生理学的モニタリング衣類
【課題】被験者の特性をモニターするためのシステム及び方法に関する。
【解決手段】本システムは、センサーサブシステムと、該センサーサブシステムと通信状態にあるプロセッサ・サブシステムとを備える。センサーサブシステムは、被験者の直ぐ近くに配設され該被験者の呼吸系の特性を検出するように構成された少なくとも一つの呼吸系センサーと、被験者の直ぐ近くに配設され該被験者の生理学的特性を検出するように構成された少なくとも一つの生理学的センサーとを備える。センサーサブシステムは、該呼吸系特性を表す呼吸系信号を少なくとも一つ生成し送信するように構成されるとともに、該生理学的特性を表す生理学的信号を少なくとも一つ生成し送信するように構成される。プロセッサ・サブシステムは、該少なくとも一つの呼吸系信号及び該少なくとも一つの生理学的信号のうちの少なくとも一方を受信するように構成される。
【解決手段】本システムは、センサーサブシステムと、該センサーサブシステムと通信状態にあるプロセッサ・サブシステムとを備える。センサーサブシステムは、被験者の直ぐ近くに配設され該被験者の呼吸系の特性を検出するように構成された少なくとも一つの呼吸系センサーと、被験者の直ぐ近くに配設され該被験者の生理学的特性を検出するように構成された少なくとも一つの生理学的センサーとを備える。センサーサブシステムは、該呼吸系特性を表す呼吸系信号を少なくとも一つ生成し送信するように構成されるとともに、該生理学的特性を表す生理学的信号を少なくとも一つ生成し送信するように構成される。プロセッサ・サブシステムは、該少なくとも一つの呼吸系信号及び該少なくとも一つの生理学的信号のうちの少なくとも一方を受信するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，６３３号及び２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，６２７号に基づく優先権を主張するものであり、これら各出願の全体を本明細書に参照により援用する。
【０００２】
本発明は、概ね、被験者の生理学的及び運動能力的な特性をモニター（monitor）するための方法及びシステムに関し、特に、生理学的及び運動能力的なモニターを行うための衣類及びこれに関連するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
歩行可能ないし歩行不能な被験者を医学的に診断・処置する際、当該被験者に関する一以上の生理学的及び／又は運動能力的な特性及び／又はパラメータをモニターするのが望ましかったり、必要であったりする場合が多い。また、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下、例えば、ファースト・リスポンダー（first responders。例えば、消防士、警察官、救急隊員等）が多くの場合遭遇するような状況下や、運動及び／又は競技のトレーニング中において、歩行可能な被験者の生理学的特性をモニターするのが望ましい場合も多い。
【０００４】
このようなことから、歩行可能・歩行不能な被験者の生理学的な特性・パラメータをモニターするために種々のシステムや方法が開発されてきた。初期の生理学的モニタリングシステムは、一般に、着用可能な物品に固定したり、そのような物品のポケット（pouch）の中に入れられる電気／電子機器（例えば、心拍数センサー）を備えるものであった。各機器間の個々の電線類は、後から当該物品の外側に固定したり、その一部ないし全部を縫い目の中などに配設したりした。例を挙げるとすれば、２００１年３月６日発行の米国特許第６，１９８，３９４号に開示された（軍事目的の）ハーネスシステムがある。当該文献全体を本明細書に参照により援用する。
【０００５】
初期の着用可能なモニタリングシステムないし物品が孕む大きな問題点としては、電線類の一部ないし全部が、特に重要な接続領域において、布地材から分離独立しているという点が挙げられる。結果として、電線類は、他の物体に引っ掛かったり絡まったりして当該機器から切断される可能性があり、また多くの場合、そのようなことが実際起こった。
【０００６】
当該初期のシステムの上記問題を解消するために、電子回路やデータ送信線を布地材に一体化した着用可能なモニタリング衣類が開発された。例を挙げるとすれば、２０００年６月２７日発行の米国特許第６，０８０，６９０号、１９９９年５月２５日発行の米国特許第５，９０６，００４号、２００４年４月２７日発行の米国特許第６，７２７，１９７号及び２００４年８月２０日出願の米国特許出願第１０／９２２，３３６号(公開第２００５／００５４９４１ Ａ１号)に開示された着用可能なモニタリング衣類がある。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【０００７】
米国特許第６，０８０，６９０号及び米国特許第５，９０６，００４号には、導電性の繊維を有する着用可能なモニタリング衣類が開示されている。上記特許には、一以上のセンサーと制御装置とによる、当該機器間の接続を容易にするために、当該導電性繊維を衣類内の数多くの地点に色々な配向で配設することができる点が記載されている。
【０００８】
しかし、上記衣類及びシステムには、当該布地内において電気・データ接続部を完璧に形成しておかないと、各機器間のデータ・電力のルーティングが制約されてしまうという大きな欠点がある。本技術分野で周知のように、上記の如き接続部を形成するには、多くの場合、非常に複雑で高価な製造プロセスが必要となる。
【０００９】
米国特許第６，７２７，１９７号及び米国特許出願第１０／９２２，３３６号には、更に別の着用可能なモニタリング衣類が開示されている。当該モニタリング衣類も同様に、各機器による機器間の接続を容易にするために導電性の繊維を含むものである。また、当該衣類は、各機器（センサー等）に電力を供給し、各機器の信号を信号送信／処理回路へルーティングするための一体化された（場合によっては「細長くて伸長可能な」）バスを備える。
【００１０】
上記に開示された衣類によれば、各機器間で電力・データをルーティングするための効果的な一体型の手段が提供されるものの、それでも当該衣類（及びシステム）には幾つかの欠点・デメリットがある。主な欠点としては、機器間の接続が依然として複雑で、よって、製造に時間とコストがかかるという点が挙げられる。
【００１１】
したがって、複数の生理学的特性を正確且つリアルタイムに決定するのが容易であり、簡単に製造することのできる、改良された生理学的モニタリング衣類を提供するのが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的や、以降記載し明らかとなる目的に従って、本発明は、被験者の生理学的・能力的な特性・パラメータのモニタリングを容易にする、着用可能な生理学的・能力的モニタリング衣類を対象とする。本発明の好ましい実施形態においては、本生理学的モニタリング衣類は、当該衣類と共に使用される各機器による各機器間の通信を容易にする、一体型の機器接続・データ送信手段（integral component connecting and data transmission means）を備える。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、当該着用可能な衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる磁力計システムを備える。幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、更に追加の生理学的センサー―例えばＥＣＧ用、体温用又は血中酸素用のセンサー―及び処理・モニタリング手段を備え、これらは同様に、当該着用可能なモニタリング衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。
【００１４】
更なる特徴や利点は、添付の図面に示す、本発明に関する以下の詳細な説明により明らかにされる。各図において、同一の部品ないし要素は概ね同様の参照符号で示してある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリングシステムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による磁力計システムの概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による磁力計の上方平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、図３に示す磁力計の側方平面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による磁力計のドライバ回路の概略図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による磁力計のプリアンプ回路の概略図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による磁力計の入力バッファ増幅回路の概略図である。
【図８】図８は、被験者の側面図であり、本発明の一実施形態により、図２に示す磁力計システムを被験者上に取り付ける位置を示す。
【図９】図９は、被験者の斜視図であり、本発明の一実施形態により、磁力計を被験者の前側に取り付ける位置を示す。
【図１０】図１０は、被験者の背中の平面図であり、本発明の一実施形態により、磁力計を被験者の背中に取り付ける位置を示す。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の前方平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態による、図１１に示す生理学的モニタリング衣類の前方平面図であり、その側方開口部を示す。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態による、図１１及び図１２に示す生理学的モニタリング衣類を着用した被験者の前方斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の一部側断面図であり、その上層及び下層を示す。
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の一部側断面図であり、その上層と下層の間に形成されたポケットを示す。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態による、予め形成された衣類ポケットの前方平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の前方平面図であって、該衣類はこれに関連づけられた複数の一体型の衣類用導体を有する。
【図１８】図１８は、本発明の一実施形態による、図１７に示す生理学的モニタリング衣類の後方平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態による、生理学的モニタリング衣類の後方平面図であり、組み込まれたＥＣＧセンサー用接続回路を示す。
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態による、図１９に示す生理学的モニタリング衣類の前方平面図であり、ＥＣＧ回路及び磁力計回路を示す。
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態による、図１９に示す生理学的モニタリング衣類の後方平面図であり、磁力計回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を詳細に説明する前に理解されたいのが、本発明が、特に例示した―当然変更される可能性のある―衣類、装置、システム、回路又は方法に限定されるものではないということである。したがって、本発明の実施にあたっては、本明細書に記載した着用可能な物品、装置、システム及び回路と類似ないし均等の数多くのものを使用することが可能ではあるが、本明細書では、好適な着用可能な物品、装置、システム及び回路について記載する。
【００１７】
また、本明細書で使用する用語については、本発明の特定の実施形態を説明するためにのみ用いられているのであって、本発明を限定する意図はないことも理解されたい。
【００１８】
特段の定義のない限り、本明細書で使用する技術的・科学的な用語は、いずれも、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が通常理解するであろう意味を有する。
【００１９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される、冠詞「a」、「an」及び「the」で示す単数形の対象には、文脈上明らかに単数である場合を除いて、複数の指示対象が含まれる。
【００２０】
また、本明細書で参照するあらゆる刊行物、特許及び特許出願については、これ以前に参照したものも、これ以降参照するものも、その全体を参照により援用する。
【００２１】
本明細書で言及する刊行物は、ただ単に、本願の出願日前に開示されたものであるため、ここに記載したまでである。本明細書の如何なる記載についても、先発明の規定に基づき、本発明がこれら刊行物よりも早い日付を得る権利を有しないことを自認するものであると解釈してはならない。また、ここに記載した公開日・公表日は、実際の公開日・公表日と異なる場合があるので、個別に確認する必要があると思われる。
【００２２】
＜定義＞
本明細書で用いる「呼吸系のパラメータ（respiratory parameter）」及び「呼吸系の特性（respiratory characteristic）」との文言は、呼吸器系及びその機能に関連する特性を意味しこれを含むものとする。例えば、呼吸頻度（breathing frequency（ｆＢ））、１回呼吸気量（tidal volume（ＶＴ））、吸息体積（inspiration volume（ＶＩ））、呼息体積（expiration volume（ＶＥ））、分時換気量（minute ventilation（ＶＥ））、吸息呼吸時間、呼息呼吸時間及び流量（例えば、胸壁容積の変化率等）が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、「呼吸系のパラメータ」及び「呼吸系の特性」との文言は、胸壁の区画の同期的・非同期的な動作による換気力学的な推測（inferences regarding ventilatory mechanics）を意味しこれを含むものとする。
【００２３】
本発明によれば、体積信号から流量や呼吸の加速度を求めることができる。また、胸壁を構成する個々の区画間の動作の非同期性の度合いから、多くの換気力学的な推測を導くことができる。
【００２４】
本明細書で用いる「生理学的パラメータ（physiological parameter）」及び「生理学的特性（physiological characteristic）」との文言は、心臓の電気的活動、他の筋肉の電気的活動、脳の電気的活動、脈拍数、血圧、血中酸素飽和度、皮膚温度及び核心温度を意味しこれらを含むものとするが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本明細書で用いる「空間的パラメータ（spatial parameter）」及び「空間的特性（spatial characteristic）」との文言は、被験者の位置・向き（orientation）及び／又は動作を意味しこれを含むものとする。
