JP5677788B2 - 生理学的特性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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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に対して優先権を主張する。この優先出願の内容は、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 + εXi) 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。本発明の一つの実施形態によれば、被験者の生理学的パラメータを非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムは、一般的に、(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着用可能なモニタリング用衣類、および(2) 磁力計システムを含み、磁力計システムはモニタリング用衣類に埋め込まれ、また磁力計システムは、間の距離の変化に反応する磁力計を含み、さらに磁力計システムは、磁力計間の距離の変化を示す少なくとも1つのシグナルを生成するように適合される。例えばコイルや磁石等、様々な種類の磁力計が、磁力計システムにおいて使用可能である。
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(例えば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。
また、本発明は、たとえば、以下の態様の発明を含む。
[1]
身体活動に従事する被験者のパラメータを非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムであって、該モニタリングシステムは、
被験者の胴体の一部を覆うように構成されたモニタリング用衣類と、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、第1位置において第1磁場を生成するように構成された第1送信磁力計と、第2位置において該第1磁場を受信するように構成された第1受信磁力計と、を含む磁力計システムと、を含み、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間の距離の変化に反応し、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間の距離の変化を示すシグナルを生成し、送信するように更に構成された、モニタリングシステム。
[2]
身体活動に従事する被験者のパラメータを非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムであって、該モニタリングシステムは、
被験者の胴体の一部を覆うように構成されたモニタリング用衣類と、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、第1送信磁力計と、第1受信磁力計と、第2送信磁力計と、第2受信磁力計と、を含む磁力計システムと、を含み、
該第1送信磁力計は、第1位置において第1磁場を生成するように構成され、
該第1受信磁力計は、第2位置において該第1磁場を受信するように構成され、
該第2送信磁力計は、第3位置において第2磁場を生成するように構成され、
該第2受信磁力計は、第4位置において該第1および第2磁場を受信するように構成され、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間、第3位置と第4位置との間、および第1位置と第4位置との間の距離の変化に反応し、第1位置と第2位置との間の距離の変化を示す第1シグナル、第3位置と第4位置との間の距離の変化を示す第2シグナル、および第1位置と第4位置との間の距離の変化を示す第3シグナルを生成し、送信するように更に構成された、モニタリングシステム。
[3]
前記モニタリング用衣類がシャツを含む、[2]に記載のモニタリングシステム。
[4]
[3]に記載のモニタリングシステムであって、被験者がモニタリング用衣類を着用したときに、第1位置は被験者の腹部に近接した被験者の前面上にあり、第2位置は第1位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、第4位置は被験者の胸骨の基部に近接した被験者の前面上にあり、第3位置は第4位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、これにより、第1シグナルは被験者の腹部の変位を示し、第2シグナルは被験者の胸郭の変位を示し、第3シグナルは被験者の胸壁の変位を示す、モニタリングシステム。
[5]
第1、第2、第3シグナルを処理するためのプロセッサシステムと、
該第1、第2、第3シグナルを磁力計システムからプロセッサシステムへと送信するための送信システムと、を更に含む、[2]に記載のモニタリングシステム。
[6]
前記プロセッサシステムが、第1、第2、第3シグナルから少なくとも1つの呼吸パラメータを決定するための経験的関係を含む、[5]に記載のモニタリングシステム。
[7]
前記プロセッサシステムが前記モニタリング用衣類に埋め込まれている、[5]に記載のモニタリングシステム。
[8]
前記送信システムが無線通信リンクおよび関連プロトコルを含む、[5]に記載のモニタリングシステム。
[9]
前記送信システムが有線送信ネットワークを含む、[5]に記載のモニタリングシステム。
[10]
