JP4871411B2 - 自動センサ位置認識システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動センサ位置認識システムに関する。本発明は、人体におけるセンサの位置を自動的に認識する方法、及びこのようなシステムの使用にも関する。

上下肢障害は、脳卒中の後の神経欠損の最も一般的な形態のうちの一つである。患者は、不十分な協調運動能力及び弱い筋肉に苦しむ。治療され得る他の状況は、認知障害、視覚障害、音声の問題であり得る。いくつかの関連する治療の手順は、遠隔監視の下で自宅において実行され得る。

患者の運動能力を評価し、適切なフィードバックを提供するため、患者の動きに関するデータが必要とされる。この目的のため、センサ又はマーカは、患者の身体の異なる位置に取り付けられる。使用されるセンサ又はマーカの絶対的な方向は決定可能であるが、これらの空間的な絶対的な位置は、決定することができない。方向測定を体の動き及び姿勢に変換するため、センサが取り付けられた身体の部分を知ることが必要である。

現在、この情報は、身体の部分をユニークなセンサ識別情報と関連付けることによって、手動でデータ処理ユニットに供給される。この手続きは、センサが常に身体に取り付けられていることを必要とする。これが人間の相互作用を必要とするので、誤りが発生しやすいだけでなく、このようなシステムを使用するとき、特に障害のある患者にとって支障をきたす。

国際特許出願公開ＷＯ２００４／０５３４４４は、人の体温を監視するシステム及び方法を開示する。このシステムは、1又はそれより多くのセンサ装置を有し、各センサ装置は、人間又は他の動物の体の既知の位置における温度を測定可能である。各センサは、温度測定値及びセンサ識別情報をモニタ装置に送信する。モニタ装置は、温度測定値及びセンサ識別情報を受信し、測定するセンサ、身体年齢、年齢に基づいて調整された温度値を計算する。センサが身体の位置に依存して異なる温度を報告するので、測定された温度を個々のセンサに割り当てることの重要性が述べられる。これは、センサ識別番号、センサ製造時に割り当てられるユニークなセンサ登録番号、センサ位置インジケータ、身体年齢、並びにアラーム制限の上限及び下限を含むセンサの登録表を使用して開始される。したがって、情報は手動で入力されなければならず、これに関連した欠点がある。

上記のように、自動的なセンサ位置決めシステム、及び人体におけるセンサの位置を自動的に認識する方法の技術のニーズが依然として存在することは明白である。

本発明は、自動センサ位置認識システムを提供することによって、このニーズ及び他のニーズに取り組み、このシステムは、
人体の所定の位置に位置され、ユニークな識別情報を有する位置認識ユニットと、
ユニークな識別情報を有するセンサと、
センサに割り当てられ、位置認識ユニット及びセンサと通信する通信ユニットと、
通信ユニットと通信するデータ処理ユニットと、
データ処理システムと通信し、位置認識ユニットのユニークな識別情報及び位置識別情報の所定の位置の相関関係を有するデータベースと
を有する。

位置認識ユニットは、人体の所定の位置に位置される装置又はマーキングとして理解されるべきである。これは、他の装置によって読み取られ得るユニークな識別情報を有する。この識別情報は、英数字、グラフィカルシンボル等で表現される２進数、１０進数、１６進数、又は他の形態である。ユニークであるということは、システム内に同じ識別情報を有する他のユニットがないという事実に関する。識別情報は、例えば３２ビット又は６４ビットの２進数で識別情報を表現することにより、これまで製造された全てのユニットに対してユニークであるようにも選択され得る。ユニットの所定の位置は、例えば人の頭部、上腕、下腕、肩、指、手、胴、太もも、下肢や足のような位置であり得る。

自動的に認識されるべき位置にあるセンサは、ユニークな識別情報も有する。この識別情報は、英数字、グラフィカルなシンボル等で表される２進数、１０進数、１６進数、又は他の形式であり得る。ユニークさは、システム内に同一の識別情報を有する他のセンサがないという事実に関する。この識別情報は、例えば３２ビット又は６４ビットの２進数で識別情報を表現することによって、これまで製造されたこのようなセンサ全てに対してユニークであるようにも選択され得る。

