監視方法および装置
ＥＣＧ信号を監視するための装置は、生理学的信号を受信し、処理手段、メモリおよび無線トランシーバを含む第１の身体装着要素１を含み、メモリは、複数の信号セグメントテンプレートを記憶する。処理手段は、生理学的信号のセグメントを記憶されたテンプレートと比較し照合するように構成される。装置は、更に、無線トランシーバと処理手段を含む第２の要素４を含み、処理手段は、信号セグメントテンプレートを生成しかつ／または修正し、また第２の要素の前記トランシーバに、生成または修正されたテンプレートを第１の要素に送信させるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、監視方法および装置に関し、詳細には電気的または生化学的な生理学的信号を監視するための方法および装置に関するが、必ずしもこれらに限定されない。
【０００２】
発明の背景
心電図すなわちＥＣＧは、患者の状態を監視し診断する手段を長い間提供してきた。従来、ＥＣＧは、２個以上の電極を患者の胸に取り付け、記録した信号にノイズを除去するフィルタ処理などの信号処理を実行し、処理した結果を記録することによって記録されてきた。心臓病の疑いのある患者の事例を検討してみると、症状を診断する１つの方法は、ＥＣＧデータをある期間（たとえば、数時間）継続的に記録し、記録したデータを医者が検討してあらゆる異常を識別することである。この方法は、データ収集システムが大きくなりやすく、したがって患者が処理の間同じ場所に留まっていなければならないため患者にとって不都合であり、かつ医者の側には時間がかかる。
【０００３】
そのような問題を克服するために、ＥＣＧデータを実質的に実時間で分析して、心拍が正常か異常かを分類し、異常心拍の出現およびタイプだけを記録する比較的高性能な信号処理技術が開発されてきた。連続信号ではなくイベントおよびタイプのデータだけを記録するだけでよく、データ記憶要求が大幅に軽減されるので、記録装置を携帯し更に装着することを可能にすることができ、医者には、診断を容易かつ迅速にする心拍イベントの単純な分類が提示される。
【０００４】
たとえば、ほぼトランプ１組サイズで、胸に装着された１対の電極に結合される装着可能なコンピュータ装置を提供することは既知である。コンピュータ装置は、記録した心拍をいくつかの記憶された「テンプレート心拍」と比較し、その結果を使用して記録した心拍を分類する。各テンプレートと一致する心拍はカウントし続けられる。どのテンプレートとも一致しない心拍は、将来分析するために記憶されてもよい。しかしながら、そのような一致しないテンプレートはごく希にしか現れないと予想されるため、データ記憶要求が極端に大きくなることはない。心拍分類プロセスは、集中的な計算が必要であり、したがって比較的大量の電力を消費する。一方、この所要電力は、一般的にコンピュータ装置内にあるバッテリによって提供されてもよい。
【０００５】
このタイプの携帯型監視システムは、患者が特定の場所に留まることを必要とするタイプのシステムよりもかなり優れているが、まだ比較的大型である。ユーザが監視システムを使い易くする１つの手法は、監視システムを２つの要素からなるシステムとして構成することであり、第１の比較的小さく装着可能な要素が、監視電極に結合され、監視したＥＣＧ信号を無線リンクによって第２のよりも大きいデータ処理装置（ポケットに入れて持ち運んでもよく、同じ区域内すなわち装着要素の有効範囲内のどこかに置かれてもよい）に送信する。しかしながら、ＥＣＧ信号の連続的な放送を可能にするのに必要な電力によって、装着可能な要素のサイズとバッテリ寿命との両方が制限される。更に、装着者が、データ処理装置の有効範囲から出るとデータが失われる。
【０００６】
類似の問題が、脳電図（ＥＥＧ）や血糖値などの他の生理学的「状態」を監視するシステムでも生じることを理解するであろう（生体センサなどの生体電気変換器を使用して生化学的パラメータを電気信号に変換する場合）。これらの問題の解決策は、工業プロセス制御などの非医学分野でも応用することができる。
【０００７】
発明の要約
本発明の目的は、既知の２つの要素からなる監視システムの欠点を克服するかまたは少なくとも緩和することである。本発明の目的は、極めて小さくかつユーザの身体に長期間装着することができる構成要素を有する２つの要素からなる監視システムを提供することである。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、状態を監視するための装置において、
第１の要素であって、
無線トランシーバと、
複数の信号セグメントテンプレートを記憶するメモリと、
電気信号を受信する入力と、
受信した電気信号を信号セグメントにセグメント化し、各セグメントが記憶されたテンプレートのうちの１つと一致するかどうかを判定し、トランシーバに照合操作の結果を無線リンクを介して送信させる処理手段とを含む第１の要素と、
第２の要素であって、
無線リンクを介して第１の要素から送信されたデータを受信する無線トランシーバと、
受信したデータまたは受信したデータを使用して生成された他のデータを記憶するメモリと、