前記プロセッサシステムおよび前記磁力計システムが前記モニタリング用衣類によって保持される、[5]に記載のモニタリングシステム。
[11]
前記シャツが袖なしである、[3]に記載のモニタリングシステム。
[12]
身体活動に従事する被験者のパラメータを非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムであって、該モニタリングシステムは、
被験者の胴体の一部を覆うように構成されたモニタリング用衣類と、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、第1送信磁力計と、第1受信磁力計と、第2送信磁力計と、第2受信磁力計と、を含む磁力計システムと、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、被験者に関係した生理学的パラメータを検出し、該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して送信するように構成された生理学的センサシステムと、
プロセッサシステムと、
送信システムと、を含み、
該第1送信磁力計は、第1位置において第1磁場を生成するように構成され、
該第1受信磁力計は、第2位置において該第1磁場を受信するように構成され、
該第2送信磁力計は、第3位置において第2磁場を生成するように構成され、
該第2受信磁力計は、第4位置において該第1および第2磁場を受信するように構成され、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間、第3位置と第4位置との間、および第1位置と第4位置との間の距離の変化に反応し、第1位置と第2位置との間の距離の変化を示す第1シグナル、第3位置と第4位置との間の距離の変化を示す第2シグナル、および第1位置と第4位置との間の距離の変化を示す第3シグナルを生成し、送信するように更に構成され、
該プロセッサシステムが、第1、第2、第3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および該生理学的パラメータシグナルを生成して送信するように構成され、
該送信システムが、第1、第2、第3シグナルおよび生理学的パラメータシグナルを、該磁力計システムおよび該生理学的センサシステムから該プロセッサシステムへ送信するように構成された、モニタリングシステム。
[13]
前記モニタリング用衣類がシャツを含む、[12]に記載のモニタリングシステム。
[14]
[13]に記載のモニタリングシステムであって、被験者がモニタリング用衣類を着用したときに、第1位置は被験者の腹部に近接した被験者の前面上にあり、第2位置は第1位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、第4位置は被験者の胸骨の基部に近接した被験者の前面上にあり、第3位置は第4位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、これにより、第1シグナルは被験者の腹部の変位を示し、第2シグナルは被験者の胸郭の変位を示し、第3シグナルは被験者の胸壁の変位を示す、モニタリングシステム。
[15]
前記送信システムが無線通信リンクを含む、[14]に記載のモニタリングシステム。
[16]
前記送信システムが有線送信ネットワークを含む、[12]に記載のモニタリングシステム。
[17]
前記プロセッサシステムが前記モニタリング用衣類に埋め込まれている、[12]に記載のモニタリングシステム。
[18]
前記プロセッサシステム、前記磁力計システムおよび前記生理学的センサシステムのうちの少なくとも1つが前記モニタリング用衣類によって保持される、[12]に記載のモニタリングシステム。
[19]
前記シャツが袖なしである、[13]に記載のモニタリングシステム。
[20]
呼吸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前記プロセッサシステムから受信し、該呼吸パラメータシグナルが示す呼吸パラメータおよび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認識および表示するように構成されたモニタリングシステムを更に含む、[12]に記載のモニタリングシステム。
Claims (19)
- 身体活動に従事する被験者のパラメータを非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムであって、該モニタリングシステムは、
被験者の胴体の一部を覆うように構成されたモニタリング用衣類と、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、第1送信磁力計と、第1受信磁力計と、第2送信磁力計と、第2受信磁力計と、を含む磁力計システムと、を含み、
該第1送信磁力計は、第1位置において第1磁場を生成するように構成され、
該第1受信磁力計は、第2位置において該第1磁場を受信するように構成され、
該第2送信磁力計は、第3位置において第2磁場を生成するように構成され、
該第2受信磁力計は、第4位置において該第1および第2磁場を受信するように構成され、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間、第3位置と第4位置との間、および第1位置と第4位置との間の距離の変化に反応し、第1位置と第2位置との間の距離の変化を示す第1シグナル、第3位置と第4位置との間の距離の変化を示す第2シグナル、および第1位置と第4位置との間の距離の変化を示す第3シグナルを生成し、送信するように更に構成された、モニタリングシステム。 - 前記モニタリング用衣類がシャツを含む、請求項1に記載のモニタリングシステム。