通信ユニットは、論理的及び／又は物理的な態様でセンサに割り当てられる。論理的な態様で割り当てられた場合、通信ユニットは、あるセンサに属するとして識別可能である。例えばセンサに組み込むことによって、物理的にセンサに割り当てることも可能である。最初に、通信ユニットは、ユニークセンサ識別情報及びセンサ信号をデータ処理ユニットに送信し得、それからセンサ信号は、更に処理及び評価され得る。第２に、通信ユニットは、位置認識ユニットのユニークな識別情報を読み取ることができる。組み合わせて、通信が、互いに関連づけられる両方のユニークな識別情報を伝送し得る。この伝送は、有線接続、赤外線、ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１等のような無線技術、又は人体の導電性によって実行され得る。最後の例では、人の皮膚を介して電気信号を送信するであろう。この体結合通信は、人間の運動に大きな自由を与えるという利点を有する。センサ、通信ユニット、及びデータ処理ユニットが、全て人体に位置される場合、これらをボディエリアネットワークに組み込むことも可能である。ボディエリアネットワークの個々のコンポーネントは、上記の技術によって通信し得る。

データ処理ユニットは、通信ユニットから信号を受信する。付加的に、これは、センサから信号を直接受信し得る。これは、データベースと通信する。このデータベースは、どの位置認識ユニットがどの所定の位置にあるかについての記憶された情報を有する。これは、位置認識ユニットのユニークな識別情報とこの所定の位置とを相関づけることによって行われる。

したがって、通信ユニットを位置認識ユニットにおけるセンサとともに位置する場合、センサ及び位置認識ユニットのユニークな識別子は、対にされ、データ処理ユニットに送信される。

データベースは、別個の物理的存在（エンティティ）又は論理的存在（エンティティ）であり得る。データベースは、別個の物理的存在として、自身の大容量ストレージ装置上に存在し得、インタフェースを介してデータ処理ユニットに接続され得る。論理的存在として、データベースは、分割され得、位置認識ユニット及び／又はセンサに統合されるこの個々の構成要素を有し得る。位置認識ユニットのユニークな識別子は、この形態で位置認識ユニットがどこに位置されるかについての位置も有する。論理データベースのデータ処理ユニットとの通信も、通信ユニットを介して行われる。

それからデータベースにアクセスすると、人体における位置を問題となるセンサに割り当てるために必要とされる全ての情報が提供される。それからデータ処理ユニットは、例えばアバターの形態で人間の正確な表現を計算することができる。

センサが位置認識ユニットから取り除かれるときを検出することも可能である。このタスクは、通信ユニットによって実行され得る。データ対の相関を最新の状態で維持するため、システムは、特定のセンサがもはや存在しないことを登録可能である。同じことは、センサがスイッチオフされるか、又は測定値の送信を停止する状況に適用し、これは、誤差補正を可能にする。

要約すると、本発明によるシステムは、センサと身体の部分との間の自動的な関連付け、及びこれらの関連付けを得る手段を提供する。結果として、身体の部分をセンサに割り当てるために、これ以上人の相互作用は、必要とされない。したがって、割り当て誤りが回避され得、患者は、特定のセンサを特定の身体の部分に取り付けることにこれ以上悩まされず、実行しようとする運動に更に集中することができ、また、体温を測定する場合、異なるセンサから読み取る温度が正確に解釈されることは、より保証され得る。これは、古いセンサに対する置き換えとして、又はシステムに対する追加として、新たなセンサが導入される場合には特にそうである。

本発明は、以下の図を参照してより容易に理解されるであろう。

図１は、本発明によるシステムを備える人を示す。

発明の詳細な説明の前に、本発明が、記載される装置の特定の部品又は記載される方法の処理ステップに制限されず、このような装置及び方法は、変化し得るということは、理解されるべきである。ここで使用される用語は、特定の実施例を説明することのみを目的とし、制限することを意図されないことも理解されるべきである。明細書及び請求項に使用されるような単数形の表記は、文脈的に明確に他の物を指示しない限り、単数形及び／又は複数形を含むとして、留意されなければならない。したがって、例えば「センサ」という表記は、２又はそれより多くのセンサを含み、「位置認識ユニット」は、１より多くのこのような装置を含む等である。

本発明の一実施例において、位置認識ユニットのユニークな識別情報は、光学的手段によって読むことができる形態で記憶される。このようなストレージ形態の例は、バーコード及び２次元ピクセル配列を含む。好ましくは、これらのマーキングは、レーザビームを介してスキャンされる。識別情報の光学的な読み取りの利点は、印刷されたシールを使用することによって単純に達成され得るので、低コストで情報を展開可能であることを含む。したがって、最も単純な形態の位置認識ユニットは、バーコードラベルである。