【００２６】
本明細書で用いる「衣類（garment）」との文言は、被験者の身体の少なくとも一部を覆うのに適したあらゆる物品を意味し含むものとする。例えば、シャツ、ベスト、ジャケット、バンド等を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
本明細書で用いる「患者（patient）」及び「被験者（subject）」との文言は、ヒト及び動物を意味しこれを含むものとする。
【００２８】
肺換気量、１回呼吸気量、呼吸速度や、その他の関連する呼吸系の特性は、生体内における酸素と二酸化炭素の遷移（transpiration）について実用的で信頼性のある測定基準となりうる。呼吸系の特性は、運動の成果、生理学的ストレスや、その他の生理学的特性と直結している。１回呼吸気量を外部から求める一つの方法は、胸部の容積変化を測定することである。胸部の容積変化は、肺の拡張・収縮に起因する。圧力範囲の最大値及び最小値での肺の気圧は雰囲気圧と平衡であるため、肺の容積と、吸い込んだ空気の体積との間には非常に緊密で単調な関係がある。
【００２９】
胸部の容積変化を正確に測定するには、胸郭における胸部の直径の変化を測定する必要がある。さらに、胸部の直径の変化を胸郭の下方でも測定することで、より正確に測定することができる。胸郭下方で胸部の直径の変化をモニターすることで、横隔膜によってもたらされる呼吸（diaphragm delivered breathing）を明らかにすることができる。横隔膜による呼吸は、横隔膜筋の収縮・弛緩によって腹部の器官が下方及び外方に押されて、有効肺容積が増加するというものである。
【００３０】
呼吸系の特性をモニタリング・分析することは、運動競技での用途に特に役立ちうる。なぜなら、運動能力と、運動競技者による酸素及び二酸化炭素の処理の仕方との間には直接的な関係があるからである。例えば、多くの運動トレーニングの場面では、運動競技者の身体が有酸素運動と無酸素運動との間で切り替わる時点―運動競技者の換気性作業閾値（ventilatory threshold）とも呼ばれる―を知ることが有益である。換気性作業閾値を超えることは、即ち、スポーツ活動の最中における懸案となる運動能力の限界を示すこととなる。例えば、運動競技者にとって、限られた時間、無酸素状態でトレーニングすることは有益である場合がある。しかし、多くのスポーツの場合、適正なトレーニングに必要なのは、限られた時間の無酸素運動と、その間に差し挟まれるより強度の低い有酸素運動だけである。ところが、運動競技者にとって、呼吸系特性等の生理学的特性を参照することなく、自分が無酸素状態・有酸素状態のどちらの状態にあるのかを知ることは困難である。したがって、呼吸をモニタリングしてデータ処理を行なうことで、運動競技者の運動状態を正確且つ略瞬時に測定することが可能となり、それにより、運動競技のトレーニングにおいて実質的なメリットを提供することができる。運動競技者の経時的な換気性作業閾値の変化や、運動後の回復期間中の１回呼吸気量のパターンは、あるトレーニング・プログラム中に運動競技者のフィットネス・レベルがどの程度改善したかを測る上で有用となりうる。また、呼吸をモニターすることで、被験者の静止時代謝率の変化をモニタリング・分析することが可能となる。
【００３１】
そして、身体に対する負荷が、現在の肺換気量ではもはや十分に生命を維持することができないレベルに達する時点が、第２の換気性作業閾値である。この状態が長く続き過ぎると、虚脱を引き起こすことになるので、この地点を決定することは、医学的な用途、特にファースト・リスポンダー（first responder、現場に最初に駆けつける医学的訓練を受けた人）やその他の救急隊員にとって有益となりうる。
【００３２】
本発明は、被験者の生理学的・能力的な特性・パラメータのモニタリングを容易にする、着用可能な生理学的モニタリング衣類を対象とする。上記の通り、本生理学的モニタリング衣類は、当該衣類と共に使用される各機器による各機器間の通信を容易にする、一体型の機器接続・データ送信手段（integral component connecting and data transmission means）を備える。
【００３３】
本発明の幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、磁力計システムを備え、当該磁力計システムは、当該着用可能な衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。以降詳細に説明するが、当該磁力計システムにより、種々の呼吸系の特性・パラメータを正確且つリアルタイムに求めるのが容易となる。
【００３４】
幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、更に追加の生理学的センサー及び処理・モニタリング手段を備え、これらは同様に、当該着用可能なモニタリング衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。上記生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温が含まれうる。
【００３５】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、本発明の着用可能な生理学的モニタリング衣類により、呼吸系やその他の生理学的な複数のパラメータ・特性を正確且つリアルタイムに求めることが容易となる。また、本モニタリング衣類によれば、歩行可能な外来患者の在宅でのモニタリングや、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下にある被験者や、運動及び／又は競技のトレーニング中の被験者のモニターにも容易に対応することができる。
【００３６】
以下、本発明に係る着用可能な生理学的モニタリング衣類及びこれに関連するシステムにつき、幾つかの実施形態を詳細に説明するが、本発明が本明細書中の衣類やシステムに限定されるものではないことを理解されたい。本技術分野における通常の知識を有する者であれば理解するであろうが、ここに記載した衣類及びシステムと類似ないし均等の衣類及びシステムも、本発明の範囲内において用いることができる。
【００３７】
＜生理学的モニタリングシステム＞
まず、図１に、本発明の生理学的モニタリング衣類と共に使用可能な例示的な生理学的モニタリングシステム１０のブロック図を示す。以下詳細に説明するように、本発明の一実施形態においては、本生理学的モニタリングシステム１０は、(i)胸郭及び腹部それぞれの前後方向の直径の変化（ないし変位）と、胸壁の軸方向の変位とをモニタリング・検出するとともに、(ii)上記解剖学的変位を反映する磁力計信号との相関関係において、モニタリング中の被験者に関する解剖学的・生理学的・能力的情報を求めるのに適している。
【００３８】
図１に示すように、この生理学的モニタリングシステム１０は、好ましくは、データ取得サブシステム２０と、制御データ処理サブシステム４０と、データ送信サブシステム５０と、データモニターサブシステム６０と、バッテリー等の電源７０とを備える。
【００３９】
本発明の一実施形態においては、データ取得サブシステム２０は、対を成す磁力計を含む磁力計システム２１を備える。当該磁力計は、被験者上の選択的な解剖学的位置に配設された場合に、被験者の胸郭及び腹部それぞれの前後方向の直径の変化（ないし変位）と、被験者の胸壁の軸方向の変位とをモニタリング・検出するのに適している。しかしながら、本発明が、被験者の胸郭、腹部及び胸壁の変位測定のために磁力計対を使用することに限定されないことを理解されたい。
【００４０】
本明細書では、磁力計及び磁力計システムに関連して本発明を説明するが、磁力計の代わりに、或いは磁力計と共に、システム内の二以上のセンサー間の距離の変化を測定可能な他のタイプのセンサーシステムを用いることができることを理解されたい。具体的には、本発明は、測定した胸郭及び腹部の前後方向の直径の変化と胸壁の軸方向の変位とを現す信号を取得するのに電磁コイルないし磁力計を使用することに限定されるものではない。上記解剖学的パラメータの測定に容易に適合可能な種々のその他の手段や装置を、本発明の範囲内で用いることができる。そのような手段や装置としては、ホール効果センサーや電子コンパスセンサーを含むが、これらに限定されない。本発明によれば、一方のセンサーから他方のセンサーへ送信された信号の時間遅延を測定し、それにより二つのセンサー間の距離を求める能力のある無線センサーを、磁力計の代わりに、或いは磁力計と共に、設けることができる。
【００４１】
磁力計（ないし他のセンサー）は、例えばシャツやベスト等の着用可能な衣類に埋め込まれていてもよいし、当該衣類によって運ばれるものであってもよい。着用可能なモニタリング衣類とすることで、磁力計を被験者の皮膚に直接取り付ける必要性、ひいてはそれに纏わる全ての問題が解消される。また、着用可能なモニタリング衣類とすることで、被験者の胴体上の、事実上いかなる適切な（あるいは所望の）位置にも磁力計を繰り返し且つ簡便に位置決めすることが容易となる。
【００４２】
本発明によれば、上記被験者のパラメータ（ないし変位）を測定するのに、少なくとも一つ、好ましくは二つの磁力計が使用される。よって、本発明の幾つかの実施形態においては、磁力計を二対、使用する。幾つかの実施形態においては、二対より多くの磁力計を使用する。
【００４３】
図２に示すように、本発明の一実施形態においては、磁力計システム２１は、第１送信用磁力計２２ａと、第１受信用磁力計２２ｂと、第２送信用磁力計２４ａと、第２受信用磁力計２４ｂとを含む。これら磁力計対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂは、両者間の距離変化に応答可能である。以降詳細に説明するが、第１送信用磁力計２２ａは第１電磁場を送信するのに適し、第１受信用磁力計２２ｂは当該第１電磁場を受信するのに適している。第１受信用磁力計２２ｂは、第１電磁場（ひいては磁力計対２２ａ、２２ｂ間の距離）の変化に応答可能であり、また、当該第１電磁場における第１の変化を表す第１の信号を生成し送信するのに適している。本発明の実施形態に係る電磁コイルは、「受信用」ないし「送信用」と記載されているが、各受信用コイルは、代わりに且つ独立して、送信用コイルであってもよいし、各送信用コイルは、代わりに且つ独立して、送信用コイルであってもよい。各コイルは、送信・受信の両機能を行うものであってもよい。
【００４４】
第２送信用磁力計２４ａは第２電磁場を送信するのに適し、第２受信用磁力計２４ｂは当該第２電磁場を受信するのに適している。一実施形態においては、第２受信用磁力計２４ｂは、第１及び第２電磁場（ひいては磁力計対２４ａ、２４ｂ間及び磁力計２２ａ、２４ｂ間の距離）の変化に応答可能であり、また、当該第２電磁場における第１の変化を表す第２の信号と、当該第１電磁場における第２の変化を表す第３の信号とを送信するのに適している。
【００４５】
以下、図３〜図７を参照して、本発明の新規な磁力計を詳細に説明するが、本発明が、本明細書中の磁力計の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。本技術分野における通常の知識を有する者であれば理解するであろうが、解剖学的距離ないしパラメータをモニタリング及び／又は測定するのに、本発明の範囲内において種々の従来の磁力計を容易に用いることができる。
【００４６】
まず、図３及び図４に、本発明の低背型磁力計８０の一実施形態を示す。本発明の一実施形態においては、磁力計８０は、導電性の円形コイル７２を含む多層プリント回路を備える。
【００４７】
本発明によれば、導電性のコイル７２は、例えば銅、アルミやその他の導電性の金属等の標準的な導電性の電線を用いてコイルを巻回することで形成してもよいし、標準的な多層プリント回路技術を用いて製造してもよい。一実施形態においては、当該コイルは、直径約２インチで、各層にそれぞれ１８ターン有し、各層を標準的なプリント回路層コネクタ（「ビア」）を用いて互いに直列に接続して計１０８ターンのコイルを形成した、６層のプリント回路基板により形成される。
【００４８】
異なるサイズのコイルを、上記と同様の手法で、あるいは、薄い型にて巻回して得られたコイルを可撓な基板に接着することで形成することができることが理解される。このコイルの形状係数は、細長いコイルを強磁性のロッドに巻いて形成したソレノイド型の設計を利用した従来の呼吸系用磁力計の設計とは異なる。
【００４９】
この磁力計８０（及び関連するシステム）は、好ましくは、横方向に１０ｃｍ〜４０ｃｍ、軸方向に２０ｃｍ〜５０ｃｍの物理的範囲に亘って動作し、上記距離に亘って極めて正確に変位を測定する能力を有する。システムのノイズも極めて少なく、１０ｎＶ／ｒｔＨｚ未満であり、これを変換するとｒｍｓで５０ミクロンの測定誤差となる。
【００５０】
一実施形態においては、磁力計８０への電力は、電圧範囲が約２．８Ｖ〜３．７Ｖのバッテリーにより供給される。
【００５１】
磁力計の回路（サーキットリー）は、制御されていない環境下にあるコイルに接続されるため、全ての接続を非常に広い周波数範囲に亘ってバランスさせるのが好ましい。外部接続を全てバランスさせることで、電磁両立性（ＥＭＣ）の影響を、電磁波の放射（radiation）及び感受性（susceptibility）の両方について最小限に抑えることができ、静電気放電（ＥＳＤ）が起こった際に極めて高いシステムのロバスト性が確保される。更に、接続をバランスさせることで、交流幹線の寄生ピックアップの除去にあたり６０ｄＢ以上の低減効果が追加される。
【００５２】
好ましくは、当該回路は、より小さな回路ブロックに分割される。各ブロックとしては、(i)マイクロコントローラ、(ii)Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、記憶機構及びデジタル信号処理（ＤＳＰ）、(iii)各種ドライバ、(iv)プリアンプ及び(v)入力バッファを挙げることができる。各回路ブロックにつき以下詳細に説明する。
【００５３】
本発明によれば、ドライバ回路は、マイクロコントローラからの矩形波駆動を各コイルのための効率的な電流駆動に変換するとともに、実際の駆動信号のモニタリング情報（monitoring）をマイクロコントローラへ送り返す（図５参照）。演算増幅器が、マイクロコントローラの出力をバッファリングし、コイルをマイクロコントローラから絶縁する。
【００５４】
多くのマイクロコントローラには十分な電流駆動能力があるので、（どのマイクロコントローラを選ぶかにより）バッファリングは必ずしも必要でない。
【００５５】
比較的高電圧の矩形波駆動を、コイルの低電圧な駆動要件と整合させるために、インピーダンス整合コンデンサ網を使用する。これは、回路のＱを利用するものであり、駆動の基本振動数成分を強化し、コイルを絶縁する。当該技術の使用により、コイルは、電源から１ｍＡしか使用せずに約５．８ｍＡで駆動する。
【００５６】
保護ダイオードは、静電気放電（ＥＳＤ）が起こった際に、既知の電圧にクランピングを行う。各ダイオードの静電容量は、１ｐＦ未満である。したがって、ダイオードは、通常の回路動作には何ら影響を与えない。
【００５７】
本発明によれば、プリアンプ回路は、コイルからの微小な信号を取り出すために、低ノイズの利得を備えた、コイルに整合する網を提供する。
【００５８】
