姿勢キャリブレーション行列を構成するための方法
装置には、地球の重力場に対する装置の非平行となる第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供する多次元姿勢センサと、キャリブレーション回路及び姿勢回路が含まれるプロセッサと、を含み得る。キャリブレーション回路は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、装置の第２軸線の一方に関する第２センサ出力と、を測定し、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定し、１つ又は複数の座標変換を計算し、座標変換を用いて、変換後のセンサ出力を生成し、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって姿勢センサをキャリブレーションする。姿勢回路は、姿勢センサを用いて対象の後続の姿勢を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、姿勢キャリブレーション行列を構成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器には、患者に埋め込むように構成された装置がある。これら埋込型医療機器（ＩＭＤ）の幾つかの例としては、例えば、埋込型ペースメーカ、植え込み型除細動器（ＩＣＤ）、心臓再同期療法装置（ＣＲＴ）、及びそのような機能の組合せを含む装置等の心臓機能管理（ＣＦＭ）装置が挙げられる。これらの装置は、電気的な若しくは他の療法を用いて患者若しくは被験者を処置するために、又は患者の状態の体内監視を通して患者の診断について医師若しくは介護者を支援するために用い得る。これらの装置には、患者内で心臓の電気的な活動を監視する１つ又は複数のセンス増幅器と通信を行う１つ又は複数の電極を含むことがあり、また、１つ又は複数の患者の他の内部パラメータを監視する１つ又は複数のセンサが含まれることが多い。ＩＭＤの他の例としては、埋込型診断装置、埋込型薬物送達システム、又は神経刺激機能を備えた埋込型装置が挙げられる。
【０００３】
医療機器としては、更に、装着型除細動器（ＷＣＤ）等の装着型医療機器（ＷＭＤ）が挙げられる。ＷＣＤは、表面電極を含むモニタである。この表面電極は、表面心電図（ＥＣＧ）の監視並びに電気除細動器及び除細動器ショック療法の送達の一方又は両方を提供するように構成される。
【０００４】
ＩＭＤには、患者の様々の生理学的な態様を監視する１つ又は複数のセンサが含まれるものもある。患者の姿勢を感知すると、患者の状態又は疾患に関連する情報を提供することができる。例えば、うっ血性心不全（ＣＨＦ）の患者は、状態が悪化すると、上向き位置で眠る傾向がある。患者の姿勢情報は、患者監視の他の態様においても有用なことがある。例えば、医療機器によって取得される測定値は、患者の姿勢と共に変わることがある。測定中の患者の姿勢の情報は、装置の測定値を解釈する際、介護者にとって有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この文書は、一般的に、患者又は被験者の姿勢を判定するためのシステム、装置、及び方法に関する。特に、姿勢感知装置を搭載又は埋め込むことに起因する変動方位の姿勢感知装置をキャリブレーションするシステム、装置、及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
例１に含み得る装置には、地球の重力場に対する装置のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成された多次元姿勢センサと、キャリブレーション回路及び姿勢回路を含むプロセッサと、が含まれる。キャリブレーション回路は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定し、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定し、第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算し、この座標変換を用いて第２姿勢に関するセンサ出力を変換し、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサをキャリブレーションするように構成し得る。姿勢回路は、姿勢センサを用いて対象の後続の姿勢を判定するように構成し得
る。
【０００７】
例２では、例１の内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算し、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線それぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定し、第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換するように構成される。
【０００８】
例３では、例１又は２の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算し、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算してセンサ出力を変換するように構成される。
【０００９】
例４では、例１乃至３の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、キャリブレーション行列の要素を計算することによってキャリブレーション変換を計算するように構成される。
【００１０】
例５では、例１乃至４の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、第１センサ出力と、第２センサ出力及び第３センサ出力の内の一方とを用いて、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算し、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算するように構成される。
【００１１】
例６では、例１乃至５の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、ピッチ角に対応する第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、ヨー角に対応する第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算するように構成される。
【００１２】
例７では、例１乃至６の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、ピッチ角に対応する第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算するように構成される。
【００１３】
例８では、請求項１乃至７の何れか１つに記載の内容にオプションとして含み得る姿勢回路は、姿勢センサの３つの非平行な軸線の各々に関するセンサ出力を受信し、キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を変換し、変換後のセンサ出力を特定のしきい値と比較して、対象の姿勢を判定するように構成される。
【００１４】
例９では、例１乃至８の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢に対して非直交となる姿勢である。
例１０では、例１乃至９の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１姿勢は、直立姿勢であり、また、オプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない。
【００１５】
例１１では、例１乃至１０の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１姿勢は、仰臥姿勢であり、また、オプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢
であるが完全な直立姿勢でない。
【００１６】
例１２に含むか又はそれと組み合わせ得る例１乃至１０の何れか１つの内容には、オプションとして次の内容を含み得る。即ち、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定する段階と、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階と、第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階と、この座標変換を用いてセンサ出力を変換する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて、キャリブレーション変換を計算することによって姿勢センサのキャリブレーションを行う段階と、を含み得る。キャリブレーションは、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。
【００１７】
例１３では、例１乃至１２の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階には、オプションとして、第１センサ出力を用いて、第１方位角に関連する第１座標変換を計算する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連する第２座標変換を計算する段階と、を含むことができ、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階には、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定する段階が含まれ、また、出力を変換する段階には、第１座標変換及び第２座標変換を用いて、第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階が含まれる。
【００１８】
例１４では、例１乃至１３の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１座標変換を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算する段階が含まれ、第２座標変換を計算する段階には、オプションとして、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２回転行列の要素を計算する段階が含まれ、また、第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階には、オプションとして、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、センサ出力を変換する段階が含まれる。
【００１９】
例１５では、例１乃至１４の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション変換を計算する段階には、キャリブレーション行列の要素を計算する段階が含まれ、また、キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、オプションとして、キャリブレーション行列を用いて、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階が含まれる。
【００２０】
例１６では、例１乃至１５の何れか１つの内容にオプションとして含み得るセンサ出力を用いて姿勢センサをキャリブレーションするために行列の要素を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階と、変換後のセンサ出力を用いて、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階と、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いて、キャリブレーション行列の要素を計算する段階と、が含まれる。
【００２１】
例１７では、例１乃至１６の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、また
、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる。
【００２２】
例１８では、例１乃至１７の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、また、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる。
【００２３】
例１９では、例１乃至１８の何れか１つの内容にオプションとして含み得る対象が第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階には、オプションとして、対象が、第１の特定姿勢に対して非直交である第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階が含まれる。
【００２４】
例２０では、例１乃至１９の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、オプションとして、多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力を受信する段階と、キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を身体の座標値に変換する段階と、センサ出力を特定のしきい値と比較して姿勢を判定する段階と、が含まれる。
【００２５】
この節は、本特許出願の内容の概要を提供するものである。本発明の排他的又は網羅的な説明を提供しようとするものではない。詳細な説明は、本特許出願に関する更なる情報を提供するために含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＩＭＤを含むシステムの一部の例の説明図。
【図２】ＩＭＤを用いる別のシステムの一部の説明図。
【図３Ａ】患者の身体の座標系を示す図。
【図３Ｂ】患者の身体の座標系を示す図。
【図４】身体座標に対して斜めに向いた装置座標を示す図。
【図５】テイト・ブライアン（Ｔａｉｔ−Ｂｒｙａｎ）ヨー角、ピッチ角、及びロール角を示し、また、これらを如何に用いれば、身体座標回転に対して装置座標系を記述できるかを示す図。
【図６】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する方法のフロー図。
【図７】装置座標から身体座標への変換を視覚化するために（ｘ’，ｙ’）平面におけるｇ力の成分を示す図。
【図８】装置座標から身体座標への変換を視覚化するために、（ｙ’，ｚ’）平面におけるｇ力の成分を示す図。
【図９】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する他の方法のフロー図。
【図１０】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定することが可能な装置の一部の例のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面では、必ずしも縮尺通りに描かれているとは限らないが、同様な数字は、異なる図において同様な構成要素を示す。異なる文字接尾辞を有する同様な数字は、同様な構成要素の異なる例を表す。図面は、一般に、制限するためではなく、一例として本文書で議論される様々な例を示す。
【００２８】
医療機器（例えば、ＩＭＤ又はＷＭＤ）には、本明細書に述べる特徴、構造、方法又はその組合せの１つ又は複数を含み得る。例えば、心臓モニタ又は心臓刺激器は、後述する有益な特徴又はプロセスの１つ又は複数を含むように実現し得る。そのようなモニタ、刺激器、又は他の埋込型の若しくは部分的埋込型の装置は、本明細書に記載される全ての特徴を含む必要はないが、独特の構造や機能を提供する選択された特徴を含むように実現できることが意図されている。そのような装置は、様々な治療又は診断機能を提供するように実現し得る。
【００２９】
医療機器による姿勢感知によって、患者監視を改善できる。姿勢センサの例としては、多軸加速度計及び傾斜スイッチが挙げられる。姿勢センサを備えると、医療機器は、患者が直立姿勢、仰臥姿勢、腹臥姿勢、自分の左又は右側部を下にしているかどうか、あるいは、患者が傾斜姿勢かどうかを感知し得る。心不全の患者の場合に、姿勢感知によって、座位呼吸（例えば、胴部を直立した立位又は座位での直立姿勢における場合にのみ、患者が呼吸を容易にできる状態）を監視し得る。姿勢感知によって、発作性夜間呼吸困難（ＰＮＤ）（患者を眠りから目を覚まさせる息苦しい、即ち、困難な呼吸を含む状態）も監視し得る。
【００３０】
姿勢感知は、更に、患者の心活動を監視するために用いられる他のセンサの用途を改善できる。例えば、心音は、患者の無意識な心活動と関連付けられる。心音の振幅は、心臓病だけでなく患者姿勢と共に変わり得る。患者姿勢の情報は、患者の心音の監視を改善できる。別の例において、肺動脈（ＰＡ）圧は、患者の心臓疾患を監視するのに有用であるが、患者姿勢と共に変化する。患者姿勢情報は、ＰＡ圧変動が姿勢によるものか又は疾患によるものか判断することによって、ＰＡ圧の監視を改善できる。
【００３１】
医療機器の方位は、患者毎に変動し得る。これにより、医療機器による患者姿勢の自動的な判断が複雑になる。例えば、埋込型装置の場合に、身体におけるＩＭＤの方位は、不明である。生理機能は患者間で変動することから、ペースメーカは、患者の胸部の角度差異により、患者毎に方位が異なり得る。更に、ＩＭＤは、装置の稼働期間中、なんらかの回転や他の移動を受ける可能性がある。姿勢センサのキャリブレーションによって、身体内におけるＩＭＤの不明の角度やＷＭＤの変化する角度を補償する。
【００３２】
図１は、ＩＭＤ１１０又は他の歩行用医療機器を用いるシステム１００の一部の説明図である。ＩＭＤ１１０の例としては、制限するものでは無いが、ペースメーカ、除細動器、心臓再同期療法（ＣＲＴ）装置、又はそのような装置の組合せが挙げられる。システム１００には、更に、通常、例えば、無線周波数（ＲＦ）又は他の遠隔計測信号を用いることによって、ＩＭＤ１１０と無線信号１９０の通信を行うＩＭＤプログラマ又は他の外部装置１７０が含まれる。
【００３３】
ＩＭＤ１１０は、１つ又は複数のリード１０８Ａ乃至Ｃによって心臓１１０に結合される。心臓リード１０８Ａ乃至Ｃには、ＩＭＤ１１０に結合される基端部と、先端部と、が含まれ、電気接点又は「電極」によって心臓１０５の１つ又は複数の部位に結合される。電極は、通常、電気的除細動、除細動、ペーシング、又は再同期療法、又はその組合せを心臓１０５の少なくとも１つの室（又は房）に送達する。電極は、電気的な心臓の信号を感知するセンス増幅器に電気的に結合し得る。
【００３４】
心臓１０５には、右心房１００Ａ、左心房１００Ｂ、右心室１０５Ａ、左心室１０５Ｂ、及び右心房１００Ａから延在する冠状静脈洞１２０が含まれる。右心房（ＲＡ）リード１０８Ａには、心房１００Ａへの信号を感知するために、又は心房１００Ａにペーシング療法を送達するために、又はその双方のために、心臓１０５の心房１００Ａに配置された
電極（環状電極１２５及び先端電極１３０等の電気接点）が含まれる。
【００３５】
右心室（ＲＶ）リード１０８Ｂには、信号を感知するための、ペーシング療法を送達するための、又は信号を感知しペーシング療法を送達する双方のための１つ又は複数の電極、例えば、先端電極１３５及び環状電極１４０が含まれる。リード１０８Ｂには、オプションとして、追加の電極、例えば、心房電気的除細動、心房除細動、心室電気的除細動、心室除細動、又はそれらの組合せを心臓１０５に送達するためのものも含まれる。そのような電極は、通常、除細動に関与する大きなエネルギを取り扱うために、ペーシング電極より大きな表面積を有する。リード１０８Ｂは、オプションとして、心臓１０５に再同期療法を提供する。再同期療法は、通常、心室間の脱分極のタイミングの同期化を改善するために心室に送達される。
【００３６】
ＩＭＤ１１０には、ヘッダ１５５を介してＩＭＤ１１０に取り付けられた第３心臓リード１０８Ｃを含み得る。第３心臓リード１０８Ｃには、冠状静脈内に置かれ、その冠状静脈を介して心外膜上で左心室（ＬＶ）１０５Ｂに接して位置する環状電極１６０及び１６５が含まれる。第３心臓リード１０８Ｃには、冠状静脈洞（ＣＳ）１２０付近に置かれた環状電極１８５を含み得る。
【００３７】
リード１０８Ｂには、先端及び環状電極１３５、１４０に対して基端側に位置し右心室内に配置された第１除細動コイル電極１７５と、第１除細動コイル１７５、先端電極１３５、及び環状電極１４０に対して基端側に位置し上大静脈（ＳＶＣ）内に配置された第２除細動コイル電極１８０と、を含み得る。幾つかの例では、高エネルギ・ショック療法が、第１又はＲＶコイル１７５から第２又はＳＶＣコイル１８０に送達される。幾つかの例では、ＳＶＣコイル１８０は、気密封止されたＩＭＤ筐体又は缶１５０上に形成された電極に電気的に結合される。これにより、ＲＶコイル１７５から心室心筋層を介して送達する電流を均一化することによって除細動が改善される。幾つかの例では、この療法は、ＲＶコイル１７５からＩＭＤ缶１５０上に形成された電極のみに送達される。
【００３８】
尚、特定の構成のリードや電極を図に示すが、本方法及びシステムは、様々な構成及び様々な電極で機能する。他の形態の電極には、心臓１０５の部位に貼り付け可能な、又は、身体の他の領域に埋め込んで、ＩＭＤ１１０によって生成された電流の「誘導」を支援できるメッシュやパッチが含まれる。