本発明の他の実施例において、位置認識ユニットのユニークな識別情報は、電気的又は電子的な手段によって読み取り可能な形態で記憶される。これに対する例は、無線周波数識別情報（ＲＦＩＤ）のような無線伝送と、位置認識ユニットが、識別情報を読み出すため、通信ユニットの正確な接触により触れられなければならない電気的接触部を有する有線手段とを含む。電気的読み出しの利点は、大量のデータを伝送する可能性と、ＲＦＩＤの場合、この読み取りが、位置認識ユニットが衣類の下に隠されている場合でも阻害されないこととを含む。

本発明の他の実施例において、位置認識ユニットは、人間により着用される衣類の一部である。位置認識ユニットが位置される例は、ジャケット、パンツ、及びベルトを含む。更に、衣服は、これを特定のある態様でのみ着用できるように仕立てられ得る。例は、手袋、靴下、又は肩及び上腕に着用される衣服であり得る。この特定の仕立ては、位置認識ユニットの位置を制限するのに役立つ。光学的マーキング、ＲＦＩＤ、及び情報を記憶する他の手段は、衣服上又は衣服内に配置され得る。更に、センサは、これらをポケットに配置することによって、衣服に固定され得る。位置認識ユニットは、ポケットにも組み込まれ得る。上記のように衣服内の位置認識ユニットを配置することの利点は、必要なときに人がこのユニットを担持することのみが必要とされることを含む。

本発明の他の実施例において、位置認識ユニットは、人体上及び／又は人体内に直接位置される。例えばＲＦＩＤチップは、皮膚に接着されるか、又は皮膚の下にインプラントされ得る。同様に、光学的マーキングは、永続的又は非永続的なインクを使用して、皮膚に直接適用され得る。これは、光学的マーキングをタトゥーすることを含む。この文脈では、非永続的なインクは、一定の期間、例えば４週間、８週間、１２週間、又は１年経った後、分解又は洗い流される。位置認識ユニットの可逆的付加は、人に対して、これ以上の運動を行う必要がない場合に、これ以上身に付けなくてもよくする。位置認識ユニットを直接人体に取り付けることの利点は、自身の位置が非常に明確に定義され得、変化しないことである。更にこれは、センサの人体への取り付けを簡素化する。例えばセンサは、特別なスーツを着用することなく、それぞれの肢にのみ固定されなければならない。

本発明の更なる実施例において、位置認識ユニット及びセンサは、センサの所定の空間的な１方向のみにおいて、位置認識ユニットのユニークな識別情報の読み取りが許容される態様で相互作用するように適合される。これは、人体にセンサを配置するいくつかの態様が存在する場合に、センサを制限するのに役立つ。例えばセンサが人に対して上下逆さまに配置されることは、除外され得る。このような制限を達成する態様は、非対称的に配置される位置認識ユニットとの接触部と、非対称的に配置される光学的マークとを含む。同様に、位置認識ユニットは、取り付ける通信ユニットを１つの空間的な方向に制限する機械的な要素も有し得る。１つの所定の空間的な方向のみにユニークな識別情報の読み取りを許可することにより、問題となる人体の部分に関して、センサの方向及び正確な相対的位置を決定することも可能である。例えばバーコードの光学的なマーキングの場合、これは、バーコードの線がどの方向に走っているかで決定され得る。センサの方向は、ここから決定され得る。同様に、センサが正確に配置されていないことは、光学、電気、又は触覚的フィードバックのような手段によって、ユーザに伝えられ得る。

本発明の他の実施例において、センサは、モーションセンサ、慣性センサ、加速度センサ、重力センサ、磁界センサ、体温センサ、脈拍センサ、血中酸素センサ、筋電図センサ、心電図センサ、及び／又は視覚的なトラッキングをする光学的マーキングを含むグループから選択される。これらのタイプのセンサは、体の姿勢、動き、又は人の状態を監視するために有利に使用される。いくつかのセンサ、例えば加速度センサ、重力センサは、組み合わされ得る。体温センサは、人の発熱又は人の物理的な運動を監視するために使用され得る。筋電図センサは、特定の肢又は身体の部分の疲労のレベルを評価するために使用され得る。例えば人の2つの脚の間の疲労が不均一に分布することは、この人が、一方の脚を過度に動かして、したがって正しく歩いていないことを示し得る。心電図センサが、人体の様々な位置、例えば胸、腕、及び脚に正確に配置されることを必要とするので、これらは、本発明によるシステムに組み込まれることからも恩恵を受ける。視覚的な追跡するための光学的マーキングも有利に使用される。これらは、人の姿勢又は動きを示すため、カメラによって識別され得る。