信号セグメントテンプレートを生成または修正し、トランシーバに、生成したテンプレートまたは修正したテンプレートを第１の要素に送信させる処理手段とを含む第２の要素とを含むことを特徴とする装置が提供される。
【０００９】
第２の要素に送信された照合操作の結果は、一致テンプレートの識別を含むことが好ましい。データは、第１の要素で収集され記憶され、第２の要素に定期的に送信されてもよい。データは、テンプレート識別とそのような識別の出現数の形で送信されてもよい。更新されたテンプレートが、定義された間隔で第１の要素から第２の要素に送信されてもよい。
【００１０】
処理手段は、テンプレートが信号セグメントに一致しない場合に信号セグメントが第２の要素に送信されるように構成されることが好ましい。セグメントは、送信前に第１の要素のメモリに記憶されもよく、すぐに送信されてもよい。
【００１１】
処理手段は、テンプレート一致が見つかったときでも、信号セグメントの異常を分析し異常が検出された場合に信号セグメントを第２の要素に送信するように構成されてもよい。この場合も、セグメントは、後で送信するために記憶されてもよく、すぐに送信されてもよい。
【００１２】
第１の要素の処理手段は、後の分析で使用される一連の最近の信号セグメントをメモリに記録するように構成されてもよい。
【００１３】
第１の要素の処理手段は、第１の要素が通信有効範囲の外にあることを検出し、そのような場合に別の状況では第２の要素に送信されるデータを記憶するように構成されることが好ましい。処理手段は、第２の要素が有効範囲内に戻ったことを検出し、その後で記憶したデータを送信する。
【００１４】
第２の要素の処理手段は、第１の要素から送信された信号セグメントを受信し、それらのセグメントを使用して、第１の要素に送信するために信号セグメントテンプレートを生成または修正するように構成されることが好ましい。より好ましくは、テンプレートは、第２の要素のメモリに記憶される。
【００１５】
第２の要素の処理手段は、第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることが好ましい。第１の要素のメモリにテンプレートが記憶されていない場合に、第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートはすべて第１の要素に送信される。
【００１６】
装置は、哺乳類のＥＣＧの監視に適していることが好ましい。第１の要素は、ＥＣＧ信号を提供するために入力に結合された２つ以上の電極を備えてもよい。処理手段は、信号を個々の心拍にセグメント化するように構成される。セグメントは、隣接してもしなくてもよい。
【００１７】
第１の要素の処理手段は、ＥＣＧ信号のＲＲ間隔を決定するように構成されてもよい。ＲＲ間隔は、ＥＣＧセグメントの異常を検出するために使用されてもよくかつ／または第２の要素に送信されてもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、生理学的状態を監視するための装置において、
生理学的信号を受信し、処理手段、メモリおよび無線トランシーバを含む第１の身体装着要素であって、メモリが複数の信号セグメントテンプレートを記憶し、処理手段は、生理学的信号のセグメントを記憶されたテンプレートと比較し照合するように構成された第１の身体装着要素と、
無線トランシーバと処理手段とを含む第２の要素であって、処理手段は、信号セグメントテンプレートを生成しかつ／または修正し、第２の要素のトランシーバに、生成または修正されたテンプレートを第１の要素に送信させるように構成された第２の要素とを含むことを特徴とする装置が提供される。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、状態を監視する方法において、
第１の要素において、
状態を示す信号を受信し、
信号を連続した信号セグメントにセグメント化し、
各信号セグメントを１組の信号セグメントテンプレートの１つまたは複数と比較しあらゆる一致テンプレートを識別し、
一致テンプレートの識別を無線通信リンクを介して第２の要素に送信し、
第２の要素において、
受信したデータを記憶し、
新しい信号セグメントテンプレートまたは修正された信号セグメントテンプレートを生成し、信号セグメントテンプレートを無線通信リンクを介して第１の要素に送信し、
第１の要素において、
受信した新しいテンプレートまたは修正されたテンプレートを後で使用するために記憶することを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００２０】
方法は、信号セグメントのテンプレート一致が見つからない場合あるいは一致が見つかったが信号セグメントに異常が検出された場合に、第１の要素から第２の要素に信号セグメントを送信することを含むことが好ましい。
【００２１】