図示の実施形態では、プリアンプは、二つのＮＰＮトランジスタからなる単純な構造を備える。この接続形態では、搬送周波数で約９０倍の利得を提供すべく低電力の２Ｎ５０８８高ベータトランジスタを利用する。バイパスコンデンサは、幹線周波数（５０又は６０Ｈｚ）を９０：１以上で除去するよう選択される。プリアンプの出力は、グラウンドからＶｂｅだけオフセットされる。
【００５９】
出力フォロワは、電力消費を増大させることなくプリアンプの出力インピーダンスを低減するのに適しそのように設計される。１００ｋΩの両端の電圧降下Ｖｂｅには、電源電流を６μＡしか必要としないにもかかわらず、出力インピーダンスが１２０Ω未満まで低減される。
【００６０】
好ましくは、プリアンプは、その入力ノイズ密度関数が１０ｎＶ／√Ｈｚであり、約１４μＡ消費する。
【００６１】
コンデンサ網は、コイルの低インピーダンスを、プリアンプの比較的高いインピーダンスに整合させ、これにより更に４倍の利得が追加される。したがって、プリアンプの総利得は３６０倍となる。
【００６２】
本発明によれば、入力バッファ増幅器により、更に２５倍の利得が追加され、マイクロコントローラでのデジタル化が可能な程度まで信号が増幅される（図７参照）。プリアンプからの信号は０．５ｍＶ〜６０ｍＶの範囲内にあるので、この段階で飽和することはまずないであろう。この時点では信号は十分大きく、単純なトランジスタ増幅器を用いた場合、容認できない歪みが生じてしまうので、演算増幅器を用いてもよい。
【００６３】
本発明によれば、本発明の範囲内で、種々の系統の有効なマイクロコントローラチップを使用することができる。一実施形態では、テキサス・インスツルメンツ社製の「ＴＩ ＭＳＰ４３０」マイクロコントローラチップを用いる。上記チップは、小サイズであり、必要な電流は３．５ｍＡ未満である。
【００６４】
デジタル信号処理（ＤＳＰ）機能に必要な要件は、ドライバに矩形波を４つ―１対を好ましくは８．９５ｋＨｚで、他方の対を好ましくは８．８５ｋＨｚで―供給することである。矩形波の各対は１８０度位相がずれている。
【００６５】
マイクロコントローラは、２０ｋＨｚよりも高いレートで８チャネルについて１２ビットでデジタル化する能力があるのが好ましい。差動方式なので、入力値は、２つ一組で処理するのが好ましい。
【００６６】
一実施形態では、８つのチャネルは、各時間サンプル毎にＴｘＡ、ＴｘＢ、Ｒｘ１及びＲｘ２を表す４つの値に縮約される。
【００６７】
同じサンプリングレートで、４つの積、即ち、ＴｘＡ＊Ｒｘ１、ＴｘＡ＊Ｒｘ２、ＴｘＢ＊Ｒｘ１及びＴｘＢ＊Ｒｘ２を生成するのが好ましい。これら４つの積を、Ｓｓ／Ｓｐ秒のランレングス（run length）の間４つのレジスタに蓄積する。したがって、ランレングス、即ちパケットサイズは４００である。
【００６８】
好ましくは、４００蓄積毎に４つの値を取り出し、キャリブレーションファクターでそれらの値を調整し、呼吸系のサンプル値をメインコントローラへ供給する。
【００６９】
図１を再び参照する。本発明によれば、制御データ処理サブシステム４０は、データ取得サブシステム２０（ひいては、これに関連する各磁力計）、データ送信サブシステム５０及びモニターサブシステム６０を制御するためのプログラム、指令や、関連するアルゴリズムを備える。
【００７０】
制御データ処理サブシステム４０は、更に、磁力計の場の変化（ひいては、磁力計対間の距離の変化）を反映する磁力計信号を取り込んで処理するようにプログラムされ構成されるとともに、少なくとも一つの呼吸系の特性（より好ましくは複数の呼吸系の特性）を含む、モニタリング中の被験者に関する解剖学的、生理学的及び／又は能力的な情報を（磁力計信号との相関関係において）求めるようにプログラムされ構成されている。なお、制御データ処理サブシステム４０は、本明細書中、「プロセッサ・サブシステム」、「処理サブシステム」、「データ処理サブシステム」とも呼ぶ。これら「制御データ処理サブシステム」、「プロセッサ・サブシステム」、「処理サブシステム」及び「データ処理サブシステム」の各用語は、本願中、互いに置き換え可能なものとして用いられている。
【００７１】
データモニターサブシステム６０は、制御データ処理サブシステム４０によって生成され送信された生理学的・能力的な特性・パラメータを表示するように設計され構成されている。
【００７２】
本発明の実施形態によれば、データ送信サブシステム５０は、上記通信リンク、ひいては、データ取得サブシステム２０、制御データ処理サブシステム４０及びデータモニターサブシステム６０による各サブシステム間の送信をモニターし制御するようにプログラムされ構成されている。
【００７３】
上記生理学的モニタリングシステムに関する更なる詳細については、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び２０１０年８月２６日に出願した同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されている。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００７４】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、本発明の各磁力計は、各磁力計間の距離の変化（ないし変位）をモニタリング・測定すべく、被験者上の、解剖学的に適切な様々な位置に配置することができる。ここで、図８〜図１０を参照する。これらの図は、上記で参照した米国仮出願第６１／２７５，５７５号、米国出願第１２／８６９，５８２号及び同時係属中の米国出願第１２／２３１，６９２号に開示された発明に従って、被験者ないし患者１００上に位置決めした各磁力計対２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂを示す。同様に、当該文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００７５】
図８〜図１０に示すように、第１送信用磁力計（即ち、第１送信器）２２ａは、好ましくは、被験者１００の前側１０１であって被験者１００の臍の近くに位置決めされ、第１受信用磁力計（即ち、第１受信器）２２ｂは、好ましくは、軸方向に関しては上記と同じ位置の近くに、被験者１００の後ろ側１０２に位置決めされる。第２受信用磁力計（即ち、第２受信器）２４ｂは、好ましくは、被験者１００の前側１０１であって胸骨の底部の近くに位置決めされ、第２送信用磁力計（即ち、第２送信器）２４ａは、軸方向に関しては上記と同じ位置の近くに、被験者１００の後ろ側１０２に位置決めされる。
【００７６】
被験者ないし患者１００が呼吸をすると、各コイル対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂ間で測定された電圧変化から、胸郭及び腹部それぞれの変位（即ち、それぞれ矢印２９及び矢印２５で示す、各コイル対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂの間の距離の変化）が求められる。また、送信用コイル２２ａと受信用コイル２４ｂとの間で測定された電圧変化から、矢印２３で示す胸壁の軸方向の変位（例えば、臍からの距離（xiphi-umbilical distance（Xi）））も求められる。本実施形態においては、磁力計２４ｂは、デュアル機能電磁コイルであり、「デュアル機能コイル」とは、複数の異なる送信用コイルからの送信を受信することのできるコイルを意味する。（したがって、磁力計２４ｂは、磁力計２２ａ及び２４ａからの磁場送信を受信するのに適している。）
【００７７】
上述したように、測定した変位は、少なくとも一つの呼吸系の特性を含む、測定中の被験者１００に関する解剖学的・生理学的情報を求めるのに通常用いられる。２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されているように、更に追加の磁力計対を使用してもよく、測定した複数の変位は、更に追加の解剖学的・生理学的・能力的特性―例えば、胸壁の動作と、呼吸活動や会話、くしゃみ、笑うこと、咳等の呼吸に関連する事象との関係性の決定・特徴づけ―を評価するのに用いることができる。
【００７８】
また、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されているように、データ取得サブシステム２０は、更に、モニタリング中の被験者１００に関する一以上の生理学的特性をモニターし記録するのに適した更に追加の生理学的センサーを少なくとも一つ（好ましくは、更に追加の生理学的センサーを複数）備えてもよい。この生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温を含みうる。
【００７９】
生理学的センサー（及び関連するシステム）の一例は、２００３年４月２２日発行の米国特許第６，５５１，２５２号、２００７年９月１１日発行の米国特許第７，２６７，６５２号、２００７年６月１８日に出願した同時係属中の米国特許出願第１１／７６４，５２７号及び国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２１４３３号に開示されている。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００８０】
また、データ取得サブシステム２０は、モニタリング中の被験者が発した音をモニターするための、例えばマイクロホン等の一以上の音声センサーと、モニタリング対象の被験者とモニタリング局ないしモニタリング者とによる、両者間における双方向通信を可能にするスピーカとを備えてもよい。
【００８１】
本発明の幾つかの実施形態においては、データ取得サブシステム２０は、被験者の位置・向き及び／又は動作、例えば空間的パラメータを直接モニターするための手段を備えてもよい。本発明によれば、被験者の位置・向きや動作をモニターないし測定するのに種々の従来の手段を使用することが可能であり、例えば、光学エンコーダ、近接スイッチ、ホール効果スイッチ、レーザー干渉計、加速度計、ジャイロスコープ及び／又は全地球測位システム（ＧＰＳ）等が含まれる。
【００８２】
一実施形態においては、被験者の位置・向きや動作を直接モニターするための上記手段は、多機能慣性センサー（例えば、３軸加速度計や３軸ジャイロスコープ）を少なくとも一つ備える。本技術分野で周知のように、被験者の位置・向きや動作は、多機能慣性センサーから送信される信号ないしデータから容易に求めることができる。
【００８３】
＜生理学的モニタリング衣類＞
上述したように、本発明の生理学的モニタリング衣類は、上記生理学的モニタリングシステムと協働するのに適し且つそのように構成された着用可能な衣類を含む。したがって、本生理学的モニタリング衣類は、上述した対を成す磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ等の磁力計対及び／又は一以上の生理学的センサー、関連するプロセッサ、制御ユニット及び回路を備えうる。生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温を含みうる。
【００８４】
本発明によれば、生理学的モニタリング衣類は、例えば、シャツ、ベスト、ジャケット、バンド等の、被験者の身体の少なくとも一部を覆うのに適した種々の衣類や物品を含みうる。したがって、以下に記載するモニタリング衣類はベストに関するものであるが、本発明が当該記載の衣類に限定されるものではないことを理解されたい。
【００８５】
ここで図１１〜図１３を参照する。これらの図に、本発明の生理学的モニタリング衣類１１０の一実施形態を示す。図１３に示すように、モニタリング衣類１１０は、好ましくは、身体になじむ衣類（この例では、身体になじむ袖なしシャツ又はベスト）を含む。
【００８６】
生理学的モニタリング衣類ないしベスト１１０は、好ましくは、前パネルないし前方部１１２と、後ろパネルないし後方部１１４とを備え、ベスト１１０の、好ましくは一方の側部に配設された開口部１１１を有する。図示の実施形態では、ベスト１１０は、更に、底パネルないし底部１１６を備える。
【００８７】
図１２に示すように、前パネル１１２及び後ろパネル１１４は、ベスト１１０を被験者の胴体に留めるための、協働する閉止手段１１５ａを備える。本発明によれば、ベスト１１０を簡単に閉止できるように、例えば、ベルクロ社製の「ベルクロ」（登録商標）等のパイル・アンド・フック機構（面ファスナー）、スナップファスナー、ジッパーファスナー等の種々の従来の閉止手段をベスト１１０に組み込んでもよい。
【００８８】
本発明の好ましい実施形態では、閉止手段１１５ａは、従来式の一体型のジッパーファスナー機構を備える。一実施形態においては、ジッパーファスナー機構からなる閉止手段１１５ａは、前パネル１１２と後ろパネル１１４とを互いに閉止するとともに、ジッパーのツマミ１１５ｂを移動させて下方向（矢印Ａにて図示）に沿ってジッパーの歯同士を噛合させることで被験者の身体にベスト１１０を留めるのに適するとともにそのように配置されている。
【００８９】
本発明によれば、ベスト１１０は、着用可能な衣類ないし衣類に適した材料であればどのようなものを含んでもよい。一実施形態においては、ベスト１１０を身体に留めた際にそれが体形になじむ（即ち、身体になじむ）ことができるように、ベスト１１０は、例えば、デュポン社製の「ライクラ」（登録商標）等のポリウレタン−ポリ尿素コポリマー等の弾性材料を含む。
【００９０】
ここで図１４及び図１５を参照する。一実施形態においては、ベスト１１０は、外層１２０と内層１２４とを備え、各層１２０、１２４は好ましくは同じ材料からなる。ベスト１００上の適切な解剖学的位置及び／又は所望の位置には、少なくとも一つの衣類ポケット１２２（好ましくは複数の衣類ポケット１２２）が設けられる。
【００９１】
本発明によれば、ポケット１２２は、モニタリングシステムの選択的な構成要素（例えば、磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、生理学的センサー、これらに関連するプロセッサや制御ユニット等）を容易に収容し且つ確実に位置決めするために、種々の形状・大きさを採りうる。
【００９２】
また、ポケット１２２は、種々の従来の手段によって形成してもよい。一実施形態においては、ポケット１２２は、一方のパネル（例えば、パネル１２０又はパネル１２４）を切って開口を形成して、ポケットの縁を縫合することで所望の大きさ・形状の閉じたポケットとすることで作成される。一実施形態においては、予め形成したポケットを、ベスト１１０上又はベスト内（例えば、ベストパネル１２０、１２４の間）に縫い付ける。
【００９３】
ここで図１６を参照する。当該図に、本発明による予め形成したポケット１３０の一実施形態を示す。ポケット１３０は、本例ではポケット１３０の上部近くに設けられた開口１３４を備える。好ましい実施形態では、開口１３４を補強する。
【００９４】
図示の実施形態においては、ポケット１３０は、ベストパネル１２０、１２４の間に縫い付けられる（参照符号「１３２」にて概略的に図示する）。上述のように、ポケット１３０は、上パネル１２０又は下パネル１２４の外表面上に又は外表面に対して縫い付けてもよい。
【００９５】
上述のように、ポケット１２２、１３０は、モニタリングシステム１０の選択的な構成要素―例えば、使用される磁力計、プロセッサ、制御ユニット等―を収容し且つ確実に位置決めするのに適し且つそのように構成される。
【００９６】
