しく使用されていないこと、又は第２の被験者１８の第１の被験者１６との接触の仕方を変える必要があること（例えば第２の被験者１８が第１の被験者１６の反対の手又は腕を保持する必要があること）を示すフィードバックを、第２の被験者１８に提供することができる。このフィードバックは、例えばユーザインタフェース（例えばディスプレイ又は警告灯）を介して視覚的に、且つ／或いは（例えばスピーカを介して）聴覚的に提供することができる。

上述のように、ステップ１１５で、第１の被験者についての抽出したＥＣＧ信号を解析して、生理学的特徴の測定値を決定する。デバイス２に追加の生理学的センサ１２、１４がない実施形態では、第１の被験者の生理学的特徴は、完全にＥＣＧ信号自体から導出することができる特徴である。例えば、この生理学的特徴は、心拍数又は心拍変動とすることができる（これらは両方とも、連続したＲピークの間の時間間隔を計算することによって決定することができる）。ただし、好ましい実施形態では、この生理学的特徴は、別の生理学的特徴の測定値と組み合わせてＥＣＧ信号から導出することができる血圧又はその他の特徴である。

当業者なら、ＥＣＧ信号と、被験者の心臓から末梢（例えば指又は前頭部）に位置するＰＰＧセンサを使用して得られる脈波伝播時間（ＰＡＴ）の測定値とから血圧を導出することができる方法が分かるであろうが、以下に簡単な詳細を与える。

図１１は、短い期間（例えば数秒）における単一の被験者についての例示的なＥＣＧ信号及びＰＰＧ信号と、ＰＡＴと血圧との間の関係を示すグラフとを示す図である。ＥＣＧ信号のＲピークの１つと、ＰＰＧ信号の最小値点及び最大値点とに印を付けてある。ＰＡＴは、様々な方法で測定することができる。１つの手法では、ＰＡＴは、ＲピークとＰＰＧ信号中のピークとの間の時間によって与えられる。ＰＡＴ対血圧のグラフは、ＰＡＴが血圧に反比例する、すなわち血圧が低下するとＰＡＴが増加することを示している。このＰＡＴとＢＰの間の関係は、年齢、性別、身長及び体重の影響を受けるので、一連の較正関数又は表を使用して、特定のＰＡＴ測定値から血圧を決定することができる。

デバイス２が第１の被験者１６のＰＰＧ信号を測定するＰＰＧセンサ１２を含む実施形態では、デバイス２は、第１の被験者１６についてのＥＣＧ信号成分から導出される１つ又は複数の生理学的特徴に加えて、第１の被験者１６についての追加の生理学的特徴を決定することができる。これらの追加の特徴は、これらに限定されるわけではないが、心拍数、呼吸数／呼吸速度、心拍変動（ＨＲＶ）、脈圧変動（ＰＰＶ）を含む。図１２は、２サイクルの完全呼吸サイクルをカバーする反転ＰＰＧ信号を示す図であり、反転ＰＰＧ信号が心拍数（図１２（ａ）のピーク／最小値の頻度）、呼吸数（図１２（ｂ）に示す低周波数変調成分）、脈圧変動（図１２（ｃ）の振幅変調）、及び心拍変動（図１２（ｄ）に示すピークトゥピーク間隔変調）についての情報をどのように含むことができるかを示している。図１２では、心拍数、呼吸数、ＰＰＶ及びＨＲＶを示す様々な変調を異なる信号に示しているが、実際のＰＰＧ信号は、これらの変調のそれぞれを同時に含むことになることは理解されるであろう。当業者なら、心拍数、ＨＲＶ、呼吸速度／呼吸率、及びＰＰＶをＰＰＧ信号から決定する様々な技術が分かるであろう。したがって、本明細書では、これ以上の詳細は提供しない。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数の測定した生理学的特徴を示す指示を第２の被験者１８に（例えばデバイス２のディスプレイを介して、或いはスマートフォン、タブレット、又はコンピュータなどの遠隔デバイスを介して）提供することに加えて、又はその代わりに、デバイス２が測定値を参照値（例えば健康な個人についての通常値、又は第１の被験者１６の以前の測定値）と比較して、偏移量を決定することができる。これらの偏移、或いは１つ又は複数の生理学的特徴の測定値自体に重み付けをして結合して、第１の被験者１６の全体的な健康状態を示す「スコア」を提供することができる。