第１の要素は、一致テンプレートの識別と出現数とを収集し、その識別と出現数とを第２の要素に定期的に送信することが好ましい。第２の要素への送信を必要とする信号セグメントが定期的に収集され送信されてもよい。データは、第２の要素が有効範囲の外にあるか別の状況で第１の要素と通信できないときに第１の要素に記憶され、通信が再開できたときに第２の要素に送信されてもよい。
【００２２】
発明の特定の実施形態の詳細な説明
図１に、公衆医療システムの１つの構成要素である２つの要素からなるＥＣＧ監視システムが示されている。本明細書において「デジタルプラスタ（digital plaster）」と呼ばれる第１の要素１は、外傷や他の小さい傷を覆うための従来のプラスタと類似している。デジタルプラスタ１は、ユーザが自分の皮膚にプラスタを貼り付けることを可能にする接着剤を片面に備える。後で詳しく説明するように、プラスタは、それぞれの電極３ａ，３ｂに結合してＥＣＧ信号を受信する入力２ａ，２ｂと、信号処理手段と、無線リンクを介して第２の要素すなわち「基地局」４と通信するトランシーバとを含む。電極は、プラスタ１に組み込まれることが好ましいが、プラスタと分離され適切なリードによって結合されてもよい。デジタルプラスタは、適切なバッテリ（たとえば、１Ｖ亜鉛空気電池）によって電力供給される。将来、技術の進歩によって、たとえば生体電気電池の使用や身体の電磁場の使用によってプラスタを自己動力化することができる可能性がある。
【００２３】
基地局４は、特別設計されて構築されたモジュールでもよく、または専用ソフトウェアが動作する汎用ハードウェア（たとえば、ＰＤＡやスマートフォン）でもよい。いずれの場合も、基地局４の役割は、プラスタ１から送信されたＥＣＧデータを記録し処理しかつデジタルプラスタ１の動作を設定するために、無線リンクによってプラスタ１と通信することである。基地局４は、ポケットやハンドバックに入れて運んだりベルトに装着したりするのに適していなければならないが、システムの設計は、システムの必要な動作に大きな影響を及ぼすことなく無線リンクの有効範囲外に長期間置いたままにできるようなものである。
【００２４】
図１は、また、中央データベース５の形の第３のシステム構成要素３を示す。基地局４は、たとえば携帯電話ネットワークを介して中央データベース５と定期的に通信して、記録したＥＣＧデータをデータベースに転送することができる。この動作により、医者や他の医療スタッフは、記録されたデータをリモートで閲覧することができる。そのような中央データベースは、何千もの個別の監視システムを管理する場合がある。中央データベースと個々の監視システムとの間で通信する手順は、中央データベースでデータを収集し分析する手順として容易に明らかになり、したがってここでは詳しく説明されない。
【００２５】
図２は、デジタルプラスタ１の「アーキテクチャ」を機能的観点で示す。３つの大きな処理ブロックを識別することができる。
【００２６】
センサインタフェースおよび処理６
電極３ａ，３ｂから受信したセンサ信号は、信号処理ブロックに適した形になるようにあらかじめ調整される（すなわち、たとえば増幅されフィルタリングされる）。これは、図３に概略的に示したアナログ回路を使用して実行される。この図で用語は次のとおりである。
【００２７】
ＦＩＬ１：パッシブ高域フィルタ（コーナー周波数約０．５Ｈｚ）。
ＦＩＬ２：実際のＥＣＧ信号よりもかなり高いレベルの電源ノイズ（５０／６０Ｈｚ）を除去するノッチフィルタ。
【００２８】
ＰＲＥＡＭＰ（前置増幅器）：低レベルＥＣＧ信号は、５０〜１００（標準）の適切な利得だけ増幅される。
【００２９】
ＦＩＬ３：このパッシブ低域フィルタは、実際には、後のスイッチドキャパシタフィルタ段ＦＩＬ４のアンチエイリアスフィルタである。実際には、ＦＩＬ３の極は、ＰＲＥＡＭＰに組み込まれ、実質的にこの前置増幅器の帯域幅（５００Ｈｚ）である。
【００３０】
ＦＩＬ４：ＥＣＧ信号を関心のある周波数に制限しかつ高周波ノイズを除去する低域フィルタ。カットオフ周波数は、たとえば１００〜２００〜３００Ｈｚのうちの１つに設定できる。これは、チップ面積を最小にしかつ低電源電圧での信号処理効率を最大にするスイッチドキャパシタ設計になる。
【００３１】
ＶＧＡ：後のデータ処理段に入力される信号レベルが実質的に一定になるように可変利得の最終段が必要な場合がある。
【００３２】
ローカル信号処理およびデータ抽出ブロックは、ローカル信号処理を実行してＥＣＧ波形を分析し、後で詳しく説明するあらかじめ定義された１組の検出規則により現在の心拍が正常に分類されるか不整脈に分類されるかを検出する。
【００３３】
ＲＦトランシーバ７
この機能ブロックは、デジタルプラスタ１と基地局４との間の通信を可能にする。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）、ＵＷＢ、および独自プロトコルを含む任意の適切な通信プロトコルを使用してデータを送信することができる。デジタルプラスタ１から基地局４にセンサ状態情報、ＥＣＧサマリデータ（すなわち、テンプレート照合結果）または完全ＥＣＧ波形を送信することができ、一方基地局４からデジタルプラスタ１に構成パラメータと制御パラメータとを返すことができる。そのような制御パラメータは、ユーザの不整脈検出設定を変更したり、デジタルプラスタの動作をローカル処理モードからトランスペアレントモードに変更したり、状態情報（たとえば、バッテリ寿命）を要求したりすることができる。