また、上述のように、磁力計（例えば磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ）や、任意で使用される追加のセンサーは、ベスト１１０上又は内の事実上いかなる所望の位置にも位置決めすることができる。それにより、被験者がベスト１１０を着用したとき、磁力計や他のセンサーは、被験者の身体上の解剖学的に適切な又は所望の位置の直ぐ近くに位置決めされることとなる。
【００９７】
モニタリングシステムの各構成要素への送電と、各構成要素による構成要素間の通信を容易にするために、ベスト１１０は、少なくとも一つの衣類回路（garment circuit）（好ましくは複数の衣類回路）を更に備え、当該衣類回路は、それに関連づけられた一体型の衣類用導体を少なくとも一つ有する。
【００９８】
ここで図１７及び図１８を参照する。これらの図に示すのは、生理学的モニタリング衣類１１０の一実施形態であって、当該衣類は、これに関連づけられた複数の一体型の衣類用導体を有する。図１７及び図１８に示すように、本発明の幾つかの実施形態においては、衣類１１０は、第１の複数の一体型の導体ないし経路１５２を備える。幾つかの実施形態においては、当該第１の複数の一体型の導体１５２は、略水平方向に配設される。幾つかの実施形態においては、第１の複数の一体型の導体は、伸長可能な導体を含む。
【００９９】
本発明によれば、上記第１の複数の一体型の導体１５２を設け（ないし構築し）、ひいては、磁力計等のセンサーや電子ユニットによる当該機器間の接続を容易にするために、種々の導電性の材料を、例えば織り込んだり、編み込んだり、表面に取り付けたりすることで、衣類１１０に組み込むことができる。
【０１００】
本発明によれば、これら導電性の経路１５２を組み込む手法は、布地の作成法（例えば編んだのか織ったのか）に基づいて選択される。採用可能な実施形態としては、銀メッキした糸、銀を含有する糸や、その他の導電性の糸状材料を含みうるが、従来の銅配線は除くものとする。
【０１０１】
本発明の幾つかの実施形態においては、衣類１１０は、衣類外層１２０及び衣類内層１２４上に配設されたセンサー及び関連する機器による当該センサー・機器間の接続を容易にする導電性のコネクタを少なくとも一つ（より好ましくは導電性コネクタを複数）備える。一実施形態では、当該コネクタは、銀メッキしたスナップファスナーを含む。
【０１０２】
本発明によれば、生理学的モニタリング衣類１１０は、第１の複数の一体型の導体１５２と通信状態にある中央通信路（点線で図示。概ね参照符号「１５４」にて示す。）を更に備える。本発明によれば、中央通信路１５４は、細い電線を含むリボンや、金属被覆された、又は、他の手法で導電性を付与された撚り糸、糸又は布地の帯状片を含む一連のディスクリート・チャンネルを含みうる。
【０１０３】
図１７及び図１８に図示した実施形態では、生理学的モニタリング衣類１１０に関連づけられたモニタリングシステム１０は、磁力計システム（例えば、磁力計対１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄと、図示しない少なくとも一つのＥＣＧセンサー）を備える。したがって、図１７及び図１８に示すように、モニタリング衣類１１０は、磁力計対１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄを収容し且つ確実に位置決めするように構成された複数のポケット１３３を備える。
【０１０４】
図１９〜図２１に示すように、生理学的モニタリング衣類１１０は、これに関連づけられた磁力計回路１５６と、ＥＣＧ回路１５８とを更に備える。本発明の一実施形態では、磁力計回路１５６は、シャツの一方の側部に沿って鉛直方向に配置された導体であって、衣類１１０に織り込まれた水平方向の導体に接続された導体を複数対備える。本発明によれば、鉛直方向の対と水平方向の対との間の接続は、導電性材料で縫ったり、導電性エポキシで繋げたり、或いは好ましくは、標準的な圧着式の穿孔ファスナー（standard crimped-on piercing fasteners）によって鉛直方向の導体及び水平方向の導体に取り付けられる標準的な小型の衣類用スナップファスナーによって、確立することができる。
【０１０５】
一実施形態においては、衣類１１０の胸部及び腹部の領域に位置付けられた磁力計についても、同様の鉛直方向・水平方向の導体対が用いられる。
【０１０６】
本発明の一実施形態においては、ＥＣＧ回路１５８は、シャツの一方の側部に沿って鉛直方向に配置された導体であって、衣類１１０に織り込まれた水平方向の導体に接続された導体を複数対備える。鉛直方向の対と水平方向の対との間の接続は、同様に、導電性材料で縫ったり、導電性エポキシで繋げたり、或いは好ましくは、標準的な圧着式の穿孔ファスナー（standard crimped-on piercing fasteners）によって鉛直方向の導体及び水平方向の導体に取り付けられる標準的な小型の衣類用スナップファスナーによって、確立することができる。
【０１０７】
また、幾つかの実施形態においては、水平方向の導体は、心臓の電気的活動を感知するための所望の位置の直ぐ近くに位置付けられた織り込み型の導電性パッチ１５７にて終端する。パッチ１５７は、それ自体がＥＣＧセンサーとして機能してもよいし、或いは、例えばパッチ内に圧着式のスナップファスナーを設けることで標準的な接着式ＥＣＧ電極に電気的に接続されてもよい。
【０１０８】
＜衣類の組み立て法＞
以下、本発明のモニタリング衣類の組み立て法（construction）について詳細に説明するが、以下に記載する組み立て法は、モニタリング衣類を組み立てる方法の一例を示すのみであり、本発明の範囲を何ら限定するものではないことを理解されたい。
【０１０９】
一実施形態においては、衣類１１０は、導電性の糸と非導電性の糸とを使用して筒状の衣類部分を編み上げることを含む、半自動化された方法により組み立てられる。当該衣類部分は、衣類１１０の外層となるべき部分に編み込まれた水平方向の導電性領域と、衣類１１０の内層におけるＥＣＧ電極となるべき領域に編みこまれた導電性のパッチと、衣類１１０のウエストバンドを形成すべく、弾性を有するように編まれた独立したバンドと、電子モジュールを収容するためのポケットとを備える。
【０１１０】
別の作業において、金属を含む導電性の糸と非導電性の材料とから織布リボンコネクタ（woven ribbon connector）を作成する。その一端に圧着コネクタを取り付けるとともに、編み込まれた水平方向の各導体と接続するための各取出し点（break-out points）に、鉛直方向に沿ってスナップファスナーを取り付ける。上記筒状部分をそれ自体の上に折り返して内層を外層の中に配置し、腕・首用の開口部を形成して、上記ウエストバンドを縫い付ける。衣類にスナップファスナーを取り付け、これにより、外層の導体からＥＣＧパッチへの接続を確立するとともに、鉛直方向のリボンケーブルへの接続点を提供する。
【０１１１】
磁力計、リボンケーブル及び電子モジュールのためのポケットを、例えば音波溶接、縫合、接着等の処理によって形成する。スナップファスナーを使って磁力計を取り付けるとともに、鉛直方向のリボンも挿入し、織り込んだ導体に対してスナップファスナーによって接続する。
【０１１２】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、上述した本発明の生理学的・能力的モニタリング衣類及び関連するシステムには、従来の生理機能モニタリング方法・システムと比較して、多くの顕著な利点がある。それら利点のうちの一つとしては、複数の生理学的特性を正確且つリアルタイムに求めることができ、動き易さを阻害せず、簡単に製造することのできる生理学的モニタリング衣類が実現される点が挙げられる。また、上記生理学的モニタリング衣類は、多くの用途、例えば、歩行可能な外来患者の在宅でのモニタリングや、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下にある被験者や、運動及び／又は競技のトレーニング中の被験者のモニターにおいても有用である。
【０１１３】
本発明の更なる利点や用途は、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５７８号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８２号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５７６号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８５号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５９２号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，６２５号及び２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８６号に開示されたシステム及び方法を参照すれば明らかである。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【０１１４】
当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明を種々の用途や条件に適合させるために本発明を種々変更・修正することができる。よって、そのような変更・修正も、適正且つ衡平に、本発明の均等の全範囲の内に包含されることを意図するものである。
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本出願は、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，６３３号及び２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，６２７号に基づく優先権を主張するものであり、これら各出願の全体を本明細書に参照により援用する。
【０００２】
本発明は、概ね、被験者の生理学的及び運動能力的な特性をモニター（monitor）するための方法及びシステムに関し、特に、生理学的及び運動能力的なモニターを行うための衣類及びこれに関連するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
歩行可能ないし歩行不能な被験者を医学的に診断・処置する際、当該被験者に関する一以上の生理学的及び／又は運動能力的な特性及び／又はパラメータをモニターするのが望ましかったり、必要であったりする場合が多い。また、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下、例えば、ファースト・リスポンダー（first responders。例えば、消防士、警察官、救急隊員等）が多くの場合遭遇するような状況下や、運動及び／又は競技のトレーニング中において、歩行可能な被験者の生理学的特性をモニターするのが望ましい場合も多い。
【０００４】
このようなことから、歩行可能・歩行不能な被験者の生理学的な特性・パラメータをモニターするために種々のシステムや方法が開発されてきた。初期の生理学的モニタリングシステムは、一般に、着用可能な物品に固定したり、そのような物品のポケット（pouch）の中に入れられる電気／電子機器（例えば、心拍数センサー）を備えるものであった。各機器間の個々の電線類は、後から当該物品の外側に固定したり、その一部ないし全部を縫い目の中などに配設したりした。例を挙げるとすれば、２００１年３月６日発行の米国特許第６，１９８，３９４号に開示された（軍事目的の）ハーネスシステムがある。当該文献全体を本明細書に参照により援用する。
【０００５】
初期の着用可能なモニタリングシステムないし物品が孕む大きな問題点としては、電線類の一部ないし全部が、特に重要な接続領域において、布地材から分離独立しているという点が挙げられる。結果として、電線類は、他の物体に引っ掛かったり絡まったりして当該機器から切断される可能性があり、また多くの場合、そのようなことが実際起こった。
【０００６】
当該初期のシステムの上記問題を解消するために、電子回路やデータ送信線を布地材に一体化した着用可能なモニタリング衣類が開発された。例を挙げるとすれば、２０００年６月２７日発行の米国特許第６，０８０，６９０号、１９９９年５月２５日発行の米国特許第５，９０６，００４号、２００４年４月２７日発行の米国特許第６，７２７，１９７号及び２００４年８月２０日出願の米国特許出願第１０／９２２，３３６号(公開第２００５／００５４９４１ Ａ１号)に開示された着用可能なモニタリング衣類がある。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【０００７】
米国特許第６，０８０，６９０号及び米国特許第５，９０６，００４号には、導電性の繊維を有する着用可能なモニタリング衣類が開示されている。上記特許には、一以上のセンサーと制御装置とによる、当該機器間の接続を容易にするために、当該導電性繊維を衣類内の数多くの地点に色々な配向で配設することができる点が記載されている。
【０００８】
しかし、上記衣類及びシステムには、当該布地内において電気・データ接続部を完璧に形成しておかないと、各機器間のデータ・電力のルーティングが制約されてしまうという大きな欠点がある。本技術分野で周知のように、上記の如き接続部を形成するには、多くの場合、非常に複雑で高価な製造プロセスが必要となる。
【０００９】
米国特許第６，７２７，１９７号及び米国特許出願第１０／９２２，３３６号には、更に別の着用可能なモニタリング衣類が開示されている。当該モニタリング衣類も同様に、各機器による機器間の接続を容易にするために導電性の繊維を含むものである。また、当該衣類は、各機器（センサー等）に電力を供給し、各機器の信号を信号送信／処理回路へルーティングするための一体化された（場合によっては「細長くて伸長可能な」）バスを備える。
【００１０】
上記に開示された衣類によれば、各機器間で電力・データをルーティングするための効果的な一体型の手段が提供されるものの、それでも当該衣類（及びシステム）には幾つかの欠点・デメリットがある。主な欠点としては、機器間の接続が依然として複雑で、よって、製造に時間とコストがかかるという点が挙げられる。
【００１１】
したがって、複数の生理学的特性を正確且つリアルタイムに決定するのが容易であり、簡単に製造することのできる、改良された生理学的モニタリング衣類を提供するのが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的や、以降記載し明らかとなる目的に従って、本発明は、被験者の生理学的・能力的な特性・パラメータのモニタリングを容易にする、着用可能な生理学的・能力的モニタリング衣類を対象とする。本発明の好ましい実施形態においては、本生理学的モニタリング衣類は、当該衣類と共に使用される各機器による各機器間の通信を容易にする、一体型の機器接続・データ送信手段（integral component connecting and data transmission means）を備える。
【００１３】