例えば、デバイス２は、図１３に示す英国王立内科医協会の早期警告スコアに似た「基本健康スコア」又は「フル健康スコア」を計算することができる。図１３では、非生理学的パラメータ「任意の補給酸素」及び「意識レベル」は、上述した実施形態で測定することができる特徴ではないので、取り消されている。ただし、代替の実施形態では、これら２つの特徴の値を手作業でデバイス２に入力し、それらを使用して健康スコアを計算することもできる。図１３に示す例示的なスコアシステムによれば、「基本健康スコア」は、０から９の範囲であり、３つのパラメータ、すなわち心拍数、呼吸速度、及びＰＡＴから導出されるＢＰ（これらは全て本発明の実施形態によって導出することができる）に基づいており、「フル健康スコア」（心拍数、呼吸速度、ＰＡＴから導出されるＢＰ、酸素飽和度（２波長ＰＰＧを用いて測定することができる）、及び温度を必要とする）は、０から１２の範囲であり、どちらのタイプのスコアの場合でも、スコアが高い方が第１の被験者１６の健康状態が悪いことを示している。

本発明によるデバイス２は、血行力学的変動の指標（心拍変動、脈圧変動、及びＰＡＴ変動）など、上述したもの以外のパラメータを使用して、又は上述したものに加えて他のパラメータを使用して、スコアを計算することができることは理解されるであろう。

したがって、第２の被験者が操作して、第１の被験者のＥＣＧ信号から第１の被験者の生理学的特徴の測定値を得ることができる、デバイスの様々な実施形態が提供される。

本発明について、図面に図示し、上記の説明で詳細に説明したが、これらの図示及び説明は、例証的又は例示的なものとみなされるものであり、制限的なものとみなされるものではなく、本発明は、開示した実施形態に限定されない。

開示した実施形態に加えられる様々な変形は、当業者なら、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を調べることにより、請求する発明を実施する際に理解し、実施することができる。特許請求の範囲において、「備える」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又はその他のユニットで、特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を実行することもある。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていても、単にその事実を以て、それらの手段を組み合わせて有利に使用することができないことを示しているわけではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又はその一部として供給される光記憶媒体又は半導体媒体など適当な媒体に記憶する／そうした媒体に載せて配布することができるが、インターネット或いはその他の優先又は無線電気通信システムを介するなど、その他の形態で配布することもできる。特許請求の範囲におけるいかなる参照符も、その範囲を限定するものとして解釈してはならない。

Claims (15)