本発明は、更に、人体におけるセンサの位置を自動的に認識する方法に関し、この方法は、
ユニークな識別情報を有する位置認識ユニットを人体の所定の位置に設けるステップと、
位置認識ユニットにセンサを配置するステップと、
センサに割り当てられる通信ユニットを使用して、位置認識ユニットからユニークな識別情報を読み取るステップと、
センサのユニークな識別情報を読み取るステップと、
位置認識ユニット及びセンサのユニークな識別情報のデータ対をデータ処理ユニットに送信するステップと、
位置認識ユニットのユニークな識別情報及び位置認識ユニットの所定の位置の相関関係を有するデータベースにアクセスするステップと、
センサのユニークな識別子を位置認識ユニットの所定の位置と相関づけるステップと
を有する。

最初のステップにおいて、ユニークに識別可能な位置認識ユニットは、人体の所定の位置に配置される。これは、身体に直接配置され得るか、又は人によって着用される衣服によって配置される。位置認識ユニットのこの位置及びユニークな識別情報は、相関づけられ、データベースに記憶される。このようなデータベースの例は、以下の通りであり得る。
位置認識ユニット＃1111は、右上腕に配置される。
位置認識ユニット＃2222は、左上腕に配置される。
位置認識ユニット＃3333は、左足に配置される。
位置認識ユニット＃4444は、右足に配置される。

もちろん、位置の説明は、位置認識ユニットが配置される正確な骨及び肢を示すように解剖学的用語を使用することによって、より具体的にされ得る。

次のステップは、位置認識ユニットにセンサを配置することに関する。これによって、センサが正確に取り付けられることを保証する。好ましくは、センサと通信ユニットとが互いに統合される。それから通信ユニットは、センサ及び位置認識ユニットのユニークな識別情報を読み取る。この読み取りは、光学的又は電気的手段を介して実行され得、後者は、無線又は有線伝送によって更に区別され得る。結果は、以下の通りであり得る。
位置認識ユニット＃1111は、センサ＃5555と接触される。
位置認識ユニット＃2222は、センサ＃6666と接触される。
位置認識ユニット＃3333は、センサ＃7777と接触される。
位置認識ユニット＃4444は、センサ＃8888と接触される。

それから位置認識ユニット及びセンサのユニークな識別情報のデータ対は、通信ユニットによってデータ処理ユニットに伝送される。再び、これは、有線又は無線伝送を介して実行され得る。このデータ処理装置は、位置認識ユニットのユニークな識別情報及びこの所定の位置のデータ対が記憶されるデータベースと通信する。データ処理ユニットが利用可能な全ての必要な情報を有するので、これは、センサのユニークな識別子を所定の位置と相関づけることができる。結果は以下の通りであり得る。
センサ＃5555は、右上腕に位置される。
センサ＃6666は、左上腕に位置される。
センサ＃7777は、左足に位置される。
センサ＃8888は、右足に位置される。

このことから、個々のセンサからの信号も、所定の位置と相関づけられ得るという結果となる。

要約すると、あるセンサを特定の位置に常に配置するという必要性は、排除される。任意のセンサは、必要とされる位置に配置され得る。本発明による方法は、センサの信号が正確に処理、表示、及び解釈され得るように、個々の位置をセンサに割り当てることを行う。

本発明による方法の一実施例において、センサは、モーションセンサ、慣性センサ、加速度センサ、重力センサ、磁界センサ、体温センサ、脈拍センサ、血中酸素センサ、筋電図センサ、心電図センサ、及び／又は視覚的なトラッキングをする光学的なマーキングを含むグループから選択される。センサ及びマーキングは、既に上で議論されている。

本発明は、人体におけるセンサの位置を自動的に識別する本発明によるシステムの使用に更に関する。

図１は、本発明によるシステムを有する人を概略的に示す。片方の腕に、この人物は、位置認識ユニット（１）を構成するバーコードの形態の光学的マーキングを有する。更に、この人物は、胸の周りに着用されたベルト（６）のポケット内に第２位置認識ユニット（１'）を着用する。例として、この人は、自身の脚に第３位置認識ユニット（１"）も有する。このユニットは、１つの所定の方向のみでアクセスされ得るように形成される。各ユニット（１，１'，１"）のユニークな識別情報及びこれらの位置は、データベース（５）に記憶される。