【００３４】
コントローラ８
デジタルコントローラ８は、様々な制御機能、構成機能およびタイミング機能を実行し、基地局４からコマンドを受信したときにプラスタ動作を更新する。また、制御ブロック８は、ＥＣＧ波形の短いセグメント（たとえば、現在処理している心拍の１５秒前）と、ＥＣＧ波形を分析し分類するためのユーザ固有のパラメータとを記憶するローカルメモリ（ＲＡＭ）を含む。
【００３５】
センサインタフェースおよび処理ブロック６のローカル信号処理およびデータ抽出機能を更に詳しく検討すると、この機能は、Open Source ECG Analysis (OSEA) model, P.S. Hamilton, 'Open Source ECG Analysis Software (OSEA) Documentation' www.eplimited.comに実質的に依存する。図４は、このモデルを極めて一般的な観点で示しており、主要なステップは次のとおりである。
【００３６】
心拍検出
最初に、受信したＥＣＧ信号を分析して、心拍が存在することを判断する。詳細には、これにより、心拍のＱＲＳコンプレックスが存在することが判断される。図５は、ＯＳＥＡモデル内でＱＲＳ検出を実現するために必要な基本機能を示す。フィルタリングに続いて、所定の時間ウィンドウにわたって信号の絶対値が平均される。平均化ウィンドウは、大雑把に一般的なＱＲＳコンプレックスの幅になるように選択される。ウィンドウを１５０ｍｓよりも小さく設定すると最もよい結果が得られる。ＬＰＦカットオフは約１６Ｈｚであり、ＨＰＦカットオフは約８Ｈｚである。ＬＰＦ、ＨＰＦおよび微分の組み合わせにより、大雑把にＱＲＳコンプレックスのほとんどのエネルギを含む帯域幅である５〜１１Ｈｚの通過帯域の帯域フィルタが作成される。
【００３７】
移動平均を実行した後、信号は、ＱＲＳコンプレックスが生じるたびに「塊（lump）」を有効に生成する。Ｔ波も塊を生成する場合があるが、Ｔ波は、一般的にＱＲＳコンプレックスによるものよりも小さい。ピーク検出器は「塊」の位置を見つけ、検出後、ピークは、ＱＲＳコンプレックスまたはノイズとして分類されるか、後で分類するために保存される。検出アルゴリズムは、図６に示したアルゴリズムの後で、ピーク高さ、ピーク位置および最大微分を使用してピークを分類する。
【００３８】
図６のアルゴリズムは、ピークをＱＲＳコンプレックスまたはノイズとして分類できるように検出しきい値を計算する必要がある。ピークがＱＲＳとして分類されるたびに、そのピークは、８つの最新のＱＲＳピークを含むバッファに追加され、ＲＲ間隔（RR interval）が、８つの最新のＲＲ間隔を含むバッファに追加される。ピークがノイズとして分類されるたびに、そのピークは、８つの最新ノイズピークを含むバッファに追加される。検出しきい値（ＤＥＴ＿ＴＨ）は、次の式にしたがってノイズピークの平均または中央値とＱＲＳピークバッファ値との間に設定される。
ＤＥＴ＿ＴＨ＝ｎＡＶＧ＋ＴＨ＊（ｑＡＶＧ−ｎＡＶＧ）
【００３９】
ここで、ｎＡＶＧとｑＡＶＧとはそれぞれ、最新８つのノイズとＱＲＳピーク値との平均であり、ＴＨはしきい値係数である。これらの各値の平均を、平均または中央値として計算することができる。ＱＲＳピーク、ノイズピークおよびＲＲ間隔の平均を計算することにより、計算が簡単になり、実際にＱＲＳ検出器性能が改善される。しかしながら、ＱＲＳピークとノイズピークとの中央値を計算することにより、ＱＲＳ検出器が心拍分類アルゴリズムと組み合わされたときに性能が改善されることが分かっている。したがって、平均化関数（すなわち、平均または中央値）を選択できることが望ましい場合がある。
【００４０】
開始時に、検出された最初の８つのピークがＱＲＳピークとして分類され、ノイズピークバッファがゼロに設定される。８つの最新ＲＲ間隔は１秒に設定される。更に、８秒間ピークが検出されない場合、検出しきい値は、前述のように再び初期化される。これは、一連の大きい心室心拍が、その後の正常な小さい振幅の心拍が無視されるほど検出しきい値を高める可能性が（極めて希に）あるからである。
【００４１】
心拍（すなわち、ＱＲＳコンプレックス）が検出されると、アルゴリズムは、また、ＱＲＳコンプレックスを検出してから新しいサンプルが生じた数を示し、すなわちＲ波の時間と場所とを示す。これは、図６に示した心拍検出アルゴリズムが変化する検出遅延を有するので必要である。図６を参照すると、ステップ７でＱＲＳピークを検出した場合、検出遅延は、およそフィルタ遅延、移動ウィンドウ積分幅（moving window integration width）、およびステップ４で確認するのに必要な２００ｍｓの遅延の和になる。総検出遅延は一般的に３９５ｍｓになる。しかしながら、ステップ１１でＱＲＳコンプレックスを検出した場合（サーチバック検出とも呼ばれる）、全体の遅延は、この遅延と平均ＲＲ間隔の半分とを加えたものになり、これは１秒程度にもなることがある。単純に心拍数を報告する装着可能な監視用途では、この変化する検出遅延は大きな問題にはならない。しかしながら、用途によっては、比較的長い変化する遅延が問題になる可能性がある。たとえば患者の監視において、目視で確認できる心拍の表示は、手首で感じる脈とよく一致しなければならない（一般的に、検出遅延２５０ｍｓ以内）。