- 請求項2に記載のモニタリングシステムであって、被験者がモニタリング用衣類を着用したときに、第1位置は被験者の腹部に近接した被験者の前面上にあり、第2位置は第1位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、第4位置は被験者の胸骨の基部に近接した被験者の前面上にあり、第3位置は第4位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、これにより、第1シグナルは被験者の腹部の変位を示し、第2シグナルは被験者の胸郭の変位を示し、第3シグナルは被験者の胸壁の変位を示す、モニタリングシステム。
- 第1、第2、第3シグナルを処理するためのプロセッサシステムと、
該第1、第2、第3シグナルを磁力計システムからプロセッサシステムへと送信するための送信システムと、を更に含む、請求項1に記載のモニタリングシステム。 - 前記プロセッサシステムが、第1、第2、第3シグナルから少なくとも1つの呼吸パラメータを決定するための経験的関係を含む、請求項4に記載のモニタリングシステム。
- 前記プロセッサシステムが前記モニタリング用衣類に埋め込まれている、請求項4に記載のモニタリングシステム。
- 前記送信システムが無線通信リンクおよび関連プロトコルを含む、請求項4に記載のモニタリングシステム。
- 前記送信システムが有線送信ネットワークを含む、請求項4に記載のモニタリングシステム。
- 前記プロセッサシステムおよび前記磁力計システムが前記モニタリング用衣類によって保持される、請求項4に記載のモニタリングシステム。
- 前記シャツが袖なしである、請求項2に記載の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非侵襲的にモニタリングするためのモニタリングシステムであって、該モニタリングシステムは、
被験者の胴体の一部を覆うように構成されたモニタリング用衣類と、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、第1送信磁力計と、第1受信磁力計と、第2送信磁力計と、第2受信磁力計と、を含む磁力計システムと、
該モニタリング用衣類に埋め込まれ、被験者に関係した生理学的パラメータを検出し、該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して送信するように構成された生理学的センサシステムと、
プロセッサシステムと、
送信システムと、を含み、
該第1送信磁力計は、第1位置において第1磁場を生成するように構成され、
該第1受信磁力計は、第2位置において該第1磁場を受信するように構成され、
該第2送信磁力計は、第3位置において第2磁場を生成するように構成され、
該第2受信磁力計は、第4位置において該第1および第2磁場を受信するように構成され、
該磁力計システムは、第1位置と第2位置との間、第3位置と第4位置との間、および第1位置と第4位置との間の距離の変化に反応し、第1位置と第2位置との間の距離の変化を示す第1シグナル、第3位置と第4位置との間の距離の変化を示す第2シグナル、および第1位置と第4位置との間の距離の変化を示す第3シグナルを生成し、送信するように更に構成され、
該プロセッサシステムが、第1、第2、第3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および該生理学的パラメータシグナルを生成して送信するように構成され、
該送信システムが、第1、第2、第3シグナルおよび生理学的パラメータシグナルを、該磁力計システムおよび該生理学的センサシステムから該プロセッサシステムへ送信するように構成された、モニタリングシステム。 - 前記モニタリング用衣類がシャツを含む、請求項11に記載のモニタリングシステム。
- 請求項12に記載のモニタリングシステムであって、被験者がモニタリング用衣類を着用したときに、第1位置は被験者の腹部に近接した被験者の前面上にあり、第2位置は第1位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、第4位置は被験者の胸骨の基部に近接した被験者の前面上にあり、第3位置は第4位置と同じ軸平面に近接した被験者の背面上にあり、これにより、第1シグナルは被験者の腹部の変位を示し、第2シグナルは被験者の胸郭の変位を示し、第3シグナルは被験者の胸壁の変位を示す、モニタリングシステム。
- 前記送信システムが無線通信リンクを含む、請求項13に記載のモニタリングシステム。
- 前記送信システムが有線送信ネットワークを含む、請求項11に記載のモニタリングシステム。
- 前記プロセッサシステムが前記モニタリング用衣類に埋め込まれている、請求項11に記載のモニタリングシステム。
- 前記プロセッサシステム、前記磁力計システムおよび前記生理学的センサシステムのうちの少なくとも1つが前記モニタリング用衣類によって保持される、請求項11に記載のモニタリングシステム。
- 前記シャツが袖なしである、請求項12に記載のモニタリングシステム。
- 呼吸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前記プロセッサシステムから受信し、該呼吸パラメータシグナルが示す呼吸パラメータおよび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認識および表示するように構成されたモニタリングシステムを更に含む、請求項11に記載のモニタリングシステム。
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