【００３９】
ＩＭＤは、経静脈、心内膜、及び心外膜電極（即ち、胸腔内電極）、及び／又は缶、ヘッダ、及び基準電極等の皮下非胸腔内電極、及び皮下アレイ又はリード電極（即ち、非胸腔内電極）といった様々な電極配列として構成することができる。
【００４０】
図２は、ＩＭＤ２１０を用いて、患者２０２に療法を提供する別のシステム２００の一部の説明図である。システム２００には、通常、ネットワーク２９４を介してリモートシステム２９６と通信を行う外部装置２７０が含まれる。ネットワーク２９４は、電話ネットワーク又はコンピュータネットワーク（例えば、インターネット）等の通信ネットワークであってよい。幾つかの例では、外部装置には、中継器が含まれ、有線又は無線のいずれでも良いリンク２９２を用いてネットワークを介して通信を行う。幾つかの例では、リモートシステム２９６は、患者管理機能を提供し、その機能を実施する１つ又は複数のサーバ２９８を含み得る。
【００４１】
図３は、患者の身体の座標系を示す。身体座標系は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を用いて、前後方向、左右方向、及び上下方向をそれぞれ記述する。図３は、更に、図示するように、ｕ軸、ｖ軸、及びｗ軸を用いて装置座標系を示す。装置３００の望ましい方位は、装置軸線が身体軸線（例えば、ｕ←→ｘ、ｖ←→ｙ、ｗ←→ｚ）に一致するように冠状面内に
あってよい。しかしながら、装置方位は、通常、理想的な方位にはない。
【００４２】
図４は、装置座標が身体座標に対して斜めに向いた更に典型的な場合を示す。上述したように、このことは、患者の解剖学的構造による又は埋め込まれた若しくは装着された医療機器４００の移動によるものである可能性がある。姿勢感知を用いる医療機器によって実行されるアルゴリズムが装置方位を修正し得るように、キャリブレーション手順を用いて装置方位を判定するか又は装置座標を身体座標に変換する。
【００４３】
キャリブレーション手順は、キャリブレーション行列の要素を決定する段階を伴う。一旦、キャリブレーション行列が決定されると、医療機器のアルゴリズムは、患者の姿勢を、例えば、姿勢センサの出力又は複数の出力にキャリブレーション行列を乗算して、身体座標に合わせてキャリブレーションされた出力を生成することによって決定し得る。キャリブレーションされた出力は、特定のしきい値と比較して姿勢を判定する。
【００４４】
幾つかの例では、三次元ＤＣ加速度計を姿勢センサに用いる。加速度計は、３つの互いに直交する軸線の各々に関するＤＣ応答出力を提供する。キャリブレーション行列の要素を決定するために、座標回転を行う。テイト・ブライアン（Ｔａｉｔ−Ｂｒｙａｎ）角度を用いて、任意の座標回転を定義することができる。
【００４５】
座標変換
図５は、テイト・ブライアンのヨー角度、ピッチ角度、及びロール角度を示し、また、それらの角度を用いて、例えば、胸部に埋め込んだＣＦＭ装置の場合に、如何にして装置座標系から身体座標への回転又は変換を記述できるかを示す。身体上での装置の任意の座標回転は、３回の連続した回転によって決定できる。第１の回転は、患者が直立している場合に、上下方向（ｚ）の身体軸線又は垂直の軸線を中心に可能である。図５において、この角度は、θｙとして示されるヨー角であってよいことが分かる。
【００４６】
装置が身体にヨー角θｙで搭載される場合に、元々身体座標で表わした任意のベクトルａは、回転座標系で下式のように表わすことができる
【００４７】
【数１】
上式において、ａ’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転座標系で表わしたベクトルを示す。
この第１の回転により、新しい回転したｙ軸であるｙ’が生じる。第２の回転は、このｙ’軸線を中心とし、ピッチ角と称し得る角度θｐだけ回転する。即ち、
【００４８】
【数２】
上式において、ａ’’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転し、そして、ｙ’軸を中心にしてθｐだけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
これら２回の回転によって、新しい回転したｘ軸であるｘ’’が生じる。第３の回転は
、このｘ’’軸を中心にして、ロール角と称し得る角度θｒだけ回転する。即ち、
【００４９】
【数３】
上式において、ａ’’’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転し、ｙ’軸を中心にしてθｐだけ回転し、そして、ｘ’’軸を中心にして角度θｒだけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。等号の右辺の行列は、掛け合わせると下式のようになる。
【００５０】
【数４】
又は、
【００５１】
【数５】
上式において、ａＴ＝［ａｕａｖａｗ］Ｔは、装置の回転された座標系で表わしたベクトルａである。
【００５２】
式（４）は、医療機器の姿勢センサに関するキャリブレーション行列Ｍの要素を計算するために用いることができる。キャリブレーション行列を決定するには、二つの姿勢キャリブレーションを手動で実施する。追加の姿勢（例えば、３つ目の姿勢）を用い得るが、２つの姿勢で充分である。対象は、第１の既知の姿勢を取り、センサデータ（例えば、加速度データ）が、身体に搭載した（例えば、埋め込まれた又は装着した）装置から収集される。そして、対象は、第２姿勢を取り、対象がこの第２姿勢にある状態のときに、センサデータが収集される。２つの姿勢から収集されたセンサデータについて医療機器によって実施された計算は、身体内又は身体上における方位を特定する及び修正するために用い得る。これらの計算は、三角関数の計算を伴う必要がない。非三角関数の計算は、演算を実行するプロセッサ能力に限界がある装置やプロセッサ演算を実行するエネルギに限界がある装置（例えば、バッテリ駆動式の装置）にとっては、有用であり得る。
【００５３】
キャリブレーション行列を構成するために、センサデータの直接的な挿入とキャリブレーション回転行列の形式に関する情報との組合せを用いる。対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。幾つかの例では、直立姿勢が用いられ、データ［ａｕａｖａｗ］Ｔが、搭載された装置から収集される。直立姿勢の場合に、身体座標における重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［００１］Ｔである。この場合の行列式は、下式の通りである。
【００５４】
【数６】
又は
【００５５】
【数７】
回転行列Ｍの成分を次のように示した場合に、
【００５６】
【数８】
検証によって、ｍ１３＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ｍ２３＝ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ｍ３３＝ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであり、ここで、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔは、患者が直立姿勢にある時の装置の「ｕ」軸線からのセンサ出力を意味する。
【００５７】
ピッチ角（Ｐ）係数
ピッチ角に対応するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、ｍ１３＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ＝ｓｉｎ（θｐ）であることが行列の形式から分かる。項「ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ」は、患者が直立姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。ｓｉｎ（θｐ）＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔならば、
【００５８】
【数９】
で表わす三角関数の公式を用いて、ｃｏｓ（θｐ）は、測定量
【００５９】
【数１０】
から算出することができる。
ロール角（Ｒ）係数
このｃｏｓ（θｐ）の式は、ロール角に関連するキャリブレーション行列要素を計算するために用い得る。２つの別個の式、即ち、
【００６０】
【数１１】
、及び
【００６１】
【数１２】
を用いて、ロール回転を特徴付けることができる。何れかの式を用いて、ロール回転行列成分を計算できる。しかしながら、患者操作の不正確さや操作中の測定値のノイズの一方又は双方によって、その結果は、実際には、同じでないことがある。これらの何れかの式を用いて又はこれらの両方の式を用いて、ロール回転行列成分を計算して、結果の精度を改善することができる。
【００６２】
説明を簡単にするために、上記行列中のｃｏｓ及びｓｉｎの表記を次のように変更することができる。
【００６３】
【数１３】
上式において、例えば、ｃｏｓ（θｐ）は、ｃｐに等しい。行列の９つの成分は、６つの係数ｓｒ，ｃｒ，ｓｐ，ｃｐ及びｓｙ，ｃｙから構成されていることが分かる。また、「ｓ」及び「ｃ」係数又は行列成分は、上述したように互いに関係付けられる。
必要とされる三角関数の関係は、
【００６４】
【数１４】
のみであり、これによって、行列の成分が代数方程式によって関係付けられる。従って、代数方程式を用いると、「ｃ」項が分かると常に、（符号のあいまいさはあるが）対応する「ｓ」項が分かり、また、逆の場合も同様であり、三角関数で行列の成分を計算する必要はない。具体的には、これらの式は、以下の通りである。
【００６５】
【数１５】
上式において、下付き文字における追加の「ａ」及び「ｂ」は、これらが、上述したように、実際には異なる結果を与え得る択一的な２組の計算結果であることを示す。組「ａ」又は組「ｂ」式の何れかを用いることができる。尚、ｓｒ及びｃｒが余角から計算されるように、ｓｒ、ｃｒは、同じ組の式から計算すべきである。これによって、回転行列が、ユニタリ行列である（即ち、その逆行列は、その転置行列に等しい）ことが保証される。従って、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔを知ることによって、又はａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔを知ることによって、６つの係数の内の４つを計算することができる。
【００６６】
ヨー角（Ｙ）係数
残りの演算対象は、ヨー回転に関連した２つの係数ｓｙ及びｃｙである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、第１姿勢に直交する第２姿勢を取る。例えば、第１位置は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、患者が自分の背中を下にして横たわる仰臥姿勢である。直立姿勢と同様に、仰臥姿勢に関する身体座標での重力ベクトルは［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［１００］Ｔである。これによって下式に至る。即ち、
【００６７】
【数１６】
又は
【００６８】
【数１７】
ヨー回転係数の計算の最も単純な組は、
【００６９】
【数１８】
であり、これもまた、三角関数を用いて計算する必要がない。従って、６つの係数は全て、姿勢センサの出力を用いて計算することができ、従って、キャリブレーション行列Ｍの９つの要素全てを計算できる。従って、キャリブレーション行列は、回転角度、例えば、
ヨー角、ピッチ角、及びロール角の１つ又は複数を実際に計算することなく計算でき、また、三角関数を計算することなく計算できる。
【００７０】
キャリブレーション行列Ｍを計算する場合に、キャリブレーション行列の逆行列Ｍ−１を用いて、装置座標の姿勢センサ出力を身体座標の姿勢センサ出力に、例えば、
【００７１】
【数１９】
によって変換することができる。上式において、［ａｕａｖａｗ］は、装置座標での姿勢センサの出力であり、［ａｘａｙａｚ］は、身体座標での姿勢センサの出力である。
他の座標変換
身体内又は身体上における方位に関する装置をキャリブレーションする例では、まず直立姿勢を取り、次に仰臥姿勢を取る患者について述べた。仰臥姿勢で又は患者が自分の側部を下にして横たわって開始するなど、他のキャリブレーション操作も有用であり得る。時として、仰臥姿勢からキャリブレーション操作を始めて、直立姿勢でキャリブレーションを終了することが望ましい場合がある。これは、完全な直立姿勢から開始するキャリブレーション操作を繰り返すことが困難な場合があり得る。操作は、いずれの順番で実施してもよい。それは、どちらの操作が重力と完全に整合する必要があるか（即ち、完全な直立姿勢か又は完全な仰臥姿勢か）を選択させる２つの操作の処理の順番の選択である。
【００７２】
仰臥姿勢から開始する場合に、キャリブレーション行列を計算するために用いる回転の順番を逆にする。回転の順番が異なるため、回転は、テイト・ブライアン式の順番ではない。これにより、回転は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角に直接対応しないが、ロール角、ピッチ角、及びヨー角は、キャリブレーション行列の要素の計算を記述するのに依然として有用である。
【００７３】
前と同様に、身体上での装置の任意の座標回転は、３回の連続した回転によって決定し得る。第１の回転は、身体の前後（ｘ）軸線を中心にしてよい。図４では、この角度は、ロール角と同様であり、θｒ’と示されることが分かる。
【００７４】
装置が、身体に角度θｒ’で搭載される場合に、元々身体座標で表わした任意のベクトルａは、回転座標系、即ち、
【００７５】
【数２０】
で表わせる。上式において、ａ’は、ｘ軸を中心にして角度θｒ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
この第１回転は、新しい回転したｙ軸であるｙ’が生じる。第２回転は、このｙ’軸を中心に、角度θｐ’だけ行われ、これは、ロール角が小さい場合に、ピッチ角と同様な角度である。即ち、
【００７６】
【数２１】
上式において、ａ’’は、ｘ軸を中心にして角度θｒ’だけ回転し、そして、ｙ’軸を中心にしてθｐ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
これら２回の回転によって、新しい回転したｚ軸であるｚ’’が生じる。第３回転は、このｚ’’軸を中心にして、角度θｙ’だけ回転され、これは、ロール角が小さい場合に、ヨー角と同様な角度である。
【００７７】
【数２２】
上式において、ａ’’’＝［ａｘ’’’ａｙ’’’ａｚ’’’］は、ｘ軸を中心にして角度θ’ｒ’だけ回転し、ｙ’軸を中心にしてθｐ’だけ回転し、そして、ｚ’’軸を中心にして角度θｙ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。等号の右辺の行列は、掛け合わせると下式のようになる。即ち、
【００７８】
【数２３】
又は
【００７９】
【数２４】
上式において、ａＴ＝［ａｕａｖａｗ］Ｔは、装置座標で表わしたベクトルａである。
２姿勢手動キャリブレーションを再度実施して、キャリブレーション行列を判定する。対象は、最初に、仰臥姿勢を取り、センサデータ［ａｕａｖａｗ］Ｔが、搭載された装置から収集される。そして、対象は、第２姿勢を取り、対象が第２姿勢にある状態のときに、センサデータが収集される。仰臥姿勢の場合に、身体座標の重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［１００］Ｔである。この場合の行列式は、以下の通りである。
【００８０】
【数２５】
又は
【００８１】
【数２６】
回転行列Ｍの成分は、次のように示される。
【００８２】
【数２７】
【００８３】
そして、検証によって、ｍ１１＝ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅ、ｍ２１＝ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ，ｍ３１＝ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであり、ここで、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅは、患者が仰臥姿勢である時の装置の「ｕ」軸線からのセンサ出力を意味する。
【００８４】
Ｐ’角度係数
θｐ’に関連するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、ｍ３１＝−ｓｉｎ（θｐ’）であって、ｓｉｎ（θｐ’）＝−ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであることが行列の形式から分かる。項「ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ」は、患者が仰臥姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。ｓｉｎ（θｐ’）＝−ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであれば、
【００８５】
【数２８】
で表わす三角関数の公式を用いて、ｃｏｓ（θｐ’）は、測定量
【００８６】
【数２９】
から算出することができる。
Ｙ’角度係数
このｃｏｓ（θｐ’）の式は、θｙ’に関連するキャリブレーション行列要素を計算するために用い得る。ロール回転を特徴付けるために用い得る２つの別個の式は、
【００８７】
【数３０】
及び、
【００８８】
【数３１】
である。前と同様に、何れかの式を用いて、ロール回転行列成分を計算できるが、その結果は、実際には、同じでないことがある。これらの両方の式を用いて、θｙ’回転行列成分を計算して、結果の精度を改善できる。
また、表記を簡素化すると、下式になる。
【００８９】
【数３２】
簡略化した表記では、非三角関数の式は以下の通りである。
【００９０】
【数３３】
上式において、下付き文字における追加の「ａ」及び「ｂ」は、これらが、実際には異なる結果を与え得る択一的な２組の計算結果であることを示す。組「ａ」又は組「ｂ」式の何れかを用いるべきであり、また、ｓｙ、ｃｙを同じ組の式から計算すべきである。従って、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｖ，Ｓｕｐｉｎｅを知ることによって又はａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｕ，Ｓｕｐｉｎｅを知ることによって、６つの係数の内の４つを計算できる。
【００９１】
Ｒ’角度係数
残りの演算対象は、θｒ’に関連した２つの係数、即ち、ｓｒ及びｃｒである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、直立姿勢（例えば、立位）を取る。直立姿勢に関する身体座標における重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［００１］Ｔであ
る。これによって、下式に至る。即ち、
【００９２】
【数３４】
【００９３】
【数３５】
θｒ’係数の計算の最も単純な組は、
【００９４】
【数３６】
【００９５】
である。６つの全係数を計算することができ、従って、キャリブレーション行列Ｍの９つの全要素を計算できる。対象が、最初に直立姿勢で次に仰臥姿勢である第１例のように、キャリブレーション行列の要素は、三角関数を用いることなく、また、方位角を特別に計算することなく計算される。
【００９６】
図６は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する方法６００のフロー図である。ブロック６０５では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。装置の第１軸線は、ｕ軸線、ｖ軸線、又はｗ軸線であってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、直立姿勢であり、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であり、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。他の（例えば、自分の側部を下にして横たわる）姿勢を第１姿勢に用いてもよい。
【００９７】
ブロック６１０では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力が、測定される。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ又はａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。或る例では、センサ出力が、装置の第２軸線及び第３軸線の双方とも測定される。
【００９８】
ブロック６１５では、少なくとも第３センサ出力は、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関して測定される。第２の特定姿勢は、第１の特定姿勢に直交し得る。一例として、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第３セ
ンサ出力は、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。別の例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第３センサ出力は、ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。