【００４２】
１つの選択肢は、アルゴリズムのサーチバック部分をディスエーブルし、サーチバックから検出された決定を単純に報告しないことである。これにより、検出遅延は約３９５ｍｓに固定される。サーチバック検出を無視し（かつ、検出しきい値ＴＨを適切に調整し）ても、ＱＲＳ検出感度は９９．７％にかなり近い。残りの遅延のほとんどは、各ピーク検出後にＱＲＳ不応期内にもっと大きいピークが生じるかどうかを調べるためにアルゴリズムが２００ｍｓ待つことにより起こる。より単純な選択肢は、ピーク検出後に２００ｍｓのブランキング期間を設定することであり、これにより検出遅延は１９５ｍｓに固定される。しかしながら、この選択肢では、大きなＰ波をＱＲＳコンプレックスとして検出する可能性があるので感度が低下し、その後のＱＲＳコンプレックスは、２００ｍｓのブランキング期間の間に生じるので無視される。
【００４３】
想定された用途の場合、変化する検出遅延は大きな問題と見なされず、したがってフルアルゴリズムを使用することが提案される。短い検出遅延が必要な場合は、このフルアルゴリズムを使用して単純なショット遅延検出方式のしきい値を設定することができる。フルアルゴリズムバージョンか短い遅延バージョンかの選択はプログラム可能である。
【００４４】
心拍検出ブロックは、Ｒ波の時点（time point）を示す（Ｒ波の位置は、「基準点（fiducial point）」としても知られる）。
【００４５】
リズム検査
このブロックは、心拍検出ブロックからＲ波の時点を受信する。現在の心拍のＲＲ間隔を前のＲＲ心拍間隔と比較して現在のリズムを決定する。リズム検査は、NORMAL（正常）、PVC（早過ぎ）またはUNKNOWN（不明）の分類を返す。結果は、照合規則ブロックに渡される（下記参照）。
【００４６】
テンプレートメモリ
いくつかの心拍テンプレートがテンプレートメモリに記憶される。これらのテンプレートは、基地局４によってプラスタ１に渡される。
【００４７】
テンプレート照合
テンプレート照合ブロックは、心拍検出ブロックからＲ波の時点ならびにあらかじめ条件付けされたＥＣＧ信号を受信する。現在の心拍の形状が、テンプレートメモリに記憶されたテンプレートの１つまたは複数と（たとえば、相関プロセスを使用して）比較され、記憶されているテンプレートのうち現在の心拍に最も似ているテンプレートが決定される（もしある場合）。心拍の形状が、記憶されているテンプレートのうちの１つに充分に近い場合は、テンプレートＩＤが記録され、現在の心拍が、記憶されているテンプレートに「平均化」される。
【００４８】
支配的心拍モニタ
最新の１８０の心拍のテンプレート番号、リズムおよび特徴を監視して支配的心拍タイプを決定する。照合プロセスを促進しそれにより消費電力を減少させるために、支配的心拍タイプを使用してテンプレート照合中にテンプレートメモリからテンプレートを選択する順序を決定する。
【００４９】
照合規則
照合規則は、テンプレート照合操作を実行しなければならないときを決定するための１組の規則を定義する。照合規則は、リズム検査ブロックのＲＲ間隔出力に適用され、
ａ）平均心拍数が正常範囲内にあるとき
ｂ）平均心拍数が所定のしきい値よりも低いとき（徐脈）
ｃ）平均心拍数が所定のしきい値よりも高いとき（頻脈）
ｄ）心拍が早すぎるとき（期外収縮すなわちＰＶＣ）
ｅ）心拍が欠損するとき
ｆ）心拍数が無秩序であるとき（細動）を検出する（図７参照）。状態ａ）〜ｅ）が観察された場合、ＱＲＳ波形（または、基準点に対する時間で参照された信号セクション）は、心臓の病状に関する予備情報を提供するためにテンプレートメモリ内の各テンプレートと照合される。状態ａ）の場合は、心拍が正常であると仮定されるので警告は出されない。状態ｂ）〜ｅ）の場合は、テンプレート照合操作が開始されるだけでなく、警告状態が開始される場合がある。状態ｆ）の場合は、テンプレート照合操作を必要とせずに警告状態が開始される。警告状態は基地局に送信される。
【００５０】
状態ａ）〜ｅ）の場合、テンプレート一致が見つかった場合は、テンプレートＩＤは、後で基地局に送信するためにメモリに記憶される。後で送信するためにＲＲ間隔も記憶されることがある。通常、保存したデータブロックを基地局に送信する前に、データが、事前に定義された期間（たとえば、３０秒）プラスタのメモリに収集されるのがよい。
【００５１】
一方、現在の心拍にテンプレート一致が見つからなかった場合、または状態ｆ）の場合は、この結果を作成したあらかじめ条件付けされたＥＣＧデータは、すぐに基地局に送信されるか、後で送信するために「生」のデータメモリに記憶される。プラスタのメモリに記憶することができる心拍の数は、メモリのサイズによって制限される。履歴データの最近のセグメントをプラスタのメモリに記憶することが望ましいことがある（たとえば、最新３０個の心拍）。これは、現在の心拍で検出された異常を分析するときに役立つ場合があり、要求に応じて基地局にアップロードされてもよい。