1. 第１の被験者の生理学的特徴を測定するデバイスであって、前記デバイスは、
   前記第１の被験者の体の一部と接触する第１の電極と、
   第２の被験者の体の一部と接触する第２の電極と、
   前記電極を使用して心電図（ＥＣＧ）信号を取得し、前記ＥＣＧ信号を処理して前記第１の被験者の生理学的特徴の測定値を決定する制御ユニットと
   を備えるデバイスであって、
   前記ＥＣＧ信号が、前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分、及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含み、前記制御ユニットが、前記電極から取得された前記ＥＣＧ信号を処理して、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出し、前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の前記生理学的特徴の測定値を決定する、
   デバイス。
2. 前記第１のＥＣＧ信号成分は、前記第１の被験者に関連するＲピークを含み、前記第２のＥＣＧ信号成分は、前記第２の被験者に関連するＲピークを含み、前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を処理して、前記第１の被験者及び前記第２の被験者の一方に対応する少なくともＲピークの第１のセットを識別する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記制御ユニットは、前記第１のセットのＲピークを、（ｉ）前記ＥＣＧ信号中の最大値又はしきい値を超える最大値、及び（ｉｉ）前記ＥＣＧ信号中の最小値又はしきい値未満の最小値のうちの一方として識別する、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記デバイスは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方の第２の生理学的特徴を測定するセンサをさらに備える、請求項１乃至３の何れか一項に記載のデバイス。
5. 前記制御ユニットは、前記第２の生理学的特徴の前記測定値を使用して、前記ＥＣＧ信号から前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する、請求項５に記載のデバイス。
6. 前記第２の生理学的特徴は、前記ＥＣＧ信号から導出することもできる生理学的特徴である、請求項４又は５に記載のデバイス。
7. 前記制御ユニットは、
   前記ＥＣＧ信号から、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方又は両方についての前記第２の生理学的特徴の値を導出し、
   前記ＥＣＧ信号から導出した前記第２の生理学的特徴の１つ又は複数の値を、前記センサから得られる前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方についての前記第２の生理学的特徴の測定値と比較し、
   前記センサから得られる前記測定値に最も近い前記第２の生理学的特徴の値を有する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方に対応する信号成分として識別すること
   によって、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する、請求項４、５又は６に記載のデバイス。
8. 前記制御ユニットは、
   前記第２の生理学的特徴の前記１つ又は複数の値を前記ＥＣＧ信号と相関させ、
   前記相関の結果を使用して、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの一方に対応する前記ＥＣＧ信号中のＥＣＧ信号成分を識別すること
   によって、前記第１の被験者に関連する前記第１のＥＣＧ信号成分を抽出する、請求項４、５又は６に記載のデバイス。
9. 前記センサは、前記第１の被験者及び前記第２の被験者のうちの前記一方のフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を測定するためのものであり、前記制御ユニットは、前記第１のＥＣＧ信号成分を、前記ＰＰＧ信号中のピークに対応する前記ＥＣＧ信号中のＲピークとして抽出する、請求項４、５又は６に記載のデバイス。
10. 前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定し、前記ＥＣＧ信号が一方の被験者のＥＣＧ信号しか含まない場合には、前記第２の被験者にフィードバックを提供する、請求項１乃至９の何れか一項に記載のデバイス。
11. 前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が、互いに反対の極性を有する２組のＲピークのセットを含むかどうかを判定することによって、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記制御ユニットは、前記ＥＣＧ信号の周波数スペクトルを解析して前記ＥＣＧ信号が異なる心拍数を有するＥＣＧ信号成分を含むかどうかを特定することによって、前記ＥＣＧ信号を解析して、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者及び前記第２の被験者のＥＣＧ信号成分を含むかどうかを判定する、請求項１０に記載のデバイス。
13. 第１の被験者の生理学的特徴を測定するためのデバイスの作動方法であり、前記方法は、
    前記第１の被験者の体の一部と接触する第１の電極及び第２の被験者の体の一部と接触する第２の電極を使用して心電図（ＥＣＧ）信号を取得するステップであり、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含むステップと、
    前記ＥＣＧ信号を処理して前記第１の被験者に関連する前記第１の信号成分を抽出するステップと、
    前記第１のＥＣＧ信号成分を処理して、前記第１の被験者の前記生理学的特徴を決定するステップと
    を含む、方法。
14. コンピュータ可読コードが実装されたコンピュータ可読媒体を含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードが、適当なコンピュータ、プロセッサ又は制御ユニットによって実行されたときに、前記コンピュータ、プロセッサ又は制御ユニットに請求項１３に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
15. 第１の電極及び第２の電極を備えるデバイスを使用して第１の被験者の生理学的特徴を測定する方法であって、前記方法が、
    前記第１の電極を前記第１の被験者の体の一部に接触させ、前記第２の電極を第２の被験者の体の一部に接触させ、前記第１の被験者と前記第２の被験者との間の接触を確立することによって、前記デバイスの制御下にある前記第１の被験者と、前記デバイスと、前記第２の被験者との間の導電性ループを生成するステップと、
    前記デバイスを作動して、前記第１の電極及び前記第２の電極を介して得られる心電図（ＥＣＧ）信号から前記第１の被験者の生理学的特徴を測定するステップであって、前記ＥＣＧ信号が前記第１の被験者に関連する第１のＥＣＧ信号成分及び前記第２の被験者に関連する第２のＥＣＧ信号成分を含むステップと
    を含む、方法。

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