【００９９】
ブロック６２０では、姿勢センサは、装置の方位角を判定することなく、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて、キャリブレーション変換を計算することによってキャリブレーションされる。幾つかの例では、姿勢センサをキャリブレーションする行列の要素が、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて計算される。例えば、要素の成分は、方位角θｐ、θｒ、又はθｙのいずれも特別に計算することなく、代数の（且つ非三角関数の）式を用いて計算し得る。即ち、
【０１００】
【数３７】
第１組の行列成分ｓｐ、ｃｐは、第１方位角θｐに関係し、第１センサ出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔを用いて計算される。第２組の行列成分ｓｒ、ｃｒ、は、第２方位角θｒに関係し、第１センサ出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ（ｓｐ、ｃｐから）及び第２センサ出力、即ち、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔの何れかを用いて計算される。第３組の行列成分ｓｙ、ｃｙは、第３方位角θｙに関係し、第３センサ出力ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅを用いて計算される。そして、行列成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙは、キャリブレーション行列Ｍの行列要素を計算するために用いられる。
【０１０１】
別の例では、行列要素は、方位角θｐ’、θｒ’、又はθｙ’のいずれも特別に計算することなく、代数方程式、即ち、
【０１０２】
【数３８】
を用いて計算できる。
ブロック６２５では、キャリブレーションは、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。幾つかの例では、キャリブレーション行列が、姿勢を判定
するために用いられる。幾つかの例では、姿勢センサの出力は、１つ又は複数のしきい値と比較され、対象の姿勢又は概略の姿勢を判定する。
【０１０３】
姿勢センサが、軸線が身体軸線と整合（配置）している多次元姿勢センサである場合に、姿勢センサの出力は、対象が直立姿勢である時に、身体座標において［ａｕａｖａｗ］＝［１００］であり、また、対象が仰臥姿勢である時に、［ａｕａｖａｗ］＝［００１］である。しかしながら、装置座標が身体座標と異なる場合に、出力は、これらの値と異なる。
【０１０４】
多次元姿勢センサの出力は、ベクトル（例えば、ｇベクトル）としてとらえることができる。装置座標から身体座標にセンサ出力を変換するには、センサ出力、即ち、ｇベクトルにキャリブレーション行列を乗算する。例えば、ａｕ、ａｖ、ａｗが、装置座標での多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力であり、Ｍがキャリブレーション行列である場合に、
【０１０５】
【数３９】
上式において、ａｘ、ａｙ、ａｚは、対応するセンサ測定値、即ち、身体座標系におけるｇベクトルである。転換後の又は変換後のセンサ出力ａｘ、ａｙ、ａｚは、特定の（例えば、医療機器にプログラム設定された）しきい値と比較され、姿勢が判定される。
【０１０６】
幾つかの例では、１つ又は複数の角度が、変換後のセンサ出力から計算される。計算された角度は、特定のしきい値角度と比較され、患者姿勢が判定される。キャリブレーションされた多次元姿勢センサから患者姿勢を判定するための方法は、２００５年１１月１８日に出願された、米国特許公開第ＵＳ２００７／０１１８０５６号、「姿勢感知器キャリブレーション及び使用方法」、ワン（Ｗａｎｇ）らによるに見出すことができ、これは、その全体を本明細書に参照することによって本願に組み込む。
非直交キャリブレーション操作
時として、互いに直交する姿勢を用いなければならないことが、望ましくないことがある。幾つかの状況では、例えば、患者が座位呼吸をしており、横になることが困難な場合に、完全な横臥又は仰臥姿勢に患者を置くことは勧められないことがある。このことは、センサのキャリブレーションの実施を難しくすることがある。幾つかの状況では、患者が、完全に直立した状態で、完全に静止したままでいることは難しいことがある。このことは、キャリブレーションの不正確さに至ることがある。従って、キャリブレーションのために２つの互いに直交する姿勢を必要としないキャリブレーション行列の要素の成分に対する式があることが望ましい。
【０１０７】
ヨー角（Ｙ）係数の他の計算
キャリブレーション操作に、患者が最初に直立姿勢であり、次に仰臥姿勢であることが含まれる例の場合に、同じ式が、ピッチ及びロール成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｙ、及びｃｒに用いられ、異なる式が、ヨー成分ｓｙ及びｃｙに用いられるが、これによって、患者は、直立姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない第２姿勢とすることができる。
簡略化した表記で式（３）を書き直すと、下式になる。即ち、
【０１０８】
【数４０】
行列Ｍの逆行列（Ｍ−１）は、装置座標から身体座標に回転して戻すために計算される。行列の積の逆行列は、逆の順番での（左から右への）それらの行列の逆行列の積である。更に、「ｓ」及び「ｃ」値の使用は、一致していることから、個々の回転行列は、ユニタリ行列であり、回転行列の逆行列は、それらの行列の転置行列に等しい。従って、身体座標から装置座標への完全な回転には、以下を伴う。
【０１０９】
【数４１】
［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける最初の２回（最右端）の回転又は変換によって、次のようになる。
【０１１０】
【数４２】
この座標系では、ｚ’軸は、身体の上下（ｚ）軸と整合され、次になすべきことは、ｚ’軸を中心にして回転して、それぞれｘ’及びｙ’軸をｘ及びｙ軸と整合させることだけである。患者が、まっすぐに後ろにもたれる（例えば、どちら側にも傾斜しないが、必ずしも完全な仰臥姿勢とは限らない）場合に、ｚ’軸に対し垂直な重力ベクトルの投影が生じ、これは、（ｘ’，ｙ’）平面内にある。
【０１１１】
図７は、（ｘ’，ｙ’）平面内にあるｇ力の成分を半径ｒとして図示する。ヨー成分ｓｙ及びｃｙは、次のように、ｘ’及びｙ’成分から算出できることが、図の三角形から分かる。即ち、
【０１１２】
【数４３】
ｓｙ及びｃｙを計算するために、仰臥姿勢に関する姿勢センサの出力ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅ、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅには、上記式の回転行列が乗算されて、ａ
ｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が得られる。そして、変換後の出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’は、ｓｙ及びｃｙを計算するために用いられる。前のキャリブレーション方法では、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅは、既に測定されていることに留意されたい。従って、このキャリブレーション方法では、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｗ，Ｓｕｐｉｎｅの２つだけの追加の測定値が必要である。
【０１１３】
Ｒ’角度係数の他の計算
患者をまず仰臥姿勢に置き、次に直立姿勢に置くことによってキャリブレーションすることが望まれる場合に、同じ式が、ヨー及びピッチ成分ｓｙ、ｃｙ、ｓｐ、及びｃｐに用いられ、異なる式が、ロール成分ｓｒ及びｃｒに用いられるが、これによって、患者は、仰臥姿勢より直立姿勢であるが、完全な直立姿勢でない第２姿勢となることができる。
簡略化した表記で式（１６）を書き直すと、下式になる。即ち、
【０１１４】
【数４４】
逆行列Ｍ−１は、装置座標から身体座標に回転して戻すために計算される。前と同様に、行列の積の逆行列は、逆の順番での（左から右への）それらの行列の逆行列の積であることから、また、回転行列の逆行列は、それらの行列の転置行列に等しいことから、身体座標から装置座標への回転には、以下を伴う。
【０１１５】
【数４５】
［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける最初の２回（最右端）の回転によって、次のようになる。
【０１１６】
【数４６】
今回は、ｘ’軸は、身体の前後（ｘ）軸と整合され、次になすべきことは、ｘ’軸を中心にして回転して、それぞれｙ’及びｚ’軸をｙ及びｚ軸と整合させることだけである。患者がほぼ直立姿勢である（例えば、どちら側にも傾斜しないが、必ずしも完全に直立姿勢とは限らない）場合に、ｘ’（ｘ）軸に対し垂直な重力ベクトルの投影が生じ、これは、（ｙ’，ｚ’）平面内にある。
【０１１７】
図８は、（ｙ’，ｚ’）平面内にあるｇ力の成分を半径ｒとして図示する。ヨー成分ｓｒ及びｃｒは、次のように、ｘ’及びｚ’成分から算出できることが、図の三角形から分かる。即ち、
【０１１８】
【数４７】
ｓｒ及びｃｒを計算するために、仰臥姿勢に関する姿勢センサの出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔには、上記式の回転行列が乗算されて、ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が得られる。そして、変換後の出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’は、ｓｒ及びｃｒを計算するために用いられる。他のヨー角の例では、このキャリブレーション方法では、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔの２つの追加の測定値が必要である。
【０１１９】
図９は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を判定する他の方法９００のフロー図である。図６の方法６００と同様に、ブロック９０５では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、直立姿勢であり、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であり、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。他の（例えば、自分の側部を下にして横たわる）姿勢を第１姿勢に用いることができる。
【０１２０】
ブロック９１０では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力が、測定される。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ又はａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。或る例では、センサ出力が、装置の第２軸線及び第３軸線の双方とも測定される。
【０１２１】
ブロック９１５では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、第３センサ出力が、装置の第１軸線に関して測定される。第２の特定姿勢は、第１の特定姿勢と非直交である。一例として、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２の特定姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でなく、第３センサ出力は、ａｕ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。別の例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であってよく、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でなく、第３センサ出力は、ａｗ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２２】
ブロック９２０では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線に関する第４センサ出力が測定される。幾つかの例では、第４センサ出力は、ａｖ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。幾つかの例では、第４センサ出力は、ａｖ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２３】
ブロック９２５では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第３軸線に関する第５センサ出力が測定される。幾つかの例では、第５センサ出力は、ａｗ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。幾つかの例では、第５センサ出力
は、ａｕ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２４】
ブロック９３０では、第１方位角に関連する第１座標変換が計算され、ブロック９３５では、第２方位角に関連する第２座標変換が、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて計算される。幾つかの例では、第１座標変換及び第２座標変換には、式（３０）又は（３４）の［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける２つの（最右端の）回転が含まれる。
【０１２５】
ブロック９４０では、変換後の第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力が、第１座標変換及び第２座標変換を用いて生成される。幾つかの例では、変換後のセンサ出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が、式（３１）又は式（３５）の回転を用いて、センサ出力ａｕ，ａｖ，ａｗから生成される。
【０１２６】
ブロック９４５では、キャリブレーション行列の要素が、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて計算される。幾つかの例では、第１姿勢操作は、直立姿勢であり、第２操作は、完全な仰臥姿勢でなく、キャリブレーション行列の要素は、式（２６）を用いてｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、及びｃｒを用いて計算され、また、式（３２）を用いてｓｙ、ｃｙを用いて計算される。幾つかの例では、第１姿勢操作は、仰臥姿勢であり、第２操作は、完全な直立姿勢でなく、キャリブレーション行列の要素が、式（２７）を用いてｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、及びｃｒを用いて計算され、また、式（３６）を用いてｓｙ、ｃｙを用いて計算される。ブロック９５０では、キャリブレーション行列は、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。
【０１２７】
図１０は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定できる装置１０００の一部の例のブロック図である。幾つかの例では、装置は、埋込型医療機器であってよく、また、幾つかの例では、装置１０００は、装着型医療機器であってよい。多次元姿勢センサ１００５は、地球の重力場に対する装置１０００のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供する。幾つかの例において、姿勢センサ１００５は、装置１０００の非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の各々に関する出力を提供する。装置１０００には、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は他の種類のプロセッサ等のプロセッサ１０１０が含まれる。或る例では、プロセッサ１０１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。
【０１２８】
プロセッサ１０１０は、姿勢センサ１００５に通信可能に結合し得る。この通信結合によって、プロセッサ１０１０は、回路が介在し得るが、姿勢センサ１００５との間で信号を送信及び／又は受信できる。プロセッサ１０１０には、本明細書に述べた機能を実施する回路が含まれる。回路は、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの任意の組合せであってよい。或る例において、プロセッサ１０１０は、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアにおいて具現化された命令を実行する。或る例において、プロセッサ１０１０には、ハードウェアによって実装される論理機能を順次処理するシーケンサが含まれる。１つの回路が、１つ又は複数の機能を実行してよい。
【０１２９】
プロセッサ１０１０には、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０が含まれる。幾つかの例によれば、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０は、図６に関して述べた何れかの方法を実行するように構成される。幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力を測定し、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第３センサ出力を測定する。
【０１３０】
或る例において、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、仰臥姿勢であってよい。装置の第１軸線は、図４の装置の「ｕ」軸線であってよく、装置の第２軸線及び第３軸線は、装置の「ｖ」及び「ｗ」軸線であってよい。或る例において、第１姿勢は、仰臥姿勢であり、第２姿勢は、直立姿勢である。装置の第１軸線は、図４の装置の「ｗ」軸線であってよく、装置の第２軸線及び第３軸線は、装置の「ｕ」及び「ｖ」軸線であってよい。
【０１３１】
キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて、キャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサ１００５を計算する。幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて、姿勢センサ１００５をキャリブレーションするために用いられる行列の要素を計算する。式（２６）及び（２７）に関連して前述したように、キャリブレーション回路１０１５は、装置の方位角を判定することなく、また、三角関数を用いることなく、要素を計算することが可能である。キャリブレーション後、姿勢回路１０２０は、姿勢センサ１００５を用いて、対象の後続の姿勢を判定する。
【０１３２】
幾つかの例によれば、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０は、図９に関して述べた何れかの方法を実施するように構成される。前と同様に、キャリブレーション回路１０１５は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力を測定し、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第３センサ出力を測定する。
【０１３３】
２つの特定姿勢は、非直交であってよい。或る例では、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、直立姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない姿勢であってよい。或る例において、第１姿勢は、仰臥姿勢であってよく、第２姿勢は、仰臥姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でない姿勢であってよい。
【０１３４】
最初の３つの測定値に加えて、キャリブレーション回路は、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線に関する第４センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第３軸線に関する第５センサ出力を測定する。そして、キャリブレーション回路１０１５は、座標変換を実施して、第２の特定姿勢に関する変換後のセンサ出力を生成する。
【０１３５】
幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力を用いて、第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、また、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連する第２座標変換を計算する。或る例では、変換は、第１回転行列及び第２回転行列を用いて実施される。変換後のセンサ出力は、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算することによって生成される。例は、式（３１）及び（３５）に関して前述した。或る例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、また、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算する。
【０１３６】
そして、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、また、変換後のセンサ出力を用いて、キャリブレーション行列の要素を計算する。幾つかの例では、キャリブレーション回路は、行列成分（又は係数）ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙを用いて行列要素を計算する。第１組の行列成分ｓｐ及びｃｐは、第１方位角（例えば、θｐ又はθｐ’）に関連付けられ、第１センサ出力を用いて、例えば、式（２６）又は式（２７）によって計算される。
【０１３７】
どの組の姿勢かに依存して、従って、どの組の式が用いられるかに依存して、第２組の行列成分は、第２方位角（例えば、それぞれθｒ又はθｙ’）に関連するｓｒ及びｃｒ、又はｓｙ及びｃｙの何れかであり得る。第２組の行列成分は、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、例えば、式（２６）又は（２７）によって計算される。尚、式は、第２センサ出力としてどのセンサ測定値を用いるかについての選択肢があることを示す。理論的には、いずれの選択でも同じ結果を生成するはずであるが、実際には、患者操作の不正確さ又は操作時の測定値のノイズにより、一方の選択の方が望ましいことがある。
【０１３８】
第３組の行列成分は、第２方位角（例えば、それぞれθｙ又はθｒ’）に関連するｓｙ及びｃｙ又はｓｒ及びｃｒの何れかであり得る。第３組の成分は、変換後のセンサ出力を用いて、例えば、式（３２）又は（３６）によって計算される。そして、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙは、キャリブレーション行列Ｍの行列要素、例えば、式（９）及び（１１）又は式（２２）及び（２４）の行列要素を計算するために用いられる。尚、行列成分、従って、行列要素は、結果的に生じる代数方程式を用いて計算され、また、装置１０００のいずれの方位角も判定することなく又は三角関数を用いることもなく計算される。これにより、プロセッサ１０１０が必要とする処理能力の量を低減できる。
【０１３９】
幾つかの例によれば、姿勢回路１０２０は、姿勢センサ１００５の３つの非平行軸線の各々各に関するセンサ出力（例えば、ＤＣ応答性の電圧レベル）を受信し、センサ出力と特定のセンサ出力しきい値と比較して、対象の姿勢を判定する。キャリブレーション回路１０１５は、計算後のキャリブレーション行列の要素を用いて、特定のセンサ出力しきい値を調整する。
【０１４０】
幾つかの例では、姿勢回路１０２０は、下式を計算することによって、対象姿勢を判定する。即ち、
【０１４１】
【数４８】
上式において、Ｍ−１は、キャリブレーション回路によって判定されたキャリブレーション行列の逆行列であり、ａｕ、ａｖ、ａｗは、多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力であり、ａｘ、ａｙ、ａｚは、身体座標系における対応する測定値又は値である。姿勢回路１０２０は、身体座標測定値と特定のしきい値とを比較して、対象の姿勢を判定する。
【０１４２】
幾つかの例によれば、プロセッサ１０１０には、対象の姿勢のトレンドを捉えるトレンド回路１０２５が含まれる。装置１０００は、少なくとも部分的にトレンドに基づき、対象の心臓疾患の進行の兆候を提供する。例えば、患者は、心臓疾患の進行により、時間と共により直立の安静位置を取る可能性がある。プロセッサ１０１０は、疾患の進行についてユーザ又はプロセス（例えば、外部プログラマにおいて又はリモートシステムにおいて実行するプロセス）への兆候（例えば、警告又は警報）の送信を開始できる。
【０１４３】
幾つかの例では、装置１０００には、プロセッサ１０１０に通信可能に結合された呼吸
センサ１０３０が含まれる。呼吸センサの例は、わずかな呼吸容量又は１回呼吸量を測定するために用いられる経胸腔インピーダンスセンサである。経胸腔インピーダンスを測定する方法が、１９９８年２月２７日に出願された、米国特許第６，０７６，０１５号、「経胸腔インピーダンスを用いた拍数適応可能な心律動管理装置」、ハートトレイ（Ｈａｒｔｌｅｙ）らによるに記載されており、これは、その全体を本明細書に参照することによって本願に組み込む。呼吸センサは、対象の呼吸を表す信号を提供する。プロセッサ１０１０は、呼吸信号を用いて、対象の１回呼吸量を計算する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、対象の１回呼吸量のトレンドを捉える。
【０１４４】
幾つかの例では、装置１０００には、プロセッサ１０１０に通信可能にに結合された動脈圧力センサ１０３５が含まれる。動脈圧力センサの例には、肺動脈（ＰＡ）圧力センサが含まれる。ＰＡ圧力には、右心室から流出し肺動脈弁を介して肺に向かう血液による肺動脈内の圧力が含まれる。幾つかの例では、動脈圧力センサは、対象のＰＡ圧力を表す信号を提供する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、対象のＰＡ圧力のトレンドを捉える。幾つかの例では、プロセッサ１０１０は、圧力信号を用いて、低血圧又は高血圧の症状を感知する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、低血圧又は高血圧の症状のトレンドを捉える。
【０１４５】
埋込型又は装着型医療機器における姿勢感知によって、心不全患者の監視を改善できる。姿勢センサを適切にキャリブレーションすると、患者の解剖学的構造や装置移動によるセンサの方位のバラツキが除去される。
【０１４６】
補足事項
上記詳細な説明には、詳細な説明の一部を構成する添付図面に対する参照が含まれる。図面は、例証として、本発明を実践し得る特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では、「例」とも称する。本文書において参照する全ての公報、特許、及び特許文書は、あたかも個別に引用・参照するかのように、それら全体を本明細書に引用・参照する。本文書とそのように引用・参照されたそれらの文書との間で整合性のない用法が生じた場合に、引用した参照の用法は、本文書の用法に対する補足であると見なし、相入れない不一致が生じた場合に、本文書の用法が優先する。
【０１４７】
本文書では、用語「ａ」又は「ａｎ」（不定冠詞）は、特許文書において通例なように、何れか他の例又は「少なくとも１つの」若しくは「１つ又は複数の」の用法とは無関係に、１つ又は２つ以上を含むように用いる。本文書では、用語「ｏｒ（又は／若しくは）」は、非排他を指すために用い、これにより、「Ａ又はＢ」には、他に規定されない限り、「ＡだがＢではない」、「ＢだがＡではない」、並びに「Ａ及びＢ」が含まれる。添付の請求項では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｉｎ＿ｗｈｉｃｈ」は、それぞれの用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語の等価物として用いる。また、後続の請求項では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「から構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、オープンエンドである。即ち、請求項において、そのような用語の後に列挙されたもの以外の要素を含むシステム、装置、物品、又はプロセスが、その請求項の範囲内に依然として入るものとみなす。更に、後続の請求項において、用語「第１の」、「第２の」、及び「第３の」等は、単に標識として用いるものであり、それらの目的語に数値的な要件を課すことを意図していない。
【０１４８】
本明細書に述べた方法例は、少なくとも部分的に機械又はコンピュータにより実行し得る。幾つかの例には、上記例で述べた如く方法を実行するように電子装置が構成されるように動作可能な命令で符号化されたコンピュータ判読可能媒体又は機械読み取り可能な媒体を含み得る。そのような方法の実施例には、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コード等のコードを含み得る。そのようなコードには、様々な方法を実施する
ためのコンピュータ判読可能命令を含み得る。コードは、コンピュータ・プログラム・プロダクトの一部を形成し得る。更に、コードは、実体のあるものとして、実行時又は他の時に、１つ又は複数の揮発性又は不揮発性コンピュータ判読可能媒体上に記憶することができる。これらのコンピュータ判読可能媒体としては、これらに限定するものではないが、ハードディスク、着脱可能な磁気ディスク、着脱可能な光ディスク（例えば、コンパクト・ディスク及びデジタル・ビデオ・ディスク）、磁気カセット、メモリカード又はスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等が挙げられる。
【０１４９】
上記説明は、例示であることを意図しており、限定的であることを意図していない。例えば、上述した例（又はそれらの１つ又は複数の態様）は、互いに組み合わせて用いてもよい。他の実施形態は、上記説明を精査する際、例えば、当業者が用いてよい。要約書は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠するために提供し、これにより、読者が技術的開示の性質を素早く確認できるようにするものである。それは、請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するために用いられないという理解の下で提出されている。更に、上記詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して、本開示を簡素化していることがある。このことは、権利が主張されていない開示された特徴が、何れかの請求項に対して本質的であることを意図すると解釈すべきではない。むしろ、本発明の内容は、特定の開示された実施形態の全ての特徴より少ない特徴に見出される。従って、以下の請求項は、本明細書によって詳細な説明に引用されており、各請求項は別個の実施形態としてそれ自体に依拠している。本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきものである。
【技術分野】
【０００１】
本願は、姿勢キャリブレーション行列を構成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療機器には、患者に埋め込むように構成された装置がある。これら埋込型医療機器（ＩＭＤ）の幾つかの例としては、例えば、埋込型ペースメーカ、植え込み型除細動器（ＩＣＤ）、心臓再同期療法装置（ＣＲＴ）、及びそのような機能の組合せを含む装置等の心臓機能管理（ＣＦＭ）装置が挙げられる。これらの装置は、電気的な若しくは他の療法を用いて患者若しくは被験者を処置するために、又は患者の状態の体内監視を通して患者の診断について医師若しくは介護者を支援するために用い得る。これらの装置には、患者内で心臓の電気的な活動を監視する１つ又は複数のセンス増幅器と通信を行う１つ又は複数の電極を含むことがあり、また、１つ又は複数の患者の他の内部パラメータを監視する１つ又は複数のセンサが含まれることが多い。ＩＭＤの他の例としては、埋込型診断装置、埋込型薬物送達システム、又は神経刺激機能を備えた埋込型装置が挙げられる。
【０００３】
医療機器としては、更に、装着型除細動器（ＷＣＤ）等の装着型医療機器（ＷＭＤ）が挙げられる。ＷＣＤは、表面電極を含むモニタである。この表面電極は、表面心電図（ＥＣＧ）の監視並びに電気除細動器及び除細動器ショック療法の送達の一方又は両方を提供するように構成される。
【０００４】
ＩＭＤには、患者の様々の生理学的な態様を監視する１つ又は複数のセンサが含まれるものもある。患者の姿勢を感知すると、患者の状態又は疾患に関連する情報を提供することができる。例えば、うっ血性心不全（ＣＨＦ）の患者は、状態が悪化すると、上向き位置で眠る傾向がある。患者の姿勢情報は、患者監視の他の態様においても有用なことがある。例えば、医療機器によって取得される測定値は、患者の姿勢と共に変わることがある。測定中の患者の姿勢の情報は、装置の測定値を解釈する際、介護者にとって有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この文書は、一般的に、患者又は被験者の姿勢を判定するためのシステム、装置、及び方法に関する。特に、姿勢感知装置を搭載又は埋め込むことに起因する変動方位の姿勢感知装置をキャリブレーションするシステム、装置、及び方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
概要
例１に含み得る装置には、地球の重力場に対する装置のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成された多次元姿勢センサと、キャリブレーション回路及び姿勢回路を含むプロセッサと、が含まれる。キャリブレーション回路は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定し、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定し、第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算し、この座標変換を用いて第２姿勢に関するセンサ出力を変換し、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサをキャリブレーションするように構成し得る。姿勢回路は、姿勢センサを用いて対象の後続の姿勢を判定するように構成し得
る。
【０００７】
例２では、例１の内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算し、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線それぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定し、第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換するように構成される。
【０００８】
例３では、例１又は２の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算し、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算してセンサ出力を変換するように構成される。
【０００９】
例４では、例１乃至３の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、キャリブレーション行列の要素を計算することによってキャリブレーション変換を計算するように構成される。
【００１０】
例５では、例１乃至４の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、第１センサ出力と、第２センサ出力及び第３センサ出力の内の一方とを用いて、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算し、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算するように構成される。
【００１１】
例６では、例１乃至５の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、ピッチ角に対応する第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、ヨー角に対応する第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算するように構成される。
【００１２】
例７では、例１乃至６の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション回路は、ピッチ角に対応する第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、ロール角に対応する第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算するように構成される。
【００１３】
例８では、請求項１乃至７の何れか１つに記載の内容にオプションとして含み得る姿勢回路は、姿勢センサの３つの非平行な軸線の各々に関するセンサ出力を受信し、キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を変換し、変換後のセンサ出力を特定のしきい値と比較して、対象の姿勢を判定するように構成される。
【００１４】
例９では、例１乃至８の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢に対して非直交となる姿勢である。
例１０では、例１乃至９の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１姿勢は、直立姿勢であり、また、オプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない。
【００１５】
例１１では、例１乃至１０の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１姿勢は、仰臥姿勢であり、また、オプションとして含み得る第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢
であるが完全な直立姿勢でない。
【００１６】
例１２に含むか又はそれと組み合わせ得る例１乃至１０の何れか１つの内容には、オプションとして次の内容を含み得る。即ち、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定する段階と、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階と、第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階と、この座標変換を用いてセンサ出力を変換する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて、キャリブレーション変換を計算することによって姿勢センサのキャリブレーションを行う段階と、を含み得る。キャリブレーションは、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。
【００１７】
例１３では、例１乃至１２の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階には、オプションとして、第１センサ出力を用いて、第１方位角に関連する第１座標変換を計算する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連する第２座標変換を計算する段階と、を含むことができ、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階には、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定する段階が含まれ、また、出力を変換する段階には、第１座標変換及び第２座標変換を用いて、第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階が含まれる。
【００１８】
例１４では、例１乃至１３の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１座標変換を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算する段階が含まれ、第２座標変換を計算する段階には、オプションとして、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２回転行列の要素を計算する段階が含まれ、また、第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階には、オプションとして、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、センサ出力を変換する段階が含まれる。
【００１９】
例１５では、例１乃至１４の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーション変換を計算する段階には、キャリブレーション行列の要素を計算する段階が含まれ、また、キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、オプションとして、キャリブレーション行列を用いて、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階が含まれる。