本発明の幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、当該着用可能な衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる磁力計システムを備える。幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、更に追加の生理学的センサー―例えばＥＣＧ用、体温用又は血中酸素用のセンサー―及び処理・モニタリング手段を備え、これらは同様に、当該着用可能なモニタリング衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。
【００１４】
更なる特徴や利点は、添付の図面に示す、本発明に関する以下の詳細な説明により明らかにされる。各図において、同一の部品ないし要素は概ね同様の参照符号で示してある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリングシステムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による磁力計システムの概略図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による磁力計の上方平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、図３に示す磁力計の側方平面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による磁力計のドライバ回路の概略図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による磁力計のプリアンプ回路の概略図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による磁力計の入力バッファ増幅回路の概略図である。
【図８】図８は、被験者の側面図であり、本発明の一実施形態により、図２に示す磁力計システムを被験者上に取り付ける位置を示す。
【図９】図９は、被験者の斜視図であり、本発明の一実施形態により、磁力計を被験者の前側に取り付ける位置を示す。
【図１０】図１０は、被験者の背中の平面図であり、本発明の一実施形態により、磁力計を被験者の背中に取り付ける位置を示す。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の前方平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態による、図１１に示す生理学的モニタリング衣類の前方平面図であり、その側方開口部を示す。
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態による、図１１及び図１２に示す生理学的モニタリング衣類を着用した被験者の前方斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の一部側断面図であり、その上層及び下層を示す。
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の一部側断面図であり、その上層と下層の間に形成されたポケットを示す。
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態による、予め形成された衣類ポケットの前方平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施形態による生理学的モニタリング衣類の前方平面図であって、該衣類はこれに関連づけられた複数の一体型の衣類用導体を有する。
【図１８】図１８は、本発明の一実施形態による、図１７に示す生理学的モニタリング衣類の後方平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態による、生理学的モニタリング衣類の後方平面図であり、組み込まれたＥＣＧセンサー用接続回路を示す。
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態による、図１９に示す生理学的モニタリング衣類の前方平面図であり、ＥＣＧ回路及び磁力計回路を示す。
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態による、図１９に示す生理学的モニタリング衣類の後方平面図であり、磁力計回路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を詳細に説明する前に理解されたいのが、本発明が、特に例示した―当然変更される可能性のある―衣類、装置、システム、回路又は方法に限定されるものではないということである。したがって、本発明の実施にあたっては、本明細書に記載した着用可能な物品、装置、システム及び回路と類似ないし均等の数多くのものを使用することが可能ではあるが、本明細書では、好適な着用可能な物品、装置、システム及び回路について記載する。
【００１７】
また、本明細書で使用する用語については、本発明の特定の実施形態を説明するためにのみ用いられているのであって、本発明を限定する意図はないことも理解されたい。
【００１８】
特段の定義のない限り、本明細書で使用する技術的・科学的な用語は、いずれも、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が通常理解するであろう意味を有する。
【００１９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される、冠詞「a」、「an」及び「the」で示す単数形の対象には、文脈上明らかに単数である場合を除いて、複数の指示対象が含まれる。
【００２０】
また、本明細書で参照するあらゆる刊行物、特許及び特許出願については、これ以前に参照したものも、これ以降参照するものも、その全体を参照により援用する。
【００２１】
本明細書で言及する刊行物は、ただ単に、本願の出願日前に開示されたものであるため、ここに記載したまでである。本明細書の如何なる記載についても、先発明の規定に基づき、本発明がこれら刊行物よりも早い日付を得る権利を有しないことを自認するものであると解釈してはならない。また、ここに記載した公開日・公表日は、実際の公開日・公表日と異なる場合があるので、個別に確認する必要があると思われる。
【００２２】
＜定義＞
本明細書で用いる「呼吸系のパラメータ（respiratory parameter）」及び「呼吸系の特性（respiratory characteristic）」との文言は、呼吸器系及びその機能に関連する特性を意味しこれを含むものとする。例えば、呼吸頻度（breathing frequency（ｆＢ））、１回呼吸気量（tidal volume（ＶＴ））、吸息体積（inspiration volume（ＶＩ））、呼息体積（expiration volume（ＶＥ））、分時換気量（minute ventilation（ＶＥ））、吸息呼吸時間、呼息呼吸時間及び流量（例えば、胸壁容積の変化率等）が含まれるが、これらに限定されるものではない。また、「呼吸系のパラメータ」及び「呼吸系の特性」との文言は、胸壁の区画の同期的・非同期的な動作による換気力学的な推測（inferences regarding ventilatory mechanics）を意味しこれを含むものとする。
【００２３】
本発明によれば、体積信号から流量や呼吸の加速度を求めることができる。また、胸壁を構成する個々の区画間の動作の非同期性の度合いから、多くの換気力学的な推測を導くことができる。
【００２４】
本明細書で用いる「生理学的パラメータ（physiological parameter）」及び「生理学的特性（physiological characteristic）」との文言は、心臓の電気的活動、他の筋肉の電気的活動、脳の電気的活動、脈拍数、血圧、血中酸素飽和度、皮膚温度及び核心温度を意味しこれらを含むものとするが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本明細書で用いる「空間的パラメータ（spatial parameter）」及び「空間的特性（spatial characteristic）」との文言は、被験者の位置・向き（orientation）及び／又は動作を意味しこれを含むものとする。
【００２６】
本明細書で用いる「衣類（garment）」との文言は、被験者の身体の少なくとも一部を覆うのに適したあらゆる物品を意味し含むものとする。例えば、シャツ、ベスト、ジャケット、バンド等を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
本明細書で用いる「患者（patient）」及び「被験者（subject）」との文言は、ヒト及び動物を意味しこれを含むものとする。
【００２８】
肺換気量、１回呼吸気量、呼吸速度や、その他の関連する呼吸系の特性は、生体内における酸素と二酸化炭素の遷移（transpiration）について実用的で信頼性のある測定基準となりうる。呼吸系の特性は、運動の成果、生理学的ストレスや、その他の生理学的特性と直結している。１回呼吸気量を外部から求める一つの方法は、胸部の容積変化を測定することである。胸部の容積変化は、肺の拡張・収縮に起因する。圧力範囲の最大値及び最小値での肺の気圧は雰囲気圧と平衡であるため、肺の容積と、吸い込んだ空気の体積との間には非常に緊密で単調な関係がある。
【００２９】
胸部の容積変化を正確に測定するには、胸郭における胸部の直径の変化を測定する必要がある。さらに、胸部の直径の変化を胸郭の下方でも測定することで、より正確に測定することができる。胸郭下方で胸部の直径の変化をモニターすることで、横隔膜によってもたらされる呼吸（diaphragm delivered breathing）を明らかにすることができる。横隔膜による呼吸は、横隔膜筋の収縮・弛緩によって腹部の器官が下方及び外方に押されて、有効肺容積が増加するというものである。
【００３０】
呼吸系の特性をモニタリング・分析することは、運動競技での用途に特に役立ちうる。なぜなら、運動能力と、運動競技者による酸素及び二酸化炭素の処理の仕方との間には直接的な関係があるからである。例えば、多くの運動トレーニングの場面では、運動競技者の身体が有酸素運動と無酸素運動との間で切り替わる時点―運動競技者の換気性作業閾値（ventilatory threshold）とも呼ばれる―を知ることが有益である。換気性作業閾値を超えることは、即ち、スポーツ活動の最中における懸案となる運動能力の限界を示すこととなる。例えば、運動競技者にとって、限られた時間、無酸素状態でトレーニングすることは有益である場合がある。しかし、多くのスポーツの場合、適正なトレーニングに必要なのは、限られた時間の無酸素運動と、その間に差し挟まれるより強度の低い有酸素運動だけである。ところが、運動競技者にとって、呼吸系特性等の生理学的特性を参照することなく、自分が無酸素状態・有酸素状態のどちらの状態にあるのかを知ることは困難である。したがって、呼吸をモニタリングしてデータ処理を行なうことで、運動競技者の運動状態を正確且つ略瞬時に測定することが可能となり、それにより、運動競技のトレーニングにおいて実質的なメリットを提供することができる。運動競技者の経時的な換気性作業閾値の変化や、運動後の回復期間中の１回呼吸気量のパターンは、あるトレーニング・プログラム中に運動競技者のフィットネス・レベルがどの程度改善したかを測る上で有用となりうる。また、呼吸をモニターすることで、被験者の静止時代謝率の変化をモニタリング・分析することが可能となる。
【００３１】
そして、身体に対する負荷が、現在の肺換気量ではもはや十分に生命を維持することができないレベルに達する時点が、第２の換気性作業閾値である。この状態が長く続き過ぎると、虚脱を引き起こすことになるので、この地点を決定することは、医学的な用途、特にファースト・リスポンダー（first responder、現場に最初に駆けつける医学的訓練を受けた人）やその他の救急隊員にとって有益となりうる。
【００３２】
本発明は、被験者の生理学的・能力的な特性・パラメータのモニタリングを容易にする、着用可能な生理学的モニタリング衣類を対象とする。上記の通り、本生理学的モニタリング衣類は、当該衣類と共に使用される各機器による各機器間の通信を容易にする、一体型の機器接続・データ送信手段（integral component connecting and data transmission means）を備える。
【００３３】
本発明の幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、磁力計システムを備え、当該磁力計システムは、当該着用可能な衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。以降詳細に説明するが、当該磁力計システムにより、種々の呼吸系の特性・パラメータを正確且つリアルタイムに求めるのが容易となる。
【００３４】
幾つかの実施形態においては、生理学的モニタリング衣類は、更に追加の生理学的センサー及び処理・モニタリング手段を備え、これらは同様に、当該着用可能なモニタリング衣類に埋め込まれるか当該衣類によって運ばれる。上記生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温が含まれうる。
【００３５】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、本発明の着用可能な生理学的モニタリング衣類により、呼吸系やその他の生理学的な複数のパラメータ・特性を正確且つリアルタイムに求めることが容易となる。また、本モニタリング衣類によれば、歩行可能な外来患者の在宅でのモニタリングや、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下にある被験者や、運動及び／又は競技のトレーニング中の被験者のモニターにも容易に対応することができる。
【００３６】
以下、本発明に係る着用可能な生理学的モニタリング衣類及びこれに関連するシステムにつき、幾つかの実施形態を詳細に説明するが、本発明が本明細書中の衣類やシステムに限定されるものではないことを理解されたい。本技術分野における通常の知識を有する者であれば理解するであろうが、ここに記載した衣類及びシステムと類似ないし均等の衣類及びシステムも、本発明の範囲内において用いることができる。
【００３７】
＜生理学的モニタリングシステム＞
まず、図１に、本発明の生理学的モニタリング衣類と共に使用可能な例示的な生理学的モニタリングシステム１０のブロック図を示す。以下詳細に説明するように、本発明の一実施形態においては、本生理学的モニタリングシステム１０は、(i)胸郭及び腹部それぞれの前後方向の直径の変化（ないし変位）と、胸壁の軸方向の変位とをモニタリング・検出するとともに、(ii)上記解剖学的変位を反映する磁力計信号との相関関係において、モニタリング中の被験者に関する解剖学的・生理学的・能力的情報を求めるのに適している。
【００３８】
図１に示すように、この生理学的モニタリングシステム１０は、好ましくは、データ取得サブシステム２０と、制御データ処理サブシステム４０と、データ送信サブシステム５０と、データモニターサブシステム６０と、バッテリー等の電源７０とを備える。
【００３９】
本発明の一実施形態においては、データ取得サブシステム２０は、対を成す磁力計を含む磁力計システム２１を備える。当該磁力計は、被験者上の選択的な解剖学的位置に配設された場合に、被験者の胸郭及び腹部それぞれの前後方向の直径の変化（ないし変位）と、被験者の胸壁の軸方向の変位とをモニタリング・検出するのに適している。しかしながら、本発明が、被験者の胸郭、腹部及び胸壁の変位測定のために磁力計対を使用することに限定されないことを理解されたい。