【００５２】
以上の考察は、デジタルプラスタ内のＯＳＥＡモデルの実施形態を概略的に考察した。次に、極めて消費電力が少ないデジタルプラスタの実施形態を詳細に考察する。最初に、ＱＲＳ検出段階を考察し、その後で心拍分類段階を考察する。
【００５３】
ＱＲＳ検出、帯域フィルタリング、ピーク検出およびしきい値化に必要な主要なステップは、混合信号ハードウェアで直接実現されてもよい。図８は、必要な機能を実現する混合信号回路アーキテクチャを示す。ピーク検出としきい値化とはアナログ領域で実行され、タイミングを調整し基本決定規則を実施するためにデジタル論理回路が使用される。この回路は、実質的に図５に示したものと全く同じアルゴリズムを正確に実現するが、ここでは、ソフトウェアによってではなく低消費電力混合信号ハードウェアを使用して実現されている。
【００５４】
図８を参照すると、点線内の回路部分はデジタルであり、他のすべてのブロックはアナログである。入力ＥＣＧ信号は、帯域フィルタリングされ、絶対値（大きさ）がとられ、次に実質的に平均化を実行する低域フィルタに通される。このフィルタリングされた信号は、ピーク検出器に送信され、ピーク検出器の出力は、２（または、選択可能な他のあらゆる適切な係数）で割られ、ポイントＣのこの「ハーフピーク」が、ポイントＡのフィルタリングされた信号と比較される。したがって、ＣＯＭＰ１の出力（ポイントＤ）は、ポイントＡの信号がポイントＣの信号よりも小さくなるとき、すなわちフィルタリングした信号の大きさが現在のピーク値の半分よりも小さくなったときにハイになる。ポイントＤの信号がハイになると、ピークが見つかったことを示し、この信号は、ＣＯＭＰ２のイネーブルとしてはたらく。ＣＯＭＰ２は、このピーク値が現在のしきい値（ポイントＦ）よりも高いか低いかを調べ、ピークがしきい値よりも高い場合、ＣＯＭＰ２の出力（図８のポイントＧ）はハイになる。
【００５５】
ポイントＤがハイになると、ピークが検出されたことを示し、ロジックおよびタイミングブロックは、以下の一連のイベントを実行する。
【００５６】
・ロジックおよびタイミングブロックは、ＡＤＣに現在のピーク値を変換させラッチさせる。これはＰＥＡＫ［Ｎ］として記憶される。Ｇの対応する値もＧ［Ｎ］として記憶される。このピークと最後のピークとの間の時間がＲＲ［Ｎ］として記憶される。
【００５７】
・ロジックおよびタイミングブロックは、前のピーク値（ＰＥＡＫ［Ｎ−１］）が２００ｍｓよりも前に生じたかどうか、すなわちＲＲ［Ｎ］＜２００ｍｓかどうかを調べる。前のピークが最近２００ｍｓ以内にあった場合、前のピーク振幅は、このピークよりも大きくなければならず（または、前のピークは［Ｎ−１］番目サイクル中に破棄される）、したがってこのピークは破棄される。ピーク検出器がリセットされ、新しいピークの探索が継続される。
【００５８】
・前のピークが最近２００ｍｓ以内に生じなかった場合（すなわち、ＲＲ［Ｎ］＞２００ｍｓ）、ロジックおよびタイミングブロックは、ピーク検出器とピーク間隔カウンタとをリセットし、次の（［Ｎ＋１］番目）ピークが次の２００ｍｓ以内に生じるかどうかを調べるために待つ。
【００５９】
・新しいピークが次の２００ｍｓ以内に生じた場合、ＡＤＣは、このピーク値を変換しＰＥＡＫ［Ｎ＋１］としてラッチするように指示される。Ｇ［Ｎ＋１］とＲＲ［Ｎ＋１］との対応する値も記憶される。
【００６０】
・ロジックブロックは、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］＞ＰＥＡＫ［Ｎ］かどうかを調べる。この場合、ＰＥＡＫ［Ｎ］（およびＧ［Ｎ］）は破棄され、これらの値はＰＥＡＫ［Ｎ＋１］とＧ［Ｎ＋１］とで置き換えられる。次にＲＲ［Ｎ］がＲＲ［Ｎ］＋ＲＲ［Ｎ＋１］に設定される。しかしながら、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］＜ＰＥＡＫ［Ｎ］の場合は、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］、Ｇ［Ｎ＋１］およびＲＲ［Ｎ＋１］が破棄される。
【００６１】
・ＰＥＡＫ［Ｎ］の現在の値が決定されたとき、ロジックおよびタイミングブロックは、Ｇ［Ｎ］の対応する値がハイかローかを確認し、ハイの場合は、ＰＥＡＫ［Ｎ］はＱＲＳパルスとして分類され、ＰＥＡＫ［Ｎ］は値がＱＲＳバッファに追加される。Ｇ［Ｎ］がローの場合、ＰＥＡＫ［Ｎ］はノイズとして分類され、ＰＥＡＫ［Ｎ］がノイズバッファに追加される。
【００６２】
・ロジックおよびタイミングブロックは、ＣＯＭＰ２にアナログしきい電圧Ｆを供給するためにＤＡＣに送信されるしきい値ワードＥを更新する。次に、ピーク間隔カウンタとピーク検出器とがリセットされ、新しい（［Ｎ＋１］番目）ピークの探索が始まる。
【００６３】