【００２０】
例１６では、例１乃至１５の何れか１つの内容にオプションとして含み得るセンサ出力を用いて姿勢センサをキャリブレーションするために行列の要素を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階と、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階と、変換後のセンサ出力を用いて、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階と、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いて、キャリブレーション行列の要素を計算する段階と、が含まれる。
【００２１】
例１７では、例１乃至１６の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、また
、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる。
【００２２】
例１８では、例１乃至１７の何れか１つの内容にオプションとして含み得る第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、オプションとして、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、また、第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる。
【００２３】
例１９では、例１乃至１８の何れか１つの内容にオプションとして含み得る対象が第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階には、オプションとして、対象が、第１の特定姿勢に対して非直交である第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階が含まれる。
【００２４】
例２０では、例１乃至１９の何れか１つの内容にオプションとして含み得るキャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、オプションとして、多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力を受信する段階と、キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を身体の座標値に変換する段階と、センサ出力を特定のしきい値と比較して姿勢を判定する段階と、が含まれる。
【００２５】
この節は、本特許出願の内容の概要を提供するものである。本発明の排他的又は網羅的な説明を提供しようとするものではない。詳細な説明は、本特許出願に関する更なる情報を提供するために含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＩＭＤを含むシステムの一部の例の説明図。
【図２】ＩＭＤを用いる別のシステムの一部の説明図。
【図３Ａ】患者の身体の座標系を示す図。
【図３Ｂ】患者の身体の座標系を示す図。
【図４】身体座標に対して斜めに向いた装置座標を示す図。
【図５】テイト・ブライアン（Ｔａｉｔ−Ｂｒｙａｎ）ヨー角、ピッチ角、及びロール角を示し、また、これらを如何に用いれば、身体座標回転に対して装置座標系を記述できるかを示す図。
【図６】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する方法のフロー図。
【図７】装置座標から身体座標への変換を視覚化するために（ｘ’，ｙ’）平面におけるｇ力の成分を示す図。
【図８】装置座標から身体座標への変換を視覚化するために、（ｙ’，ｚ’）平面におけるｇ力の成分を示す図。
【図９】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する他の方法のフロー図。
【図１０】多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定することが可能な装置の一部の例のブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面では、必ずしも縮尺通りに描かれているとは限らないが、同様な数字は、異なる図において同様な構成要素を示す。異なる文字接尾辞を有する同様な数字は、同様な構成要素の異なる例を表す。図面は、一般に、制限するためではなく、一例として本文書で議論される様々な例を示す。
【００２８】
医療機器（例えば、ＩＭＤ又はＷＭＤ）には、本明細書に述べる特徴、構造、方法又はその組合せの１つ又は複数を含み得る。例えば、心臓モニタ又は心臓刺激器は、後述する有益な特徴又はプロセスの１つ又は複数を含むように実現し得る。そのようなモニタ、刺激器、又は他の埋込型の若しくは部分的埋込型の装置は、本明細書に記載される全ての特徴を含む必要はないが、独特の構造や機能を提供する選択された特徴を含むように実現できることが意図されている。そのような装置は、様々な治療又は診断機能を提供するように実現し得る。
【００２９】
医療機器による姿勢感知によって、患者監視を改善できる。姿勢センサの例としては、多軸加速度計及び傾斜スイッチが挙げられる。姿勢センサを備えると、医療機器は、患者が直立姿勢、仰臥姿勢、腹臥姿勢、自分の左又は右側部を下にしているかどうか、あるいは、患者が傾斜姿勢かどうかを感知し得る。心不全の患者の場合に、姿勢感知によって、座位呼吸（例えば、胴部を直立した立位又は座位での直立姿勢における場合にのみ、患者が呼吸を容易にできる状態）を監視し得る。姿勢感知によって、発作性夜間呼吸困難（ＰＮＤ）（患者を眠りから目を覚まさせる息苦しい、即ち、困難な呼吸を含む状態）も監視し得る。
【００３０】
姿勢感知は、更に、患者の心活動を監視するために用いられる他のセンサの用途を改善できる。例えば、心音は、患者の無意識な心活動と関連付けられる。心音の振幅は、心臓病だけでなく患者姿勢と共に変わり得る。患者姿勢の情報は、患者の心音の監視を改善できる。別の例において、肺動脈（ＰＡ）圧は、患者の心臓疾患を監視するのに有用であるが、患者姿勢と共に変化する。患者姿勢情報は、ＰＡ圧変動が姿勢によるものか又は疾患によるものか判断することによって、ＰＡ圧の監視を改善できる。
【００３１】
医療機器の方位は、患者毎に変動し得る。これにより、医療機器による患者姿勢の自動的な判断が複雑になる。例えば、埋込型装置の場合に、身体におけるＩＭＤの方位は、不明である。生理機能は患者間で変動することから、ペースメーカは、患者の胸部の角度差異により、患者毎に方位が異なり得る。更に、ＩＭＤは、装置の稼働期間中、なんらかの回転や他の移動を受ける可能性がある。姿勢センサのキャリブレーションによって、身体内におけるＩＭＤの不明の角度やＷＭＤの変化する角度を補償する。
【００３２】
図１は、ＩＭＤ１１０又は他の歩行用医療機器を用いるシステム１００の一部の説明図である。ＩＭＤ１１０の例としては、制限するものでは無いが、ペースメーカ、除細動器、心臓再同期療法（ＣＲＴ）装置、又はそのような装置の組合せが挙げられる。システム１００には、更に、通常、例えば、無線周波数（ＲＦ）又は他の遠隔計測信号を用いることによって、ＩＭＤ１１０と無線信号１９０の通信を行うＩＭＤプログラマ又は他の外部装置１７０が含まれる。
【００３３】
ＩＭＤ１１０は、１つ又は複数のリード１０８Ａ乃至Ｃによって心臓１１０に結合される。心臓リード１０８Ａ乃至Ｃには、ＩＭＤ１１０に結合される基端部と、先端部と、が含まれ、電気接点又は「電極」によって心臓１０５の１つ又は複数の部位に結合される。電極は、通常、電気的除細動、除細動、ペーシング、又は再同期療法、又はその組合せを心臓１０５の少なくとも１つの室（又は房）に送達する。電極は、電気的な心臓の信号を感知するセンス増幅器に電気的に結合し得る。
【００３４】
心臓１０５には、右心房１００Ａ、左心房１００Ｂ、右心室１０５Ａ、左心室１０５Ｂ、及び右心房１００Ａから延在する冠状静脈洞１２０が含まれる。右心房（ＲＡ）リード１０８Ａには、心房１００Ａへの信号を感知するために、又は心房１００Ａにペーシング療法を送達するために、又はその双方のために、心臓１０５の心房１００Ａに配置された
電極（環状電極１２５及び先端電極１３０等の電気接点）が含まれる。
【００３５】
右心室（ＲＶ）リード１０８Ｂには、信号を感知するための、ペーシング療法を送達するための、又は信号を感知しペーシング療法を送達する双方のための１つ又は複数の電極、例えば、先端電極１３５及び環状電極１４０が含まれる。リード１０８Ｂには、オプションとして、追加の電極、例えば、心房電気的除細動、心房除細動、心室電気的除細動、心室除細動、又はそれらの組合せを心臓１０５に送達するためのものも含まれる。そのような電極は、通常、除細動に関与する大きなエネルギを取り扱うために、ペーシング電極より大きな表面積を有する。リード１０８Ｂは、オプションとして、心臓１０５に再同期療法を提供する。再同期療法は、通常、心室間の脱分極のタイミングの同期化を改善するために心室に送達される。
【００３６】
ＩＭＤ１１０には、ヘッダ１５５を介してＩＭＤ１１０に取り付けられた第３心臓リード１０８Ｃを含み得る。第３心臓リード１０８Ｃには、冠状静脈内に置かれ、その冠状静脈を介して心外膜上で左心室（ＬＶ）１０５Ｂに接して位置する環状電極１６０及び１６５が含まれる。第３心臓リード１０８Ｃには、冠状静脈洞（ＣＳ）１２０付近に置かれた環状電極１８５を含み得る。
【００３７】
リード１０８Ｂには、先端及び環状電極１３５、１４０に対して基端側に位置し右心室内に配置された第１除細動コイル電極１７５と、第１除細動コイル１７５、先端電極１３５、及び環状電極１４０に対して基端側に位置し上大静脈（ＳＶＣ）内に配置された第２除細動コイル電極１８０と、を含み得る。幾つかの例では、高エネルギ・ショック療法が、第１又はＲＶコイル１７５から第２又はＳＶＣコイル１８０に送達される。幾つかの例では、ＳＶＣコイル１８０は、気密封止されたＩＭＤ筐体又は缶１５０上に形成された電極に電気的に結合される。これにより、ＲＶコイル１７５から心室心筋層を介して送達する電流を均一化することによって除細動が改善される。幾つかの例では、この療法は、ＲＶコイル１７５からＩＭＤ缶１５０上に形成された電極のみに送達される。
【００３８】
尚、特定の構成のリードや電極を図に示すが、本方法及びシステムは、様々な構成及び様々な電極で機能する。他の形態の電極には、心臓１０５の部位に貼り付け可能な、又は、身体の他の領域に埋め込んで、ＩＭＤ１１０によって生成された電流の「誘導」を支援できるメッシュやパッチが含まれる。
【００３９】
ＩＭＤは、経静脈、心内膜、及び心外膜電極（即ち、胸腔内電極）、及び／又は缶、ヘッダ、及び基準電極等の皮下非胸腔内電極、及び皮下アレイ又はリード電極（即ち、非胸腔内電極）といった様々な電極配列として構成することができる。
【００４０】
図２は、ＩＭＤ２１０を用いて、患者２０２に療法を提供する別のシステム２００の一部の説明図である。システム２００には、通常、ネットワーク２９４を介してリモートシステム２９６と通信を行う外部装置２７０が含まれる。ネットワーク２９４は、電話ネットワーク又はコンピュータネットワーク（例えば、インターネット）等の通信ネットワークであってよい。幾つかの例では、外部装置には、中継器が含まれ、有線又は無線のいずれでも良いリンク２９２を用いてネットワークを介して通信を行う。幾つかの例では、リモートシステム２９６は、患者管理機能を提供し、その機能を実施する１つ又は複数のサーバ２９８を含み得る。
【００４１】
図３は、患者の身体の座標系を示す。身体座標系は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を用いて、前後方向、左右方向、及び上下方向をそれぞれ記述する。図３は、更に、図示するように、ｕ軸、ｖ軸、及びｗ軸を用いて装置座標系を示す。装置３００の望ましい方位は、装置軸線が身体軸線（例えば、ｕ←→ｘ、ｖ←→ｙ、ｗ←→ｚ）に一致するように冠状面内に
あってよい。しかしながら、装置方位は、通常、理想的な方位にはない。
【００４２】
図４は、装置座標が身体座標に対して斜めに向いた更に典型的な場合を示す。上述したように、このことは、患者の解剖学的構造による又は埋め込まれた若しくは装着された医療機器４００の移動によるものである可能性がある。姿勢感知を用いる医療機器によって実行されるアルゴリズムが装置方位を修正し得るように、キャリブレーション手順を用いて装置方位を判定するか又は装置座標を身体座標に変換する。
【００４３】
キャリブレーション手順は、キャリブレーション行列の要素を決定する段階を伴う。一旦、キャリブレーション行列が決定されると、医療機器のアルゴリズムは、患者の姿勢を、例えば、姿勢センサの出力又は複数の出力にキャリブレーション行列を乗算して、身体座標に合わせてキャリブレーションされた出力を生成することによって決定し得る。キャリブレーションされた出力は、特定のしきい値と比較して姿勢を判定する。
【００４４】
幾つかの例では、三次元ＤＣ加速度計を姿勢センサに用いる。加速度計は、３つの互いに直交する軸線の各々に関するＤＣ応答出力を提供する。キャリブレーション行列の要素を決定するために、座標回転を行う。テイト・ブライアン（Ｔａｉｔ−Ｂｒｙａｎ）角度を用いて、任意の座標回転を定義することができる。
【００４５】
座標変換
図５は、テイト・ブライアンのヨー角度、ピッチ角度、及びロール角度を示し、また、それらの角度を用いて、例えば、胸部に埋め込んだＣＦＭ装置の場合に、如何にして装置座標系から身体座標への回転又は変換を記述できるかを示す。身体上での装置の任意の座標回転は、３回の連続した回転によって決定できる。第１の回転は、患者が直立している場合に、上下方向（ｚ）の身体軸線又は垂直の軸線を中心に可能である。図５において、この角度は、θｙとして示されるヨー角であってよいことが分かる。
【００４６】
装置が身体にヨー角θｙで搭載される場合に、元々身体座標で表わした任意のベクトルａは、回転座標系で下式のように表わすことができる
【００４７】
【数１】
上式において、ａ’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転座標系で表わしたベクトルを示す。
この第１の回転により、新しい回転したｙ軸であるｙ’が生じる。第２の回転は、このｙ’軸線を中心とし、ピッチ角と称し得る角度θｐだけ回転する。即ち、
【００４８】
【数２】
上式において、ａ’’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転し、そして、ｙ’軸を中心にしてθｐだけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
これら２回の回転によって、新しい回転したｘ軸であるｘ’’が生じる。第３の回転は
、このｘ’’軸を中心にして、ロール角と称し得る角度θｒだけ回転する。即ち、
【００４９】
【数３】
上式において、ａ’’’は、ｚ軸を中心にして角度θｙだけ回転し、ｙ’軸を中心にしてθｐだけ回転し、そして、ｘ’’軸を中心にして角度θｒだけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。等号の右辺の行列は、掛け合わせると下式のようになる。
【００５０】
【数４】
又は、
【００５１】
【数５】
上式において、ａＴ＝［ａｕａｖａｗ］Ｔは、装置の回転された座標系で表わしたベクトルａである。
【００５２】
式（４）は、医療機器の姿勢センサに関するキャリブレーション行列Ｍの要素を計算するために用いることができる。キャリブレーション行列を決定するには、二つの姿勢キャリブレーションを手動で実施する。追加の姿勢（例えば、３つ目の姿勢）を用い得るが、２つの姿勢で充分である。対象は、第１の既知の姿勢を取り、センサデータ（例えば、加速度データ）が、身体に搭載した（例えば、埋め込まれた又は装着した）装置から収集される。そして、対象は、第２姿勢を取り、対象がこの第２姿勢にある状態のときに、センサデータが収集される。２つの姿勢から収集されたセンサデータについて医療機器によって実施された計算は、身体内又は身体上における方位を特定する及び修正するために用い得る。これらの計算は、三角関数の計算を伴う必要がない。非三角関数の計算は、演算を実行するプロセッサ能力に限界がある装置やプロセッサ演算を実行するエネルギに限界がある装置（例えば、バッテリ駆動式の装置）にとっては、有用であり得る。
【００５３】
キャリブレーション行列を構成するために、センサデータの直接的な挿入とキャリブレーション回転行列の形式に関する情報との組合せを用いる。対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。幾つかの例では、直立姿勢が用いられ、データ［ａｕａｖａｗ］Ｔが、搭載された装置から収集される。直立姿勢の場合に、身体座標における重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［００１］Ｔである。この場合の行列式は、下式の通りである。
【００５４】
【数６】
又は
【００５５】
【数７】
回転行列Ｍの成分を次のように示した場合に、
【００５６】
【数８】
検証によって、ｍ１３＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ｍ２３＝ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ｍ３３＝ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであり、ここで、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔは、患者が直立姿勢にある時の装置の「ｕ」軸線からのセンサ出力を意味する。
【００５７】
ピッチ角（Ｐ）係数
ピッチ角に対応するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、ｍ１３＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ＝ｓｉｎ（θｐ）であることが行列の形式から分かる。項「ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ」は、患者が直立姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。ｓｉｎ（θｐ）＝ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔならば、
【００５８】
【数９】
で表わす三角関数の公式を用いて、ｃｏｓ（θｐ）は、測定量
【００５９】
【数１０】
から算出することができる。
ロール角（Ｒ）係数
このｃｏｓ（θｐ）の式は、ロール角に関連するキャリブレーション行列要素を計算するために用い得る。２つの別個の式、即ち、
【００６０】
【数１１】
、及び
【００６１】
【数１２】
を用いて、ロール回転を特徴付けることができる。何れかの式を用いて、ロール回転行列成分を計算できる。しかしながら、患者操作の不正確さや操作中の測定値のノイズの一方又は双方によって、その結果は、実際には、同じでないことがある。これらの何れかの式を用いて又はこれらの両方の式を用いて、ロール回転行列成分を計算して、結果の精度を改善することができる。
【００６２】
説明を簡単にするために、上記行列中のｃｏｓ及びｓｉｎの表記を次のように変更することができる。
【００６３】
【数１３】
上式において、例えば、ｃｏｓ（θｐ）は、ｃｐに等しい。行列の９つの成分は、６つの係数ｓｒ，ｃｒ，ｓｐ，ｃｐ及びｓｙ，ｃｙから構成されていることが分かる。また、「ｓ」及び「ｃ」係数又は行列成分は、上述したように互いに関係付けられる。
必要とされる三角関数の関係は、
【００６４】
【数１４】
のみであり、これによって、行列の成分が代数方程式によって関係付けられる。従って、代数方程式を用いると、「ｃ」項が分かると常に、（符号のあいまいさはあるが）対応する「ｓ」項が分かり、また、逆の場合も同様であり、三角関数で行列の成分を計算する必要はない。具体的には、これらの式は、以下の通りである。
【００６５】
【数１５】
上式において、下付き文字における追加の「ａ」及び「ｂ」は、これらが、上述したように、実際には異なる結果を与え得る択一的な２組の計算結果であることを示す。組「ａ」又は組「ｂ」式の何れかを用いることができる。尚、ｓｒ及びｃｒが余角から計算されるように、ｓｒ、ｃｒは、同じ組の式から計算すべきである。これによって、回転行列が、ユニタリ行列である（即ち、その逆行列は、その転置行列に等しい）ことが保証される。従って、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔを知ることによって、又はａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔを知ることによって、６つの係数の内の４つを計算することができる。
【００６６】
ヨー角（Ｙ）係数
残りの演算対象は、ヨー回転に関連した２つの係数ｓｙ及びｃｙである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、第１姿勢に直交する第２姿勢を取る。例えば、第１位置は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、患者が自分の背中を下にして横たわる仰臥姿勢である。直立姿勢と同様に、仰臥姿勢に関する身体座標での重力ベクトルは［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［１００］Ｔである。これによって下式に至る。即ち、
【００６７】
【数１６】