【００４０】
本明細書では、磁力計及び磁力計システムに関連して本発明を説明するが、磁力計の代わりに、或いは磁力計と共に、システム内の二以上のセンサー間の距離の変化を測定可能な他のタイプのセンサーシステムを用いることができることを理解されたい。具体的には、本発明は、測定した胸郭及び腹部の前後方向の直径の変化と胸壁の軸方向の変位とを現す信号を取得するのに電磁コイルないし磁力計を使用することに限定されるものではない。上記解剖学的パラメータの測定に容易に適合可能な種々のその他の手段や装置を、本発明の範囲内で用いることができる。そのような手段や装置としては、ホール効果センサーや電子コンパスセンサーを含むが、これらに限定されない。本発明によれば、一方のセンサーから他方のセンサーへ送信された信号の時間遅延を測定し、それにより二つのセンサー間の距離を求める能力のある無線センサーを、磁力計の代わりに、或いは磁力計と共に、設けることができる。
【００４１】
磁力計（ないし他のセンサー）は、例えばシャツやベスト等の着用可能な衣類に埋め込まれていてもよいし、当該衣類によって運ばれるものであってもよい。着用可能なモニタリング衣類とすることで、磁力計を被験者の皮膚に直接取り付ける必要性、ひいてはそれに纏わる全ての問題が解消される。また、着用可能なモニタリング衣類とすることで、被験者の胴体上の、事実上いかなる適切な（あるいは所望の）位置にも磁力計を繰り返し且つ簡便に位置決めすることが容易となる。
【００４２】
本発明によれば、上記被験者のパラメータ（ないし変位）を測定するのに、少なくとも一つ、好ましくは二つの磁力計が使用される。よって、本発明の幾つかの実施形態においては、磁力計を二対、使用する。幾つかの実施形態においては、二対より多くの磁力計を使用する。
【００４３】
図２に示すように、本発明の一実施形態においては、磁力計システム２１は、第１送信用磁力計２２ａと、第１受信用磁力計２２ｂと、第２送信用磁力計２４ａと、第２受信用磁力計２４ｂとを含む。これら磁力計対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂは、両者間の距離変化に応答可能である。以降詳細に説明するが、第１送信用磁力計２２ａは第１電磁場を送信するのに適し、第１受信用磁力計２２ｂは当該第１電磁場を受信するのに適している。第１受信用磁力計２２ｂは、第１電磁場（ひいては磁力計対２２ａ、２２ｂ間の距離）の変化に応答可能であり、また、当該第１電磁場における第１の変化を表す第１の信号を生成し送信するのに適している。本発明の実施形態に係る電磁コイルは、「受信用」ないし「送信用」と記載されているが、各受信用コイルは、代わりに且つ独立して、送信用コイルであってもよいし、各送信用コイルは、代わりに且つ独立して、送信用コイルであってもよい。各コイルは、送信・受信の両機能を行うものであってもよい。
【００４４】
第２送信用磁力計２４ａは第２電磁場を送信するのに適し、第２受信用磁力計２４ｂは当該第２電磁場を受信するのに適している。一実施形態においては、第２受信用磁力計２４ｂは、第１及び第２電磁場（ひいては磁力計対２４ａ、２４ｂ間及び磁力計２２ａ、２４ｂ間の距離）の変化に応答可能であり、また、当該第２電磁場における第１の変化を表す第２の信号と、当該第１電磁場における第２の変化を表す第３の信号とを送信するのに適している。
【００４５】
以下、図３〜図７を参照して、本発明の新規な磁力計を詳細に説明するが、本発明が、本明細書中の磁力計の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。本技術分野における通常の知識を有する者であれば理解するであろうが、解剖学的距離ないしパラメータをモニタリング及び／又は測定するのに、本発明の範囲内において種々の従来の磁力計を容易に用いることができる。
【００４６】
まず、図３及び図４に、本発明の低背型磁力計８０の一実施形態を示す。本発明の一実施形態においては、磁力計８０は、導電性の円形コイル７２を含む多層プリント回路を備える。
【００４７】
本発明によれば、導電性のコイル７２は、例えば銅、アルミやその他の導電性の金属等の標準的な導電性の電線を用いてコイルを巻回することで形成してもよいし、標準的な多層プリント回路技術を用いて製造してもよい。一実施形態においては、当該コイルは、直径約２インチで、各層にそれぞれ１８ターン有し、各層を標準的なプリント回路層コネクタ（「ビア」）を用いて互いに直列に接続して計１０８ターンのコイルを形成した、６層のプリント回路基板により形成される。
【００４８】
異なるサイズのコイルを、上記と同様の手法で、あるいは、薄い型にて巻回して得られたコイルを可撓な基板に接着することで形成することができることが理解される。このコイルの形状係数は、細長いコイルを強磁性のロッドに巻いて形成したソレノイド型の設計を利用した従来の呼吸系用磁力計の設計とは異なる。
【００４９】
この磁力計８０（及び関連するシステム）は、好ましくは、横方向に１０ｃｍ〜４０ｃｍ、軸方向に２０ｃｍ〜５０ｃｍの物理的範囲に亘って動作し、上記距離に亘って極めて正確に変位を測定する能力を有する。システムのノイズも極めて少なく、１０ｎＶ／ｒｔＨｚ未満であり、これを変換するとｒｍｓで５０ミクロンの測定誤差となる。
【００５０】
一実施形態においては、磁力計８０への電力は、電圧範囲が約２．８Ｖ〜３．７Ｖのバッテリーにより供給される。
【００５１】
磁力計の回路（サーキットリー）は、制御されていない環境下にあるコイルに接続されるため、全ての接続を非常に広い周波数範囲に亘ってバランスさせるのが好ましい。外部接続を全てバランスさせることで、電磁両立性（ＥＭＣ）の影響を、電磁波の放射（radiation）及び感受性（susceptibility）の両方について最小限に抑えることができ、静電気放電（ＥＳＤ）が起こった際に極めて高いシステムのロバスト性が確保される。更に、接続をバランスさせることで、交流幹線の寄生ピックアップの除去にあたり６０ｄＢ以上の低減効果が追加される。
【００５２】
好ましくは、当該回路は、より小さな回路ブロックに分割される。各ブロックとしては、(i)マイクロコントローラ、(ii)Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、記憶機構及びデジタル信号処理（ＤＳＰ）、(iii)各種ドライバ、(iv)プリアンプ及び(v)入力バッファを挙げることができる。各回路ブロックにつき以下詳細に説明する。
【００５３】
本発明によれば、ドライバ回路は、マイクロコントローラからの矩形波駆動を各コイルのための効率的な電流駆動に変換するとともに、実際の駆動信号のモニタリング情報（monitoring）をマイクロコントローラへ送り返す（図５参照）。演算増幅器が、マイクロコントローラの出力をバッファリングし、コイルをマイクロコントローラから絶縁する。
【００５４】
多くのマイクロコントローラには十分な電流駆動能力があるので、（どのマイクロコントローラを選ぶかにより）バッファリングは必ずしも必要でない。
【００５５】
比較的高電圧の矩形波駆動を、コイルの低電圧な駆動要件と整合させるために、インピーダンス整合コンデンサ網を使用する。これは、回路のＱを利用するものであり、駆動の基本振動数成分を強化し、コイルを絶縁する。当該技術の使用により、コイルは、電源から１ｍＡしか使用せずに約５．８ｍＡで駆動する。
【００５６】
保護ダイオードは、静電気放電（ＥＳＤ）が起こった際に、既知の電圧にクランピングを行う。各ダイオードの静電容量は、１ｐＦ未満である。したがって、ダイオードは、通常の回路動作には何ら影響を与えない。
【００５７】
本発明によれば、プリアンプ回路は、コイルからの微小な信号を取り出すために、低ノイズの利得を備えた、コイルに整合する網を提供する。
【００５８】
図示の実施形態では、プリアンプは、二つのＮＰＮトランジスタからなる単純な構造を備える。この接続形態では、搬送周波数で約９０倍の利得を提供すべく低電力の２Ｎ５０８８高ベータトランジスタを利用する。バイパスコンデンサは、幹線周波数（５０又は６０Ｈｚ）を９０：１以上で除去するよう選択される。プリアンプの出力は、グラウンドからＶｂｅだけオフセットされる。
【００５９】
出力フォロワは、電力消費を増大させることなくプリアンプの出力インピーダンスを低減するのに適しそのように設計される。１００ｋΩの両端の電圧降下Ｖｂｅには、電源電流を６μＡしか必要としないにもかかわらず、出力インピーダンスが１２０Ω未満まで低減される。
【００６０】
好ましくは、プリアンプは、その入力ノイズ密度関数が１０ｎＶ／√Ｈｚであり、約１４μＡ消費する。
【００６１】
コンデンサ網は、コイルの低インピーダンスを、プリアンプの比較的高いインピーダンスに整合させ、これにより更に４倍の利得が追加される。したがって、プリアンプの総利得は３６０倍となる。
【００６２】
本発明によれば、入力バッファ増幅器により、更に２５倍の利得が追加され、マイクロコントローラでのデジタル化が可能な程度まで信号が増幅される（図７参照）。プリアンプからの信号は０．５ｍＶ〜６０ｍＶの範囲内にあるので、この段階で飽和することはまずないであろう。この時点では信号は十分大きく、単純なトランジスタ増幅器を用いた場合、容認できない歪みが生じてしまうので、演算増幅器を用いてもよい。
【００６３】
本発明によれば、本発明の範囲内で、種々の系統の有効なマイクロコントローラチップを使用することができる。一実施形態では、テキサス・インスツルメンツ社製の「ＴＩ ＭＳＰ４３０」マイクロコントローラチップを用いる。上記チップは、小サイズであり、必要な電流は３．５ｍＡ未満である。
【００６４】
デジタル信号処理（ＤＳＰ）機能に必要な要件は、ドライバに矩形波を４つ―１対を好ましくは８．９５ｋＨｚで、他方の対を好ましくは８．８５ｋＨｚで―供給することである。矩形波の各対は１８０度位相がずれている。
【００６５】
マイクロコントローラは、２０ｋＨｚよりも高いレートで８チャネルについて１２ビットでデジタル化する能力があるのが好ましい。差動方式なので、入力値は、２つ一組で処理するのが好ましい。
【００６６】
一実施形態では、８つのチャネルは、各時間サンプル毎にＴｘＡ、ＴｘＢ、Ｒｘ１及びＲｘ２を表す４つの値に縮約される。
【００６７】
同じサンプリングレートで、４つの積、即ち、ＴｘＡ＊Ｒｘ１、ＴｘＡ＊Ｒｘ２、ＴｘＢ＊Ｒｘ１及びＴｘＢ＊Ｒｘ２を生成するのが好ましい。これら４つの積を、Ｓｓ／Ｓｐ秒のランレングス（run length）の間４つのレジスタに蓄積する。したがって、ランレングス、即ちパケットサイズは４００である。
【００６８】
好ましくは、４００蓄積毎に４つの値を取り出し、キャリブレーションファクターでそれらの値を調整し、呼吸系のサンプル値をメインコントローラへ供給する。
【００６９】
図１を再び参照する。本発明によれば、制御データ処理サブシステム４０は、データ取得サブシステム２０（ひいては、これに関連する各磁力計）、データ送信サブシステム５０及びモニターサブシステム６０を制御するためのプログラム、指令や、関連するアルゴリズムを備える。
【００７０】
制御データ処理サブシステム４０は、更に、磁力計の場の変化（ひいては、磁力計対間の距離の変化）を反映する磁力計信号を取り込んで処理するようにプログラムされ構成されるとともに、少なくとも一つの呼吸系の特性（より好ましくは複数の呼吸系の特性）を含む、モニタリング中の被験者に関する解剖学的、生理学的及び／又は能力的な情報を（磁力計信号との相関関係において）求めるようにプログラムされ構成されている。なお、制御データ処理サブシステム４０は、本明細書中、「プロセッサ・サブシステム」、「処理サブシステム」、「データ処理サブシステム」とも呼ぶ。これら「制御データ処理サブシステム」、「プロセッサ・サブシステム」、「処理サブシステム」及び「データ処理サブシステム」の各用語は、本願中、互いに置き換え可能なものとして用いられている。
【００７１】
データモニターサブシステム６０は、制御データ処理サブシステム４０によって生成され送信された生理学的・能力的な特性・パラメータを表示するように設計され構成されている。
【００７２】
本発明の実施形態によれば、データ送信サブシステム５０は、上記通信リンク、ひいては、データ取得サブシステム２０、制御データ処理サブシステム４０及びデータモニターサブシステム６０による各サブシステム間の送信をモニターし制御するようにプログラムされ構成されている。
【００７３】
上記生理学的モニタリングシステムに関する更なる詳細については、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び２０１０年８月２６日に出願した同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されている。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００７４】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、本発明の各磁力計は、各磁力計間の距離の変化（ないし変位）をモニタリング・測定すべく、被験者上の、解剖学的に適切な様々な位置に配置することができる。ここで、図８〜図１０を参照する。これらの図は、上記で参照した米国仮出願第６１／２７５，５７５号、米国出願第１２／８６９，５８２号及び同時係属中の米国出願第１２／２３１，６９２号に開示された発明に従って、被験者ないし患者１００上に位置決めした各磁力計対２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂを示す。同様に、当該文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００７５】
図８〜図１０に示すように、第１送信用磁力計（即ち、第１送信器）２２ａは、好ましくは、被験者１００の前側１０１であって被験者１００の臍の近くに位置決めされ、第１受信用磁力計（即ち、第１受信器）２２ｂは、好ましくは、軸方向に関しては上記と同じ位置の近くに、被験者１００の後ろ側１０２に位置決めされる。第２受信用磁力計（即ち、第２受信器）２４ｂは、好ましくは、被験者１００の前側１０１であって胸骨の底部の近くに位置決めされ、第２送信用磁力計（即ち、第２送信器）２４ａは、軸方向に関しては上記と同じ位置の近くに、被験者１００の後ろ側１０２に位置決めされる。
【００７６】
被験者ないし患者１００が呼吸をすると、各コイル対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂ間で測定された電圧変化から、胸郭及び腹部それぞれの変位（即ち、それぞれ矢印２９及び矢印２５で示す、各コイル対２２ａ、２２ｂ及び対２４ａ、２４ｂの間の距離の変化）が求められる。また、送信用コイル２２ａと受信用コイル２４ｂとの間で測定された電圧変化から、矢印２３で示す胸壁の軸方向の変位（例えば、臍からの距離（xiphi-umbilical distance（Xi）））も求められる。本実施形態においては、磁力計２４ｂは、デュアル機能電磁コイルであり、「デュアル機能コイル」とは、複数の異なる送信用コイルからの送信を受信することのできるコイルを意味する。（したがって、磁力計２４ｂは、磁力計２２ａ及び２４ａからの磁場送信を受信するのに適している。）
【００７７】