図９に、この決定プロセスを示す。
ＯＳＥＡソフトウェアを再検討すると、（図４に示したような）心拍分類アルゴリズムの最も重要な部分は、リズム検査ルーチンとテンプレート照合ルーチンとである。実際には、現在の心拍が、以前に分類されたテンプレート形状とよく一致する場合、現在の心拍は単純にテンプレートの分類となる。テンプレートと一致しない心拍を分類し易くするため、あるいはまだ分類されたことがないテンプレートの心拍形状には、特徴抽出規則とより複雑な分類規則とが使用される。
【００６４】
ここで述べるシステムは、新しい心拍形状を検出し分類する負担を基地局に転嫁する。したがって、デジタルプラスタは、リズム検査（単純なデジタルロジック）とテンプレート照合とを実行するだけでよい。心拍がいずれのテンプレートとも一致しない場合、またはＲＲ間隔により警告状態になりテンプレート照合の必要がなくなる場合は、完全なＥＣＧ波形が、更に特徴抽出と分類とのために二次ユニットに渡される。新しい心拍テンプレート形状が二次ユニットによって学習され分類された後、その心拍テンプレート形状はデジタルプラスタに戻される。
【００６５】
デジタルプラスタに提供されるメモリは、基地局と通信することなくデータ（テンプレートＩＤ、ＲＲ間隔、および不定期のＥＣＧセグメント）を長期間記録できるほどの大きさである。これは、基地局が有効範囲の外にあることをデジタルプラスタが検出するとき必要なことがある。後で基地局が有効範囲内に戻ったとき、記憶されているデータが基地局にアップロードされ、デジタルプラスタのメモリが消去される。そのような時間中に新しいテンプレートを生成してデジタルプラスタに送信することができない間、監視操作の品質に対する全体的影響は小さくなる可能性が高い。
【００６６】
図４を再び参照すると、基地局４（この例ではＰＤＡ）の機能的アーキテクチャが示されている。ＰＤＡは、心拍の特徴を決定する方法を実施する。ＯＳＥＡソフトウェアは、その１つの例であるが、様々なベンダが自社の分析ソフトウェアを実施して商業的利点を提供することができる。図１０にＯＳＥＡソフトウェアの流れを示す。分析モードでないとき、ＰＤＡは、イベントが生じた場合に心臓病学者がより詳しい履歴を使用できるように心拍およびテンプレート情報のデータだけを記憶する。ＥＣＧ分析の必要を示すアラーム状態を受信したとき、現在のデータと履歴データとを含む入力ＥＣＧデータを使用してソフトウェアルーチン全体がイネーブルされる。基地局は、一致テンプレートＩＤの履歴を記録するためのブロックだけでなく、デジタルプラスタから受信したあらかじめ条件付けされたＥＣＧデータを分析するためのブロックを含む。より詳細には、基地局は、特徴抽出、心拍分類およびテンプレート生成のためのブロックを含む。これらのブロックは、テンプレート生成のためにＯＳＥＡモデルの機能を実施する。基地局４によって新しいテンプレートが生成されるたびに、そのテンプレートは、ダウンリンクチャネルを介してデジタルプラスタに送信され、そこでテンプレートメモリに記憶される。
【００６７】
前述のように、時間と共に変化する心拍の特徴を補正するために、決定されたテンプレートは、現在の心拍と一致心拍テンプレートとの差の割合を使用して修正（「平均化」）される。少し時間が経った後、プラスタに記憶されているテンプレートは、第２の要素（ＰＤＡ）に記憶されているテンプレートと大きく逸脱する可能性があり、したがって、ＰＤＡメモリを更新するためにテンプレートメモリはＰＤＡに定期的にアップロードされなければならない。
【００６８】
基地局に必要な機能は、純粋に、標準ハードウェアプラットホーム（たとえば、スマートフォンやＰＤＡ）上にあるソフトウェアアプリケーションとして実現されてもよい。新しい心拍形状を分類する計算的な負担が、電力と処理の利用可能度とが比較的高い基地局に転嫁されるので、デジタルプラスタで必要とされる処理負担が大幅に軽減され、基地局における消費電力の大幅な低減が達成される。
【００６９】
ユーザがたとえば回路にバッテリを接続することによって新しいデジタルプラスタを作動させたとき、プラスタは、基地局との双方向通信リンクを確立する。この段階では、プラスタのテンプレートメモリにテンプレートは記憶されておらず、したがってすべての検出された心拍は一致せず、通信リンクを介して基地局に送信される。基地局は、送信されたデータから、プラスタにテンプレートが記憶されていないことを判断する。基地局自体のメモリにあらゆるテンプレートがある場合は、そのテンプレートが以前のデジタルプラスタに使用されていたことを示し、基地局はテンプレートをダウンリンクでプラスタに直ちに送信する。次に、プラスタは、その後の心拍のテンプレート照合プロセスを続ける。基地局にテンプレートを記憶されていない場合は、新しいプラスタが始めて使用されたプラスタであることを示し、基地局は、受信した心拍を使用してテンプレート生成プロセスを開始する。そのテンプレートは、生成されるとすぐにデジタルプラスタに送信される。プラスタが受信するテンプレートが増えるほど一致が増え、心拍が基地局に送信される割合が低下することを理解されよう。［基地局は、作動されたときに、基地局のメモリからテンプレートを消去して、前に使用されていた基地局を新しい患者に提供できるようにするリセット機能を備えてもよい。］