又は
【００６８】
【数１７】
ヨー回転係数の計算の最も単純な組は、
【００６９】
【数１８】
であり、これもまた、三角関数を用いて計算する必要がない。従って、６つの係数は全て、姿勢センサの出力を用いて計算することができ、従って、キャリブレーション行列Ｍの９つの要素全てを計算できる。従って、キャリブレーション行列は、回転角度、例えば、
ヨー角、ピッチ角、及びロール角の１つ又は複数を実際に計算することなく計算でき、また、三角関数を計算することなく計算できる。
【００７０】
キャリブレーション行列Ｍを計算する場合に、キャリブレーション行列の逆行列Ｍ−１を用いて、装置座標の姿勢センサ出力を身体座標の姿勢センサ出力に、例えば、
【００７１】
【数１９】
によって変換することができる。上式において、［ａｕａｖａｗ］は、装置座標での姿勢センサの出力であり、［ａｘａｙａｚ］は、身体座標での姿勢センサの出力である。
他の座標変換
身体内又は身体上における方位に関する装置をキャリブレーションする例では、まず直立姿勢を取り、次に仰臥姿勢を取る患者について述べた。仰臥姿勢で又は患者が自分の側部を下にして横たわって開始するなど、他のキャリブレーション操作も有用であり得る。時として、仰臥姿勢からキャリブレーション操作を始めて、直立姿勢でキャリブレーションを終了することが望ましい場合がある。これは、完全な直立姿勢から開始するキャリブレーション操作を繰り返すことが困難な場合があり得る。操作は、いずれの順番で実施してもよい。それは、どちらの操作が重力と完全に整合する必要があるか（即ち、完全な直立姿勢か又は完全な仰臥姿勢か）を選択させる２つの操作の処理の順番の選択である。
【００７２】
仰臥姿勢から開始する場合に、キャリブレーション行列を計算するために用いる回転の順番を逆にする。回転の順番が異なるため、回転は、テイト・ブライアン式の順番ではない。これにより、回転は、ロール角、ピッチ角、及びヨー角に直接対応しないが、ロール角、ピッチ角、及びヨー角は、キャリブレーション行列の要素の計算を記述するのに依然として有用である。
【００７３】
前と同様に、身体上での装置の任意の座標回転は、３回の連続した回転によって決定し得る。第１の回転は、身体の前後（ｘ）軸線を中心にしてよい。図４では、この角度は、ロール角と同様であり、θｒ’と示されることが分かる。
【００７４】
装置が、身体に角度θｒ’で搭載される場合に、元々身体座標で表わした任意のベクトルａは、回転座標系、即ち、
【００７５】
【数２０】
で表わせる。上式において、ａ’は、ｘ軸を中心にして角度θｒ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
この第１回転は、新しい回転したｙ軸であるｙ’が生じる。第２回転は、このｙ’軸を中心に、角度θｐ’だけ行われ、これは、ロール角が小さい場合に、ピッチ角と同様な角度である。即ち、
【００７６】
【数２１】
上式において、ａ’’は、ｘ軸を中心にして角度θｒ’だけ回転し、そして、ｙ’軸を中心にしてθｐ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。
これら２回の回転によって、新しい回転したｚ軸であるｚ’’が生じる。第３回転は、このｚ’’軸を中心にして、角度θｙ’だけ回転され、これは、ロール角が小さい場合に、ヨー角と同様な角度である。
【００７７】
【数２２】
上式において、ａ’’’＝［ａｘ’’’ａｙ’’’ａｚ’’’］は、ｘ軸を中心にして角度θ’ｒ’だけ回転し、ｙ’軸を中心にしてθｐ’だけ回転し、そして、ｚ’’軸を中心にして角度θｙ’だけ回転した座標系で表わしたベクトルを示す。等号の右辺の行列は、掛け合わせると下式のようになる。即ち、
【００７８】
【数２３】
又は
【００７９】
【数２４】
上式において、ａＴ＝［ａｕａｖａｗ］Ｔは、装置座標で表わしたベクトルａである。
２姿勢手動キャリブレーションを再度実施して、キャリブレーション行列を判定する。対象は、最初に、仰臥姿勢を取り、センサデータ［ａｕａｖａｗ］Ｔが、搭載された装置から収集される。そして、対象は、第２姿勢を取り、対象が第２姿勢にある状態のときに、センサデータが収集される。仰臥姿勢の場合に、身体座標の重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［１００］Ｔである。この場合の行列式は、以下の通りである。
【００８０】
【数２５】
又は
【００８１】
【数２６】
回転行列Ｍの成分は、次のように示される。
【００８２】
【数２７】
【００８３】
そして、検証によって、ｍ１１＝ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅ、ｍ２１＝ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ，ｍ３１＝ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであり、ここで、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅは、患者が仰臥姿勢である時の装置の「ｕ」軸線からのセンサ出力を意味する。
【００８４】
Ｐ’角度係数
θｐ’に関連するキャリブレーション行列要素を計算する場合に、ｍ３１＝−ｓｉｎ（θｐ’）であって、ｓｉｎ（θｐ’）＝−ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであることが行列の形式から分かる。項「ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ」は、患者が仰臥姿勢の状態で、センサによって直接測定することができる。ｓｉｎ（θｐ’）＝−ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであれば、
【００８５】
【数２８】
で表わす三角関数の公式を用いて、ｃｏｓ（θｐ’）は、測定量
【００８６】
【数２９】
から算出することができる。
Ｙ’角度係数
このｃｏｓ（θｐ’）の式は、θｙ’に関連するキャリブレーション行列要素を計算するために用い得る。ロール回転を特徴付けるために用い得る２つの別個の式は、
【００８７】
【数３０】
及び、
【００８８】
【数３１】
である。前と同様に、何れかの式を用いて、ロール回転行列成分を計算できるが、その結果は、実際には、同じでないことがある。これらの両方の式を用いて、θｙ’回転行列成分を計算して、結果の精度を改善できる。
また、表記を簡素化すると、下式になる。
【００８９】
【数３２】
簡略化した表記では、非三角関数の式は以下の通りである。
【００９０】
【数３３】
上式において、下付き文字における追加の「ａ」及び「ｂ」は、これらが、実際には異なる結果を与え得る択一的な２組の計算結果であることを示す。組「ａ」又は組「ｂ」式の何れかを用いるべきであり、また、ｓｙ、ｃｙを同じ組の式から計算すべきである。従って、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｖ，Ｓｕｐｉｎｅを知ることによって又はａｗ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｕ，Ｓｕｐｉｎｅを知ることによって、６つの係数の内の４つを計算できる。
【００９１】
Ｒ’角度係数
残りの演算対象は、θｒ’に関連した２つの係数、即ち、ｓｒ及びｃｒである。幾つかの例では、この回転を決定するために、患者は、直立姿勢（例えば、立位）を取る。直立姿勢に関する身体座標における重力ベクトルは、［ａｕａｖａｗ］Ｔ＝［００１］Ｔであ
る。これによって、下式に至る。即ち、
【００９２】
【数３４】
【００９３】
【数３５】
θｒ’係数の計算の最も単純な組は、
【００９４】
【数３６】
【００９５】
である。６つの全係数を計算することができ、従って、キャリブレーション行列Ｍの９つの全要素を計算できる。対象が、最初に直立姿勢で次に仰臥姿勢である第１例のように、キャリブレーション行列の要素は、三角関数を用いることなく、また、方位角を特別に計算することなく計算される。
【００９６】
図６は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定する方法６００のフロー図である。ブロック６０５では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。装置の第１軸線は、ｕ軸線、ｖ軸線、又はｗ軸線であってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、直立姿勢であり、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であり、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。他の（例えば、自分の側部を下にして横たわる）姿勢を第１姿勢に用いてもよい。
【００９７】
ブロック６１０では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力が、測定される。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ又はａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。或る例では、センサ出力が、装置の第２軸線及び第３軸線の双方とも測定される。
【００９８】
ブロック６１５では、少なくとも第３センサ出力は、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関して測定される。第２の特定姿勢は、第１の特定姿勢に直交し得る。一例として、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第３セ
ンサ出力は、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。別の例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第３センサ出力は、ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。
【００９９】
ブロック６２０では、姿勢センサは、装置の方位角を判定することなく、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて、キャリブレーション変換を計算することによってキャリブレーションされる。幾つかの例では、姿勢センサをキャリブレーションする行列の要素が、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて計算される。例えば、要素の成分は、方位角θｐ、θｒ、又はθｙのいずれも特別に計算することなく、代数の（且つ非三角関数の）式を用いて計算し得る。即ち、
【０１００】
【数３７】
第１組の行列成分ｓｐ、ｃｐは、第１方位角θｐに関係し、第１センサ出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔを用いて計算される。第２組の行列成分ｓｒ、ｃｒ、は、第２方位角θｒに関係し、第１センサ出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ（ｓｐ、ｃｐから）及び第２センサ出力、即ち、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔの何れかを用いて計算される。第３組の行列成分ｓｙ、ｃｙは、第３方位角θｙに関係し、第３センサ出力ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅを用いて計算される。そして、行列成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙは、キャリブレーション行列Ｍの行列要素を計算するために用いられる。
【０１０１】
別の例では、行列要素は、方位角θｐ’、θｒ’、又はθｙ’のいずれも特別に計算することなく、代数方程式、即ち、
【０１０２】
【数３８】
を用いて計算できる。
ブロック６２５では、キャリブレーションは、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。幾つかの例では、キャリブレーション行列が、姿勢を判定
するために用いられる。幾つかの例では、姿勢センサの出力は、１つ又は複数のしきい値と比較され、対象の姿勢又は概略の姿勢を判定する。
【０１０３】
姿勢センサが、軸線が身体軸線と整合（配置）している多次元姿勢センサである場合に、姿勢センサの出力は、対象が直立姿勢である時に、身体座標において［ａｕａｖａｗ］＝［１００］であり、また、対象が仰臥姿勢である時に、［ａｕａｖａｗ］＝［００１］である。しかしながら、装置座標が身体座標と異なる場合に、出力は、これらの値と異なる。
【０１０４】
多次元姿勢センサの出力は、ベクトル（例えば、ｇベクトル）としてとらえることができる。装置座標から身体座標にセンサ出力を変換するには、センサ出力、即ち、ｇベクトルにキャリブレーション行列を乗算する。例えば、ａｕ、ａｖ、ａｗが、装置座標での多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力であり、Ｍがキャリブレーション行列である場合に、
【０１０５】
【数３９】
上式において、ａｘ、ａｙ、ａｚは、対応するセンサ測定値、即ち、身体座標系におけるｇベクトルである。転換後の又は変換後のセンサ出力ａｘ、ａｙ、ａｚは、特定の（例えば、医療機器にプログラム設定された）しきい値と比較され、姿勢が判定される。
【０１０６】
幾つかの例では、１つ又は複数の角度が、変換後のセンサ出力から計算される。計算された角度は、特定のしきい値角度と比較され、患者姿勢が判定される。キャリブレーションされた多次元姿勢センサから患者姿勢を判定するための方法は、２００５年１１月１８日に出願された、米国特許公開第ＵＳ２００７／０１１８０５６号、「姿勢感知器キャリブレーション及び使用方法」、ワン（Ｗａｎｇ）らによるに見出すことができ、これは、その全体を本明細書に参照することによって本願に組み込む。
非直交キャリブレーション操作
時として、互いに直交する姿勢を用いなければならないことが、望ましくないことがある。幾つかの状況では、例えば、患者が座位呼吸をしており、横になることが困難な場合に、完全な横臥又は仰臥姿勢に患者を置くことは勧められないことがある。このことは、センサのキャリブレーションの実施を難しくすることがある。幾つかの状況では、患者が、完全に直立した状態で、完全に静止したままでいることは難しいことがある。このことは、キャリブレーションの不正確さに至ることがある。従って、キャリブレーションのために２つの互いに直交する姿勢を必要としないキャリブレーション行列の要素の成分に対する式があることが望ましい。
【０１０７】
ヨー角（Ｙ）係数の他の計算
キャリブレーション操作に、患者が最初に直立姿勢であり、次に仰臥姿勢であることが含まれる例の場合に、同じ式が、ピッチ及びロール成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｙ、及びｃｒに用いられ、異なる式が、ヨー成分ｓｙ及びｃｙに用いられるが、これによって、患者は、直立姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない第２姿勢とすることができる。
簡略化した表記で式（３）を書き直すと、下式になる。即ち、
【０１０８】
【数４０】
行列Ｍの逆行列（Ｍ−１）は、装置座標から身体座標に回転して戻すために計算される。行列の積の逆行列は、逆の順番での（左から右への）それらの行列の逆行列の積である。更に、「ｓ」及び「ｃ」値の使用は、一致していることから、個々の回転行列は、ユニタリ行列であり、回転行列の逆行列は、それらの行列の転置行列に等しい。従って、身体座標から装置座標への完全な回転には、以下を伴う。
【０１０９】
【数４１】
［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける最初の２回（最右端）の回転又は変換によって、次のようになる。
【０１１０】
【数４２】
この座標系では、ｚ’軸は、身体の上下（ｚ）軸と整合され、次になすべきことは、ｚ’軸を中心にして回転して、それぞれｘ’及びｙ’軸をｘ及びｙ軸と整合させることだけである。患者が、まっすぐに後ろにもたれる（例えば、どちら側にも傾斜しないが、必ずしも完全な仰臥姿勢とは限らない）場合に、ｚ’軸に対し垂直な重力ベクトルの投影が生じ、これは、（ｘ’，ｙ’）平面内にある。
【０１１１】
図７は、（ｘ’，ｙ’）平面内にあるｇ力の成分を半径ｒとして図示する。ヨー成分ｓｙ及びｃｙは、次のように、ｘ’及びｙ’成分から算出できることが、図の三角形から分かる。即ち、
【０１１２】
【数４３】
ｓｙ及びｃｙを計算するために、仰臥姿勢に関する姿勢センサの出力ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅ、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅには、上記式の回転行列が乗算されて、ａ
ｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が得られる。そして、変換後の出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’は、ｓｙ及びｃｙを計算するために用いられる。前のキャリブレーション方法では、ａｕ，Ｓｕｐｉｎｅは、既に測定されていることに留意されたい。従って、このキャリブレーション方法では、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ及びａｗ，Ｓｕｐｉｎｅの２つだけの追加の測定値が必要である。
【０１１３】
Ｒ’角度係数の他の計算
患者をまず仰臥姿勢に置き、次に直立姿勢に置くことによってキャリブレーションすることが望まれる場合に、同じ式が、ヨー及びピッチ成分ｓｙ、ｃｙ、ｓｐ、及びｃｐに用いられ、異なる式が、ロール成分ｓｒ及びｃｒに用いられるが、これによって、患者は、仰臥姿勢より直立姿勢であるが、完全な直立姿勢でない第２姿勢となることができる。
簡略化した表記で式（１６）を書き直すと、下式になる。即ち、
【０１１４】
【数４４】
逆行列Ｍ−１は、装置座標から身体座標に回転して戻すために計算される。前と同様に、行列の積の逆行列は、逆の順番での（左から右への）それらの行列の逆行列の積であることから、また、回転行列の逆行列は、それらの行列の転置行列に等しいことから、身体座標から装置座標への回転には、以下を伴う。
【０１１５】
【数４５】
［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける最初の２回（最右端）の回転によって、次のようになる。
【０１１６】
【数４６】
今回は、ｘ’軸は、身体の前後（ｘ）軸と整合され、次になすべきことは、ｘ’軸を中心にして回転して、それぞれｙ’及びｚ’軸をｙ及びｚ軸と整合させることだけである。患者がほぼ直立姿勢である（例えば、どちら側にも傾斜しないが、必ずしも完全に直立姿勢とは限らない）場合に、ｘ’（ｘ）軸に対し垂直な重力ベクトルの投影が生じ、これは、（ｙ’，ｚ’）平面内にある。
【０１１７】
図８は、（ｙ’，ｚ’）平面内にあるｇ力の成分を半径ｒとして図示する。ヨー成分ｓｒ及びｃｒは、次のように、ｘ’及びｚ’成分から算出できることが、図の三角形から分かる。即ち、
【０１１８】
【数４７】
ｓｒ及びｃｒを計算するために、仰臥姿勢に関する姿勢センサの出力ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ、ａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔには、上記式の回転行列が乗算されて、ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が得られる。そして、変換後の出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’は、ｓｒ及びｃｒを計算するために用いられる。他のヨー角の例では、このキャリブレーション方法では、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ及びａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔの２つの追加の測定値が必要である。
【０１１９】
図９は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を判定する他の方法９００のフロー図である。図６の方法６００と同様に、ブロック９０５では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力が測定される。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、直立姿勢であり、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であり、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。他の（例えば、自分の側部を下にして横たわる）姿勢を第１姿勢に用いることができる。
【０１２０】