上述したように、測定した変位は、少なくとも一つの呼吸系の特性を含む、測定中の被験者１００に関する解剖学的・生理学的情報を求めるのに通常用いられる。２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されているように、更に追加の磁力計対を使用してもよく、測定した複数の変位は、更に追加の解剖学的・生理学的・能力的特性―例えば、胸壁の動作と、呼吸活動や会話、くしゃみ、笑うこと、咳等の呼吸に関連する事象との関係性の決定・特徴づけ―を評価するのに用いることができる。
【００７８】
また、２００９年９月１日出願の米国仮出願第６１／２７５，５７５号及び同時係属中の米国出願第１２／８６９，５８２号に記載されているように、データ取得サブシステム２０は、更に、モニタリング中の被験者１００に関する一以上の生理学的特性をモニターし記録するのに適した更に追加の生理学的センサーを少なくとも一つ（好ましくは、更に追加の生理学的センサーを複数）備えてもよい。この生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温を含みうる。
【００７９】
生理学的センサー（及び関連するシステム）の一例は、２００３年４月２２日発行の米国特許第６，５５１，２５２号、２００７年９月１１日発行の米国特許第７，２６７，６５２号、２００７年６月１８日に出願した同時係属中の米国特許出願第１１／７６４，５２７号及び国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２１４３３号に開示されている。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【００８０】
また、データ取得サブシステム２０は、モニタリング中の被験者が発した音をモニターするための、例えばマイクロホン等の一以上の音声センサーと、モニタリング対象の被験者とモニタリング局ないしモニタリング者とによる、両者間における双方向通信を可能にするスピーカとを備えてもよい。
【００８１】
本発明の幾つかの実施形態においては、データ取得サブシステム２０は、被験者の位置・向き及び／又は動作、例えば空間的パラメータを直接モニターするための手段を備えてもよい。本発明によれば、被験者の位置・向きや動作をモニターないし測定するのに種々の従来の手段を使用することが可能であり、例えば、光学エンコーダ、近接スイッチ、ホール効果スイッチ、レーザー干渉計、加速度計、ジャイロスコープ及び／又は全地球測位システム（ＧＰＳ）等が含まれる。
【００８２】
一実施形態においては、被験者の位置・向きや動作を直接モニターするための上記手段は、多機能慣性センサー（例えば、３軸加速度計や３軸ジャイロスコープ）を少なくとも一つ備える。本技術分野で周知のように、被験者の位置・向きや動作は、多機能慣性センサーから送信される信号ないしデータから容易に求めることができる。
【００８３】
＜生理学的モニタリング衣類＞
上述したように、本発明の生理学的モニタリング衣類は、上記生理学的モニタリングシステムと協働するのに適し且つそのように構成された着用可能な衣類を含む。したがって、本生理学的モニタリング衣類は、上述した対を成す磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ等の磁力計対及び／又は一以上の生理学的センサー、関連するプロセッサ、制御ユニット及び回路を備えうる。生理学的センサーとしては、脳、心臓及び他の筋肉の電気的活動（例えばＥＥＧ、ＥＣＧ、ＥＭＧ等）、脈拍数、血中酸素飽和度（例えばＳｐＯ２）、皮膚温度及び核心温度をモニターし記録するのに適したセンサーを含みうるが、これらに限定されるものではない。測定及び／又は算出される生理学的パラメータとしては、例えば、心拍数、呼吸速度、血中酸素濃度、血流量、水和状態、消費カロリー、筋肉疲労及び／又は体温を含みうる。
【００８４】
本発明によれば、生理学的モニタリング衣類は、例えば、シャツ、ベスト、ジャケット、バンド等の、被験者の身体の少なくとも一部を覆うのに適した種々の衣類や物品を含みうる。したがって、以下に記載するモニタリング衣類はベストに関するものであるが、本発明が当該記載の衣類に限定されるものではないことを理解されたい。
【００８５】
ここで図１１〜図１３を参照する。これらの図に、本発明の生理学的モニタリング衣類１１０の一実施形態を示す。図１３に示すように、モニタリング衣類１１０は、好ましくは、身体になじむ衣類（この例では、身体になじむ袖なしシャツ又はベスト）を含む。
【００８６】
生理学的モニタリング衣類ないしベスト１１０は、好ましくは、前パネルないし前方部１１２と、後ろパネルないし後方部１１４とを備え、ベスト１１０の、好ましくは一方の側部に配設された開口部１１１を有する。図示の実施形態では、ベスト１１０は、更に、底パネルないし底部１１６を備える。
【００８７】
図１２に示すように、前パネル１１２及び後ろパネル１１４は、ベスト１１０を被験者の胴体に留めるための、協働する閉止手段１１５ａを備える。本発明によれば、ベスト１１０を簡単に閉止できるように、例えば、ベルクロ社製の「ベルクロ」（登録商標）等のパイル・アンド・フック機構（面ファスナー）、スナップファスナー、ジッパーファスナー等の種々の従来の閉止手段をベスト１１０に組み込んでもよい。
【００８８】
本発明の好ましい実施形態では、閉止手段１１５ａは、従来式の一体型のジッパーファスナー機構を備える。一実施形態においては、ジッパーファスナー機構からなる閉止手段１１５ａは、前パネル１１２と後ろパネル１１４とを互いに閉止するとともに、ジッパーのツマミ１１５ｂを移動させて下方向（矢印Ａにて図示）に沿ってジッパーの歯同士を噛合させることで被験者の身体にベスト１１０を留めるのに適するとともにそのように配置されている。
【００８９】
本発明によれば、ベスト１１０は、着用可能な衣類ないし衣類に適した材料であればどのようなものを含んでもよい。一実施形態においては、ベスト１１０を身体に留めた際にそれが体形になじむ（即ち、身体になじむ）ことができるように、ベスト１１０は、例えば、デュポン社製の「ライクラ」（登録商標）等のポリウレタン−ポリ尿素コポリマー等の弾性材料を含む。
【００９０】
ここで図１４及び図１５を参照する。一実施形態においては、ベスト１１０は、外層１２０と内層１２４とを備え、各層１２０、１２４は好ましくは同じ材料からなる。ベスト１００上の適切な解剖学的位置及び／又は所望の位置には、少なくとも一つの衣類ポケット１２２（好ましくは複数の衣類ポケット１２２）が設けられる。
【００９１】
本発明によれば、ポケット１２２は、モニタリングシステムの選択的な構成要素（例えば、磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、生理学的センサー、これらに関連するプロセッサや制御ユニット等）を容易に収容し且つ確実に位置決めするために、種々の形状・大きさを採りうる。
【００９２】
また、ポケット１２２は、種々の従来の手段によって形成してもよい。一実施形態においては、ポケット１２２は、一方のパネル（例えば、パネル１２０又はパネル１２４）を切って開口を形成して、ポケットの縁を縫合することで所望の大きさ・形状の閉じたポケットとすることで作成される。一実施形態においては、予め形成したポケットを、ベスト１１０上又はベスト内（例えば、ベストパネル１２０、１２４の間）に縫い付ける。
【００９３】
ここで図１６を参照する。当該図に、本発明による予め形成したポケット１３０の一実施形態を示す。ポケット１３０は、本例ではポケット１３０の上部近くに設けられた開口１３４を備える。好ましい実施形態では、開口１３４を補強する。
【００９４】
図示の実施形態においては、ポケット１３０は、ベストパネル１２０、１２４の間に縫い付けられる（参照符号「１３２」にて概略的に図示する）。上述のように、ポケット１３０は、上パネル１２０又は下パネル１２４の外表面上に又は外表面に対して縫い付けてもよい。
【００９５】
上述のように、ポケット１２２、１３０は、モニタリングシステム１０の選択的な構成要素―例えば、使用される磁力計、プロセッサ、制御ユニット等―を収容し且つ確実に位置決めするのに適し且つそのように構成される。
【００９６】
また、上述のように、磁力計（例えば磁力計２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ）や、任意で使用される追加のセンサーは、ベスト１１０上又は内の事実上いかなる所望の位置にも位置決めすることができる。それにより、被験者がベスト１１０を着用したとき、磁力計や他のセンサーは、被験者の身体上の解剖学的に適切な又は所望の位置の直ぐ近くに位置決めされることとなる。
【００９７】
モニタリングシステムの各構成要素への送電と、各構成要素による構成要素間の通信を容易にするために、ベスト１１０は、少なくとも一つの衣類回路（garment circuit）（好ましくは複数の衣類回路）を更に備え、当該衣類回路は、それに関連づけられた一体型の衣類用導体を少なくとも一つ有する。
【００９８】
ここで図１７及び図１８を参照する。これらの図に示すのは、生理学的モニタリング衣類１１０の一実施形態であって、当該衣類は、これに関連づけられた複数の一体型の衣類用導体を有する。図１７及び図１８に示すように、本発明の幾つかの実施形態においては、衣類１１０は、第１の複数の一体型の導体ないし経路１５２を備える。幾つかの実施形態においては、当該第１の複数の一体型の導体１５２は、略水平方向に配設される。幾つかの実施形態においては、第１の複数の一体型の導体は、伸長可能な導体を含む。
【００９９】
本発明によれば、上記第１の複数の一体型の導体１５２を設け（ないし構築し）、ひいては、磁力計等のセンサーや電子ユニットによる当該機器間の接続を容易にするために、種々の導電性の材料を、例えば織り込んだり、編み込んだり、表面に取り付けたりすることで、衣類１１０に組み込むことができる。
【０１００】
本発明によれば、これら導電性の経路１５２を組み込む手法は、布地の作成法（例えば編んだのか織ったのか）に基づいて選択される。採用可能な実施形態としては、銀メッキした糸、銀を含有する糸や、その他の導電性の糸状材料を含みうるが、従来の銅配線は除くものとする。
【０１０１】
本発明の幾つかの実施形態においては、衣類１１０は、衣類外層１２０及び衣類内層１２４上に配設されたセンサー及び関連する機器による当該センサー・機器間の接続を容易にする導電性のコネクタを少なくとも一つ（より好ましくは導電性コネクタを複数）備える。一実施形態では、当該コネクタは、銀メッキしたスナップファスナーを含む。
【０１０２】
本発明によれば、生理学的モニタリング衣類１１０は、第１の複数の一体型の導体１５２と通信状態にある中央通信路（点線で図示。概ね参照符号「１５４」にて示す。）を更に備える。本発明によれば、中央通信路１５４は、細い電線を含むリボンや、金属被覆された、又は、他の手法で導電性を付与された撚り糸、糸又は布地の帯状片を含む一連のディスクリート・チャンネルを含みうる。
【０１０３】
図１７及び図１８に図示した実施形態では、生理学的モニタリング衣類１１０に関連づけられたモニタリングシステム１０は、磁力計システム（例えば、磁力計対１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄと、図示しない少なくとも一つのＥＣＧセンサー）を備える。したがって、図１７及び図１８に示すように、モニタリング衣類１１０は、磁力計対１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄを収容し且つ確実に位置決めするように構成された複数のポケット１３３を備える。
【０１０４】
図１９〜図２１に示すように、生理学的モニタリング衣類１１０は、これに関連づけられた磁力計回路１５６と、ＥＣＧ回路１５８とを更に備える。本発明の一実施形態では、磁力計回路１５６は、シャツの一方の側部に沿って鉛直方向に配置された導体であって、衣類１１０に織り込まれた水平方向の導体に接続された導体を複数対備える。本発明によれば、鉛直方向の対と水平方向の対との間の接続は、導電性材料で縫ったり、導電性エポキシで繋げたり、或いは好ましくは、標準的な圧着式の穿孔ファスナー（standard crimped-on piercing fasteners）によって鉛直方向の導体及び水平方向の導体に取り付けられる標準的な小型の衣類用スナップファスナーによって、確立することができる。
【０１０５】
一実施形態においては、衣類１１０の胸部及び腹部の領域に位置付けられた磁力計についても、同様の鉛直方向・水平方向の導体対が用いられる。
【０１０６】
本発明の一実施形態においては、ＥＣＧ回路１５８は、シャツの一方の側部に沿って鉛直方向に配置された導体であって、衣類１１０に織り込まれた水平方向の導体に接続された導体を複数対備える。鉛直方向の対と水平方向の対との間の接続は、同様に、導電性材料で縫ったり、導電性エポキシで繋げたり、或いは好ましくは、標準的な圧着式の穿孔ファスナー（standard crimped-on piercing fasteners）によって鉛直方向の導体及び水平方向の導体に取り付けられる標準的な小型の衣類用スナップファスナーによって、確立することができる。
【０１０７】
また、幾つかの実施形態においては、水平方向の導体は、心臓の電気的活動を感知するための所望の位置の直ぐ近くに位置付けられた織り込み型の導電性パッチ１５７にて終端する。パッチ１５７は、それ自体がＥＣＧセンサーとして機能してもよいし、或いは、例えばパッチ内に圧着式のスナップファスナーを設けることで標準的な接着式ＥＣＧ電極に電気的に接続されてもよい。
【０１０８】
＜衣類の組み立て法＞
以下、本発明のモニタリング衣類の組み立て法（construction）について詳細に説明するが、以下に記載する組み立て法は、モニタリング衣類を組み立てる方法の一例を示すのみであり、本発明の範囲を何ら限定するものではないことを理解されたい。
【０１０９】
一実施形態においては、衣類１１０は、導電性の糸と非導電性の糸とを使用して筒状の衣類部分を編み上げることを含む、半自動化された方法により組み立てられる。当該衣類部分は、衣類１１０の外層となるべき部分に編み込まれた水平方向の導電性領域と、衣類１１０の内層におけるＥＣＧ電極となるべき領域に編みこまれた導電性のパッチと、衣類１１０のウエストバンドを形成すべく、弾性を有するように編まれた独立したバンドと、電子モジュールを収容するためのポケットとを備える。
【０１１０】
別の作業において、金属を含む導電性の糸と非導電性の材料とから織布リボンコネクタ（woven ribbon connector）を作成する。その一端に圧着コネクタを取り付けるとともに、編み込まれた水平方向の各導体と接続するための各取出し点（break-out points）に、鉛直方向に沿ってスナップファスナーを取り付ける。上記筒状部分をそれ自体の上に折り返して内層を外層の中に配置し、腕・首用の開口部を形成して、上記ウエストバンドを縫い付ける。衣類にスナップファスナーを取り付け、これにより、外層の導体からＥＣＧパッチへの接続を確立するとともに、鉛直方向のリボンケーブルへの接続点を提供する。
【０１１１】
磁力計、リボンケーブル及び電子モジュールのためのポケットを、例えば音波溶接、縫合、接着等の処理によって形成する。スナップファスナーを使って磁力計を取り付けるとともに、鉛直方向のリボンも挿入し、織り込んだ導体に対してスナップファスナーによって接続する。
【０１１２】