バーコード位置認識ユニット（１）に戻ると、これは、通信ユニット（３）により接触される。バーコードは、線の太さの変化によってエンコードされるユニークな識別情報を含む。この通信ユニット（３）は、このバーコードを読み取り、ユニークな識別情報を抽出する。更に、通信ユニットは、センサ（２）のユニークな識別情報を読み取る。通信ユニット（３）及びセンサ（２）は、別個の存在を形成し、特にこれらは、機械的に接続される。通信ユニット（３）は、点線の矢印で示されるように、集められた情報をデータ処理ユニット（４）に伝送する。データ処理ユニット（４）は、データベース（５）と通信する。センサ（２）及び位置認識ユニット（１）のユニークな識別情報と、位置認識ユニットのユニークな識別情報／位置の相関づけられたデータを使用して、データ処理ユニット（４）は、位置をセンサ（２）に割り当て得る。

本出願を過度に拡張することなく、包括的な開示を提供するため、出願人は、上記の特許及び特許出願の各々を参照することにより本願に組み込む。

上記の実施例の要素及び特徴の特定の組み合わせは、一例に過ぎず、本願及び参照により組み込まれる特許／出願における他の教示と、これらの教示を置き換える及び代用することも、明示的に考慮される。当業者が認識するように、ここに記載されるものの変形例、修正例、及び他の実施例は、請求項に記載される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者に思いつくであろう。したがって、上の記載は、例示するのみで、制限するとして意図されない。本発明の範囲は、以下の請求項及びこれと等価のもので規定される。更に、明細書及び請求項において使用される参照符号は、請求項に記載された本発明の範囲を制限しない。

Claims (10)

1. 人の体における所定の位置に位置され、ユニークな識別情報を有する位置認識ユニットと、
   ユニークな識別情報を有するセンサと、
   前記センサに割り当てられ、前記位置認識ユニットのユニークな識別情報及び前記センサのユニークな識別情報を読み取って送信する通信ユニットと、
   前記位置認識ユニットのユニークな識別情報と、前記位置認識ユニットの所定の位置との相関関係情報を有するデータベースと、
   前記通信ユニットにより読み取られた前記位置認識ユニット及び前記センサのユニークな識別情報を受信し、前記データベースと通信して、前記受信された前記位置認識ユニットのユニークな識別情報に相関される前記位置認識ユニットの所定の位置を、前記受信された前記センサのユニークな識別情報に関連付けるデータ処理ユニットと
   を有する、自動センサ位置認識システム。
2. 前記位置認識ユニットの前記ユニークな識別情報が、光学的手段によって読み取り可能な形態で記憶される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記位置認識ユニットの前記ユニークな識別情報が、電気的又は電子的手段によって読み取り可能な形態で記憶される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記位置認識ユニットが、前記人によって着用される衣服の一部である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記位置認識ユニットが、前記人の上及び／又は内部に直接位置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記位置認識ユニット及び前記センサは、前記位置認識ユニットの前記ユニークな識別情報の読み取りが、前記センサの所定の１つの空間的な方向のみにおいて許容されるように相互作用する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記センサが、モーションセンサ、慣性センサ、加速度センサ、重力センサ、磁界センサ、体温センサ、脈拍センサ、血中酸素センサ、筋電図センサ、心電図センサ、及び／又は視覚的に追跡する光学的マーキングを含むグループから選択される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 人の体におけるセンサの位置を自動的に認識する方法であって、
   ユニークな識別情報を有する位置認識ユニットを人の体の所定の位置に設けるステップと、
   センサを前記位置認識ユニットに配置するステップと、
   前記センサに割り当てられる通信ユニットを使用して、前記位置認識ユニットから前記ユニークな識別情報を読み取るステップと、
   前記センサの前記ユニークな識別情報を読み取るステップと、
   前記位置認識ユニット及び前記センサの前記ユニークな識別情報のデータ対をデータ処理ユニットに伝送するステップと、
   前記位置認識ユニットの前記ユニークな識別情報、及び前記位置認識ユニットの前記所定の位置の相関関係情報を有するデータベースにアクセスするステップと、
   前記センサの前記ユニークな識別情報を前記位置認識ユニットの前記所定の位置と関連付けるステップと
   を有する方法。
9. 前記センサが、モーションセンサ、慣性センサ、加速度センサ、重力センサ、磁界センサ、体温センサ、脈拍センサ、血中酸素センサ、筋電図センサ、心電図センサ、及び／又は視覚的にトラッキングする光学的なマーキングを含むグループから選択される、請求項８に記載の方法。
10. 人の体におけるセンサの位置を自動的に認識する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステムの使用。

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