ブロック９１０では、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力が、測定される。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｕｐｒｉｇｈｔ又はａｗ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよい。幾つかの例では、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２センサ出力は、ａｖ，Ｓｕｐｉｎｅ又はａｕ，Ｓｕｐｉｎｅであってよい。或る例では、センサ出力が、装置の第２軸線及び第３軸線の双方とも測定される。
【０１２１】
ブロック９１５では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、第３センサ出力が、装置の第１軸線に関して測定される。第２の特定姿勢は、第１の特定姿勢と非直交である。一例として、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第１センサ出力は、ａｕ，Ｕｐｒｉｇｈｔであってよく、第２の特定姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でなく、第３センサ出力は、ａｕ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。別の例では、第１の特定姿勢は、仰臥姿勢であってよく、第１センサ出力は、ａｗ，Ｓｕｐｉｎｅであってよく、第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でなく、第３センサ出力は、ａｗ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２２】
ブロック９２０では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線に関する第４センサ出力が測定される。幾つかの例では、第４センサ出力は、ａｖ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。幾つかの例では、第４センサ出力は、ａｖ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２３】
ブロック９２５では、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第３軸線に関する第５センサ出力が測定される。幾つかの例では、第５センサ出力は、ａｗ，ｌｅｓｓｔｈａｎＳｕｐｉｎｅ（仰臥姿勢未満）であってよい。幾つかの例では、第５センサ出力
は、ａｕ，ｌｅｓｓｔｈａｎＵｐｒｉｇｈｔ（直立姿勢未満）であってよい。
【０１２４】
ブロック９３０では、第１方位角に関連する第１座標変換が計算され、ブロック９３５では、第２方位角に関連する第２座標変換が、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて計算される。幾つかの例では、第１座標変換及び第２座標変換には、式（３０）又は（３４）の［ａｕａｖａｗ］Ｔにおける２つの（最右端の）回転が含まれる。
【０１２５】
ブロック９４０では、変換後の第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力が、第１座標変換及び第２座標変換を用いて生成される。幾つかの例では、変換後のセンサ出力ａｘ’、ａｙ’、及びａｚ’が、式（３１）又は式（３５）の回転を用いて、センサ出力ａｕ，ａｖ，ａｗから生成される。
【０１２６】
ブロック９４５では、キャリブレーション行列の要素が、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて計算される。幾つかの例では、第１姿勢操作は、直立姿勢であり、第２操作は、完全な仰臥姿勢でなく、キャリブレーション行列の要素は、式（２６）を用いてｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、及びｃｒを用いて計算され、また、式（３２）を用いてｓｙ、ｃｙを用いて計算される。幾つかの例では、第１姿勢操作は、仰臥姿勢であり、第２操作は、完全な直立姿勢でなく、キャリブレーション行列の要素が、式（２７）を用いてｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、及びｃｒを用いて計算され、また、式（３６）を用いてｓｙ、ｃｙを用いて計算される。ブロック９５０では、キャリブレーション行列は、後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定するために用い得る。
【０１２７】
図１０は、多次元姿勢センサに関するキャリブレーション行列を決定できる装置１０００の一部の例のブロック図である。幾つかの例では、装置は、埋込型医療機器であってよく、また、幾つかの例では、装置１０００は、装着型医療機器であってよい。多次元姿勢センサ１００５は、地球の重力場に対する装置１０００のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供する。幾つかの例において、姿勢センサ１００５は、装置１０００の非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の各々に関する出力を提供する。装置１０００には、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、又は他の種類のプロセッサ等のプロセッサ１０１０が含まれる。或る例では、プロセッサ１０１０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。
【０１２８】
プロセッサ１０１０は、姿勢センサ１００５に通信可能に結合し得る。この通信結合によって、プロセッサ１０１０は、回路が介在し得るが、姿勢センサ１００５との間で信号を送信及び／又は受信できる。プロセッサ１０１０には、本明細書に述べた機能を実施する回路が含まれる。回路は、ハードウェア、ファームウェア、若しくはソフトウェア、又はハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの任意の組合せであってよい。或る例において、プロセッサ１０１０は、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアにおいて具現化された命令を実行する。或る例において、プロセッサ１０１０には、ハードウェアによって実装される論理機能を順次処理するシーケンサが含まれる。１つの回路が、１つ又は複数の機能を実行してよい。
【０１２９】
プロセッサ１０１０には、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０が含まれる。幾つかの例によれば、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０は、図６に関して述べた何れかの方法を実行するように構成される。幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力を測定し、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第３センサ出力を測定する。
【０１３０】
或る例において、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、仰臥姿勢であってよい。装置の第１軸線は、図４の装置の「ｕ」軸線であってよく、装置の第２軸線及び第３軸線は、装置の「ｖ」及び「ｗ」軸線であってよい。或る例において、第１姿勢は、仰臥姿勢であり、第２姿勢は、直立姿勢である。装置の第１軸線は、図４の装置の「ｗ」軸線であってよく、装置の第２軸線及び第３軸線は、装置の「ｕ」及び「ｖ」軸線であってよい。
【０１３１】
キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いて、キャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサ１００５を計算する。幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力、第２センサ出力、及び第３センサ出力を用いて、姿勢センサ１００５をキャリブレーションするために用いられる行列の要素を計算する。式（２６）及び（２７）に関連して前述したように、キャリブレーション回路１０１５は、装置の方位角を判定することなく、また、三角関数を用いることなく、要素を計算することが可能である。キャリブレーション後、姿勢回路１０２０は、姿勢センサ１００５を用いて、対象の後続の姿勢を判定する。
【０１３２】
幾つかの例によれば、キャリブレーション回路１０１５及び姿勢回路１０２０は、図９に関して述べた何れかの方法を実施するように構成される。前と同様に、キャリブレーション回路１０１５は、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力を測定し、対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第３センサ出力を測定する。
【０１３３】
２つの特定姿勢は、非直交であってよい。或る例では、第１姿勢は、直立姿勢であってよく、第２姿勢は、直立姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない姿勢であってよい。或る例において、第１姿勢は、仰臥姿勢であってよく、第２姿勢は、仰臥姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でない姿勢であってよい。
【０１３４】
最初の３つの測定値に加えて、キャリブレーション回路は、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第２軸線に関する第４センサ出力を測定し、また、対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、装置の第３軸線に関する第５センサ出力を測定する。そして、キャリブレーション回路１０１５は、座標変換を実施して、第２の特定姿勢に関する変換後のセンサ出力を生成する。
【０１３５】
幾つかの例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力を用いて、第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、また、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、第２方位角に関連する第２座標変換を計算する。或る例では、変換は、第１回転行列及び第２回転行列を用いて実施される。変換後のセンサ出力は、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算することによって生成される。例は、式（３１）及び（３５）に関して前述した。或る例では、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、また、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算する。
【０１３６】
そして、キャリブレーション回路１０１５は、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、また、変換後のセンサ出力を用いて、キャリブレーション行列の要素を計算する。幾つかの例では、キャリブレーション回路は、行列成分（又は係数）ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙを用いて行列要素を計算する。第１組の行列成分ｓｐ及びｃｐは、第１方位角（例えば、θｐ又はθｐ’）に関連付けられ、第１センサ出力を用いて、例えば、式（２６）又は式（２７）によって計算される。
【０１３７】
どの組の姿勢かに依存して、従って、どの組の式が用いられるかに依存して、第２組の行列成分は、第２方位角（例えば、それぞれθｒ又はθｙ’）に関連するｓｒ及びｃｒ、又はｓｙ及びｃｙの何れかであり得る。第２組の行列成分は、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて、例えば、式（２６）又は（２７）によって計算される。尚、式は、第２センサ出力としてどのセンサ測定値を用いるかについての選択肢があることを示す。理論的には、いずれの選択でも同じ結果を生成するはずであるが、実際には、患者操作の不正確さ又は操作時の測定値のノイズにより、一方の選択の方が望ましいことがある。
【０１３８】
第３組の行列成分は、第２方位角（例えば、それぞれθｙ又はθｒ’）に関連するｓｙ及びｃｙ又はｓｒ及びｃｒの何れかであり得る。第３組の成分は、変換後のセンサ出力を用いて、例えば、式（３２）又は（３６）によって計算される。そして、第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分ｓｐ、ｃｐ、ｓｒ、ｃｒ、ｓｙ、及びｃｙは、キャリブレーション行列Ｍの行列要素、例えば、式（９）及び（１１）又は式（２２）及び（２４）の行列要素を計算するために用いられる。尚、行列成分、従って、行列要素は、結果的に生じる代数方程式を用いて計算され、また、装置１０００のいずれの方位角も判定することなく又は三角関数を用いることもなく計算される。これにより、プロセッサ１０１０が必要とする処理能力の量を低減できる。
【０１３９】
幾つかの例によれば、姿勢回路１０２０は、姿勢センサ１００５の３つの非平行軸線の各々各に関するセンサ出力（例えば、ＤＣ応答性の電圧レベル）を受信し、センサ出力と特定のセンサ出力しきい値と比較して、対象の姿勢を判定する。キャリブレーション回路１０１５は、計算後のキャリブレーション行列の要素を用いて、特定のセンサ出力しきい値を調整する。
【０１４０】
幾つかの例では、姿勢回路１０２０は、下式を計算することによって、対象姿勢を判定する。即ち、
【０１４１】
【数４８】
上式において、Ｍ−１は、キャリブレーション回路によって判定されたキャリブレーション行列の逆行列であり、ａｕ、ａｖ、ａｗは、多次元センサの３つの直交する軸線の各々に関するセンサ出力であり、ａｘ、ａｙ、ａｚは、身体座標系における対応する測定値又は値である。姿勢回路１０２０は、身体座標測定値と特定のしきい値とを比較して、対象の姿勢を判定する。
【０１４２】
幾つかの例によれば、プロセッサ１０１０には、対象の姿勢のトレンドを捉えるトレンド回路１０２５が含まれる。装置１０００は、少なくとも部分的にトレンドに基づき、対象の心臓疾患の進行の兆候を提供する。例えば、患者は、心臓疾患の進行により、時間と共により直立の安静位置を取る可能性がある。プロセッサ１０１０は、疾患の進行についてユーザ又はプロセス（例えば、外部プログラマにおいて又はリモートシステムにおいて実行するプロセス）への兆候（例えば、警告又は警報）の送信を開始できる。
【０１４３】
幾つかの例では、装置１０００には、プロセッサ１０１０に通信可能に結合された呼吸
センサ１０３０が含まれる。呼吸センサの例は、わずかな呼吸容量又は１回呼吸量を測定するために用いられる経胸腔インピーダンスセンサである。経胸腔インピーダンスを測定する方法が、１９９８年２月２７日に出願された、米国特許第６，０７６，０１５号、「経胸腔インピーダンスを用いた拍数適応可能な心律動管理装置」、ハートトレイ（Ｈａｒｔｌｅｙ）らによるに記載されており、これは、その全体を本明細書に参照することによって本願に組み込む。呼吸センサは、対象の呼吸を表す信号を提供する。プロセッサ１０１０は、呼吸信号を用いて、対象の１回呼吸量を計算する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、対象の１回呼吸量のトレンドを捉える。
【０１４４】
幾つかの例では、装置１０００には、プロセッサ１０１０に通信可能にに結合された動脈圧力センサ１０３５が含まれる。動脈圧力センサの例には、肺動脈（ＰＡ）圧力センサが含まれる。ＰＡ圧力には、右心室から流出し肺動脈弁を介して肺に向かう血液による肺動脈内の圧力が含まれる。幾つかの例では、動脈圧力センサは、対象のＰＡ圧力を表す信号を提供する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、対象のＰＡ圧力のトレンドを捉える。幾つかの例では、プロセッサ１０１０は、圧力信号を用いて、低血圧又は高血圧の症状を感知する。トレンド回路１０２５は、対象の判定された姿勢に基づき、低血圧又は高血圧の症状のトレンドを捉える。
【０１４５】
埋込型又は装着型医療機器における姿勢感知によって、心不全患者の監視を改善できる。姿勢センサを適切にキャリブレーションすると、患者の解剖学的構造や装置移動によるセンサの方位のバラツキが除去される。
【０１４６】
補足事項
上記詳細な説明には、詳細な説明の一部を構成する添付図面に対する参照が含まれる。図面は、例証として、本発明を実践し得る特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では、「例」とも称する。本文書において参照する全ての公報、特許、及び特許文書は、あたかも個別に引用・参照するかのように、それら全体を本明細書に引用・参照する。本文書とそのように引用・参照されたそれらの文書との間で整合性のない用法が生じた場合に、引用した参照の用法は、本文書の用法に対する補足であると見なし、相入れない不一致が生じた場合に、本文書の用法が優先する。
【０１４７】
本文書では、用語「ａ」又は「ａｎ」（不定冠詞）は、特許文書において通例なように、何れか他の例又は「少なくとも１つの」若しくは「１つ又は複数の」の用法とは無関係に、１つ又は２つ以上を含むように用いる。本文書では、用語「ｏｒ（又は／若しくは）」は、非排他を指すために用い、これにより、「Ａ又はＢ」には、他に規定されない限り、「ＡだがＢではない」、「ＢだがＡではない」、並びに「Ａ及びＢ」が含まれる。添付の請求項では、用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」及び「ｉｎ＿ｗｈｉｃｈ」は、それぞれの用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」及び「ｗｈｅｒｅｉｎ」の平易な英語の等価物として用いる。また、後続の請求項では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「から構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、オープンエンドである。即ち、請求項において、そのような用語の後に列挙されたもの以外の要素を含むシステム、装置、物品、又はプロセスが、その請求項の範囲内に依然として入るものとみなす。更に、後続の請求項において、用語「第１の」、「第２の」、及び「第３の」等は、単に標識として用いるものであり、それらの目的語に数値的な要件を課すことを意図していない。
【０１４８】
本明細書に述べた方法例は、少なくとも部分的に機械又はコンピュータにより実行し得る。幾つかの例には、上記例で述べた如く方法を実行するように電子装置が構成されるように動作可能な命令で符号化されたコンピュータ判読可能媒体又は機械読み取り可能な媒体を含み得る。そのような方法の実施例には、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高水準言語コード等のコードを含み得る。そのようなコードには、様々な方法を実施する
ためのコンピュータ判読可能命令を含み得る。コードは、コンピュータ・プログラム・プロダクトの一部を形成し得る。更に、コードは、実体のあるものとして、実行時又は他の時に、１つ又は複数の揮発性又は不揮発性コンピュータ判読可能媒体上に記憶することができる。これらのコンピュータ判読可能媒体としては、これらに限定するものではないが、ハードディスク、着脱可能な磁気ディスク、着脱可能な光ディスク（例えば、コンパクト・ディスク及びデジタル・ビデオ・ディスク）、磁気カセット、メモリカード又はスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等が挙げられる。
【０１４９】
上記説明は、例示であることを意図しており、限定的であることを意図していない。例えば、上述した例（又はそれらの１つ又は複数の態様）は、互いに組み合わせて用いてもよい。他の実施形態は、上記説明を精査する際、例えば、当業者が用いてよい。要約書は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠するために提供し、これにより、読者が技術的開示の性質を素早く確認できるようにするものである。それは、請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するために用いられないという理解の下で提出されている。更に、上記詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して、本開示を簡素化していることがある。このことは、権利が主張されていない開示された特徴が、何れかの請求項に対して本質的であることを意図すると解釈すべきではない。むしろ、本発明の内容は、特定の開示された実施形態の全ての特徴より少ない特徴に見出される。従って、以下の請求項は、本明細書によって詳細な説明に引用されており、各請求項は別個の実施形態としてそれ自体に依拠している。本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与えられる等価物の全範囲と共に決定されるべきものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元姿勢センサと、
該姿勢センサに通信可能に結合されたプロセッサと、
を含む装置であって、