本技術分野における通常の知識を有する者であれば容易に理解するであろうが、上述した本発明の生理学的・能力的モニタリング衣類及び関連するシステムには、従来の生理機能モニタリング方法・システムと比較して、多くの顕著な利点がある。それら利点のうちの一つとしては、複数の生理学的特性を正確且つリアルタイムに求めることができ、動き易さを阻害せず、簡単に製造することのできる生理学的モニタリング衣類が実現される点が挙げられる。また、上記生理学的モニタリング衣類は、多くの用途、例えば、歩行可能な外来患者の在宅でのモニタリングや、ストレスや危険を伴う可能性のある状況下にある被験者や、運動及び／又は競技のトレーニング中の被験者のモニターにおいても有用である。
【０１１３】
本発明の更なる利点や用途は、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５７８号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８２号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５７６号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８５号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５９２号、２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，６２５号及び２０１０年８月２６日出願の米国特許出願第１２／８６９，５８６号に開示されたシステム及び方法を参照すれば明らかである。これら各文献の全体を本明細書に参照により援用する。
【０１１４】
当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明を種々の用途や条件に適合させるために本発明を種々変更・修正することができる。よって、そのような変更・修正も、適正且つ衡平に、本発明の均等の全範囲の内に包含されることを意図するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
身体的活動に携わっている被験者の生理学的パラメータをモニターするためのフィットネスモニタリングシステムであって、
第１センサー及び第２センサーを備えたセンサーサブシステム
を備え、
前記第１センサーは、プリント回路基板により形成される導電性の円形コイルを備えた多層プリント回路を備え、各層は、互いに直列に接続されており、
前記第１及び第２センサーは、パラメータの変化に応答可能であり、
前記センサーサブシステムは、前記パラメータを表す信号を生成し送信するように構成される、フィットネスモニタリングシステム。
【請求項２】
前記導電性の円形コイルは、各層に１８ターン有する６層のプリント回路基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コイルは、直径が約２インチであることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記各層は、プリント回路層コネクタを用いて互いに直列に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記磁力計へ電力を供給するように構成された、電圧範囲が約２．８Ｖ〜３．７Ｖのバッテリーを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
マイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラからの矩形波駆動を、コイルのための効率的な電流駆動に変換するとともに、実際の駆動信号のモニタリング情報を前記マイクロコントローラへ提供するように構成されたドライバ回路と
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサーサブシステムと通信状態にあり、前記信号を受信するように構成されたプロセッサ・サブシステムであって、前記センサーサブシステムを制御するとともに前記信号を処理するのに適しそのようにプログラムされたプロセッサ・サブシステムであって、前記信号から呼吸系の特性を求めるための経験的関係式を備えたプロセッサ・サブシステムであって、前記呼吸系パラメータを表す呼吸系パラメータ信号を生成し送信するのに適したプロセッサ・サブシステムを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２センサーは、両センサー間の距離の変化に応答可能であり、
前記信号は、前記第１及び第２センサー間の距離の変化を表すものであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記矩形波駆動を、前記コイルの電圧駆動要件と整合させるように構成されたコンデンサ網を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサーサブシステムは、前記被験者の動作をモニターするための装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１１】
前記センサーサブシステムは、慣性センサーを備えることを特徴とする、請求項１０に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１２】
前記センサーサブシステムは、ＧＰＳ受信器を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１３】
被験者のパラメータをモニターするためのシステムであって、
モニタリング衣類と、
前記モニタリング衣類に取り付けられる磁力計と、
前記磁力計に接続される一体型の衣類用導体を備えた衣類回路であって、前記磁力計との間での信号の送信を可能とするように構成された衣類回路と
を備えるシステム。
【請求項１４】
前記モニタリング衣類は、被験者の身体になじむように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記モニタリング衣類は、弾性材料から形成されることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記弾性材料は、ポリウレタン−ポリ尿素コポリマーを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記一体型の衣類用導体は、伸長可能であることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記一体型の衣類用導体は、銀を含有する糸を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記磁力計を収容し且つ確実に位置決めするように構成されたポケットを更に備えることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ポケットは、前記モニタリング衣類の外層と内層との間に設けられることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
生理学的モニタリング衣類の製造方法であって、
導電性の材料と非導電性の材料とを使用して、水平方向の導電性領域を備える外層と、導電性のパッチを備える内層とを有する衣類を作成することと、
前記衣類にポケットを形成することと、
前記ポケットに磁力計を挿入することと、
前記磁力計を、前記衣類の前記導電性材料に接続することと
を備える製造方法。
【請求項２２】
前記導電性材料は、導電性の糸を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ポケットは、音波溶接、縫合又は接着のうちの少なくとも一つにより形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ポケットは、前記モニタリング衣類の前記外層と前記内層との間に形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記磁力計は、スナップファスナーにより前記導電性材料に取り付けられることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記導電性材料は、被験者が前記衣類を着用している際に、前記被験者の心拍数を測定するように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項１】
身体的活動に携わっている被験者の生理学的パラメータをモニターするためのフィットネスモニタリングシステムであって、
第１センサー及び第２センサーを備えたセンサーサブシステム
を備え、
前記第１センサーは、プリント回路基板により形成される導電性の円形コイルを備えた多層プリント回路を備え、各層は、互いに直列に接続されており、
前記第１及び第２センサーは、パラメータの変化に応答可能であり、
前記センサーサブシステムは、前記パラメータを表す信号を生成し送信するように構成される、フィットネスモニタリングシステム。
【請求項２】
前記導電性の円形コイルは、各層に１８ターン有する６層のプリント回路基板を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コイルは、直径が約２インチであることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記各層は、プリント回路層コネクタを用いて互いに直列に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記磁力計へ電力を供給するように構成された、電圧範囲が約２．８Ｖ〜３．７Ｖのバッテリーを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
マイクロコントローラと、
前記マイクロコントローラからの矩形波駆動を、コイルのための効率的な電流駆動に変換するとともに、実際の駆動信号のモニタリング情報を前記マイクロコントローラへ提供するように構成されたドライバ回路と
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサーサブシステムと通信状態にあり、前記信号を受信するように構成されたプロセッサ・サブシステムであって、前記センサーサブシステムを制御するとともに前記信号を処理するのに適しそのようにプログラムされたプロセッサ・サブシステムであって、前記信号から呼吸系の特性を求めるための経験的関係式を備えたプロセッサ・サブシステムであって、前記呼吸系パラメータを表す呼吸系パラメータ信号を生成し送信するのに適したプロセッサ・サブシステムを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２センサーは、両センサー間の距離の変化に応答可能であり、
前記信号は、前記第１及び第２センサー間の距離の変化を表すものであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記矩形波駆動を、前記コイルの電圧駆動要件と整合させるように構成されたコンデンサ網を更に備えることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサーサブシステムは、前記被験者の動作をモニターするための装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１１】
前記センサーサブシステムは、慣性センサーを備えることを特徴とする、請求項１０に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１２】
前記センサーサブシステムは、ＧＰＳ受信器を備えることを特徴とする、請求項１０に記載のフィットネスモニタリングシステム。
【請求項１３】
被験者のパラメータをモニターするためのシステムであって、
モニタリング衣類と、
前記モニタリング衣類に取り付けられる磁力計と、
前記磁力計に接続される一体型の衣類用導体を備えた衣類回路であって、前記磁力計との間での信号の送信を可能とするように構成された衣類回路と
を備えるシステム。
【請求項１４】
前記モニタリング衣類は、被験者の身体になじむように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記モニタリング衣類は、弾性材料から形成されることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記弾性材料は、ポリウレタン−ポリ尿素コポリマーを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記一体型の衣類用導体は、伸長可能であることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記一体型の衣類用導体は、銀を含有する糸を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記磁力計を収容し且つ確実に位置決めするように構成されたポケットを更に備えることを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ポケットは、前記モニタリング衣類の外層と内層との間に設けられることを特徴とする、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
生理学的モニタリング衣類の製造方法であって、
導電性の材料と非導電性の材料とを使用して、水平方向の導電性領域を備える外層と、導電性のパッチを備える内層とを有する衣類を作成することと、
前記衣類にポケットを形成することと、
前記ポケットに磁力計を挿入することと、
前記磁力計を、前記衣類の前記導電性材料に接続することと
を備える製造方法。
【請求項２２】
前記導電性材料は、導電性の糸を含むことを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ポケットは、音波溶接、縫合又は接着のうちの少なくとも一つにより形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ポケットは、前記モニタリング衣類の前記外層と前記内層との間に形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記磁力計は、スナップファスナーにより前記導電性材料に取り付けられることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記導電性材料は、被験者が前記衣類を着用している際に、前記被験者の心拍数を測定するように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１０４３５１（Ｐ２０１１−１０４３５１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１９６１２３（Ｐ２０１０−１９６１２３）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（５１０２０４９９８）アディダス アーゲー (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６１２３（Ｐ２０１０−１９６１２３）
【出願日】平成２２年９月１日（２０１０．９．１）
【出願人】（５１０２０４９９８）アディダス アーゲー (30)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]