前記多次元姿勢センサは、地球の重力場に対する前記装置のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成されており、
前記プロセッサは、キャリブレーション回路と姿勢回路とを含み、
前記キャリブレーション回路は、
対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、前記装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定し、
前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定し、
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算し、
前記座標変換を用いて第２姿勢に関するセンサ出力を変換し、
第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、前記姿勢センサのキャリブレーションを行うように構成され、
前記姿勢回路は、
前記姿勢センサを用いて前記対象の後続の姿勢を判定するように構成されている装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算し、
対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定し、
第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算し、
第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、該センサ出力を変換するように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記キャリブレーション回路は、キャリブレーション行列の要素を計算することによって、キャリブレーション変換を計算するように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、
第１センサ出力と、第２センサ出力及び第３センサ出力の内の一方とを用いて第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、
変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算し、
第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算するように構成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
第１方位角は、ピッチ角に対応し、第２方位角は、ロール角に対応し、第３方位角は、ヨー角に対応する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
第１方位角は、ピッチ角に対応し、第２方位角は、ヨー角に対応し、第３方位角は、ロール角に対応する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記姿勢回路は、
前記姿勢センサの非平行な３つの軸線の各々に関するセンサ出力を受信し、
キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を変換し、
変換後のセンサ出力を特定のしきい値と比較して、対象の姿勢を判定するように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
第２姿勢は、第１姿勢と非直交となる姿勢である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
第１姿勢は、直立姿勢であり、また、第２姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない、請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
第１姿勢は、仰臥姿勢であり、また、第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でない、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
プロセスによって多次元姿勢センサに関するキャリブレーション変換を判定する段階であって、前記プロセスには、
対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、前記装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定する段階と、
前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階と、
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階と、
該座標変換を用いて第２の特定姿勢に関する前記センサ出力を変換する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力と、変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサのキャリブレーションを行う段階と、が含まれるキャリブレーション変換を判定する段階と、
キャリブレーションを用いて後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階と、
が含まれる方法。
【請求項１３】
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階には、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算する段階と、が含まれ、
前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階には、前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測
定する段階が含まれ、
出力を変換する段階には、第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階が含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１座標変換を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算する段階が含まれ、
第２座標変換を計算する段階には、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算する段階が含まれ、
第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階には、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、該センサ出力を変換する段階が含まれる、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
キャリブレーション変換を計算する段階には、キャリブレーション行列の要素を計算する段階が含まれ、また、キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、キャリブレーション行列を用いて後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階が含まれる、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
センサ出力を用いて姿勢センサをキャリブレーションするために、行列の要素を計算する段階には、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階と、
変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階と、
第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算する段階と、
が含まれる、請求項１２乃至１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる、請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算するが含まれる、請求項１２乃至１７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
対象が第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階には、対象が、第１の特定姿勢と非直交となる第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階が含まれる、請求項１２乃至１８の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、
多次元姿勢センサの３つの直交軸線の各々に関するセンサ出力を受信する段階と、
キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を身体座標値に変換する段階と、
センサ出力を特定のしきい値と比較して姿勢を判定する段階と、が含まれる、請求項１２乃至１９の何れか一項に記載の方法。
【請求項１】
多次元姿勢センサと、
該姿勢センサに通信可能に結合されたプロセッサと、
を含む装置であって、
前記多次元姿勢センサは、地球の重力場に対する前記装置のそれぞれ非平行な第１軸線、第２軸線、及び第３軸線の配置を表す電気的なセンサ出力を提供するように構成されており、
前記プロセッサは、キャリブレーション回路と姿勢回路とを含み、
前記キャリブレーション回路は、
対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、前記装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定し、
前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定し、
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算し、
前記座標変換を用いて第２姿勢に関するセンサ出力を変換し、
第１センサ出力及び第２センサ出力と変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、前記姿勢センサのキャリブレーションを行うように構成され、
前記姿勢回路は、
前記姿勢センサを用いて前記対象の後続の姿勢を判定するように構成されている装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算し、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算し、
対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測定し、
第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算し、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算し、
第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、該センサ出力を変換するように構成される、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記キャリブレーション回路は、キャリブレーション行列の要素を計算することによって、キャリブレーション変換を計算するように構成される、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記キャリブレーション回路は、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算し、
第１センサ出力と、第２センサ出力及び第３センサ出力の内の一方とを用いて第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算し、
変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算し、
第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算するように構成される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
第１方位角は、ピッチ角に対応し、第２方位角は、ロール角に対応し、第３方位角は、ヨー角に対応する、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
第１方位角は、ピッチ角に対応し、第２方位角は、ヨー角に対応し、第３方位角は、ロール角に対応する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記姿勢回路は、
前記姿勢センサの非平行な３つの軸線の各々に関するセンサ出力を受信し、
キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を変換し、
変換後のセンサ出力を特定のしきい値と比較して、対象の姿勢を判定するように構成される、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
第２姿勢は、第１姿勢と非直交となる姿勢である、請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
第１姿勢は、直立姿勢であり、また、第２姿勢は、第１姿勢より仰臥姿勢であるが完全な仰臥姿勢でない、請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置。
【請求項１１】
第１姿勢は、仰臥姿勢であり、また、第２姿勢は、第１姿勢より直立姿勢であるが完全な直立姿勢でない、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
プロセスによって多次元姿勢センサに関するキャリブレーション変換を判定する段階であって、前記プロセスには、
対象が第１の特定姿勢にある状態のときに、装置の第１軸線に関する第１センサ出力と、前記装置の第２軸線及び第３軸線の内の一方に関する第２センサ出力とを測定する段階と、
前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階と、
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階と、
該座標変換を用いて第２の特定姿勢に関する前記センサ出力を変換する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力と、変換後のセンサ出力とを用いてキャリブレーション変換を計算することによって、姿勢センサのキャリブレーションを行う段階と、が含まれるキャリブレーション変換を判定する段階と、
キャリブレーションを用いて後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階と、
が含まれる方法。
【請求項１３】
第１の特定姿勢からのセンサ出力を用いて１つ又は複数の座標変換を計算する段階には、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連する第１座標変換を計算する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連する第２座標変換を計算する段階と、が含まれ、
前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線に関するセンサ出力を測定する段階には、前記対象が第２の特定姿勢にある状態のときに、前記装置の第１軸線、第２軸線、及び第３軸線のそれぞれに関する第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を測
定する段階が含まれ、
出力を変換する段階には、第１座標変換及び第２座標変換を用いて第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階が含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１座標変換を計算する段階には、第１センサ出力を用いて第１回転行列の要素を計算する段階が含まれ、
第２座標変換を計算する段階には、第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２回転行列の要素を計算する段階が含まれ、
第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を変換する段階には、第１回転行列及び第２回転行列によって第３センサ出力、第４センサ出力、及び第５センサ出力を乗算して、該センサ出力を変換する段階が含まれる、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
キャリブレーション変換を計算する段階には、キャリブレーション行列の要素を計算する段階が含まれ、また、キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、キャリブレーション行列を用いて後続のセンサ出力からの後続の対象の姿勢を判定する段階が含まれる、請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
センサ出力を用いて姿勢センサをキャリブレーションするために、行列の要素を計算する段階には、
第１センサ出力を用いて第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階と、
第１センサ出力及び第２センサ出力を用いて第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階と、
変換後のセンサ出力を用いて第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階と、
第１組の行列成分、第２組の行列成分、及び第３組の行列成分を用いてキャリブレーション行列の要素を計算する段階と、
が含まれる、請求項１２乃至１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれる、請求項１２乃至１６の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第１方位角に関連した第１組の行列成分を計算する段階には、ピッチ角に対応する第１組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第２方位角に関連した第２組の行列成分を計算する段階には、ヨー角に対応する第２組の行列成分を計算する段階が含まれ、
第３方位角に関連した第３組の行列成分を計算する段階には、ロール角に対応する第２組の行列成分を計算するが含まれる、請求項１２乃至１７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
対象が第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階には、対象が、第１の特定姿勢と非直交となる第２の特定姿勢にある状態のときに測定する段階が含まれる、請求項１２乃至１８の何れか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記キャリブレーションを用いて後続の対象の姿勢を判定する段階には、
多次元姿勢センサの３つの直交軸線の各々に関するセンサ出力を受信する段階と、
キャリブレーション変換を用いてセンサ出力を身体座標値に変換する段階と、
センサ出力を特定のしきい値と比較して姿勢を判定する段階と、が含まれる、請求項１２乃至１９の何れか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１３−５１９４４４（Ｐ２０１３−５１９４４４Ａ）
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５２９９５（Ｐ２０１２−５５２９９５）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４３３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１００４２２
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０５００３５２８）カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド (466)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２４３３９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１００４２２
【国際公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０５００３５２８）カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド (466)
【Ｆターム（参考）】
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