【００７０】
本発明の範囲を逸脱することのなく以上説明した実施形態に様々な修正を行なうことができることを当業者は理解するであろう。たとえば、前述の実施形態は、心拍を検出し分類するためにＯＳＥＡモデルを利用しているが、他のモデルを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】公衆医療システムを概略的に示す図である。
【図２】図１のシステムの第１の要素またはデジタルプラスタを概略的に示す図である。
【図３】図２のデジタルプラスタのセンサインタフェースおよび前処理回路を示す図である。
【図４】図２のデジタルプラスタの機能ブロック図である。
【図５】図２のデジタルプラスタのＱＲＳ検出プロセスの機能構成要素を示す図である。
【図６】図５のプロセスのＱＲＳ検出アルゴリズムを示す流れ図である。
【図７】それぞれの心臓状態を示すいくつかのＲＲの傾向を示す図である。
【図８】ＱＲＳ検出段階を実施する極めて消費電力が少ない混合信号回路アーキテクチャを概略的に示す図である。
【図９】図８のアーキテクチャのロジックおよびタイミングを実現するアルゴリズムを示す流れ図である。
【図１０】図１のシステムの基地局で実施されるＯＳＥＡソフトウェアアーキテクチャを示す図である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、監視方法および装置に関し、詳細には電気的または生化学的な生理学的信号を監視するための方法および装置に関するが、必ずしもこれらに限定されない。
【０００２】
発明の背景
心電図すなわちＥＣＧは、患者の状態を監視し診断する手段を長い間提供してきた。従来、ＥＣＧは、２個以上の電極を患者の胸に取り付け、記録した信号にノイズを除去するフィルタ処理などの信号処理を実行し、処理した結果を記録することによって記録されてきた。心臓病の疑いのある患者の事例を検討してみると、症状を診断する１つの方法は、ＥＣＧデータをある期間（たとえば、数時間）継続的に記録し、記録したデータを医者が検討してあらゆる異常を識別することである。この方法は、データ収集システムが大きくなりやすく、したがって患者が処理の間同じ場所に留まっていなければならないため患者にとって不都合であり、かつ医者の側には時間がかかる。
【０００３】
そのような問題を克服するために、ＥＣＧデータを実質的に実時間で分析して、心拍が正常か異常かを分類し、異常心拍の出現およびタイプだけを記録する比較的高性能な信号処理技術が開発されてきた。連続信号ではなくイベントおよびタイプのデータだけを記録するだけでよく、データ記憶要求が大幅に軽減されるので、記録装置を携帯し更に装着することを可能にすることができ、医者には、診断を容易かつ迅速にする心拍イベントの単純な分類が提示される。
【０００４】
たとえば、ほぼトランプ１組サイズで、胸に装着された１対の電極に結合される装着可能なコンピュータ装置を提供することは既知である。コンピュータ装置は、記録した心拍をいくつかの記憶された「テンプレート心拍」と比較し、その結果を使用して記録した心拍を分類する。各テンプレートと一致する心拍はカウントし続けられる。どのテンプレートとも一致しない心拍は、将来分析するために記憶されてもよい。しかしながら、そのような一致しないテンプレートはごく希にしか現れないと予想されるため、データ記憶要求が極端に大きくなることはない。心拍分類プロセスは、集中的な計算が必要であり、したがって比較的大量の電力を消費する。一方、この所要電力は、一般的にコンピュータ装置内にあるバッテリによって提供されてもよい。
【０００５】
このタイプの携帯型監視システムは、患者が特定の場所に留まることを必要とするタイプのシステムよりもかなり優れているが、まだ比較的大型である。ユーザが監視システムを使い易くする１つの手法は、監視システムを２つの要素からなるシステムとして構成することであり、第１の比較的小さく装着可能な要素が、監視電極に結合され、監視したＥＣＧ信号を無線リンクによって第２のよりも大きいデータ処理装置（ポケットに入れて持ち運んでもよく、同じ区域内すなわち装着要素の有効範囲内のどこかに置かれてもよい）に送信する。しかしながら、ＥＣＧ信号の連続的な放送を可能にするのに必要な電力によって、装着可能な要素のサイズとバッテリ寿命との両方が制限される。更に、装着者が、データ処理装置の有効範囲から出るとデータが失われる。
【０００６】
類似の問題が、脳電図（ＥＥＧ）や血糖値などの他の生理学的「状態」を監視するシステムでも生じることを理解するであろう（生体センサなどの生体電気変換器を使用して生化学的パラメータを電気信号に変換する場合）。これらの問題の解決策は、工業プロセス制御などの非医学分野でも応用することができる。
【０００７】
発明の要約
本発明の目的は、既知の２つの要素からなる監視システムの欠点を克服するかまたは少なくとも緩和することである。本発明の目的は、極めて小さくかつユーザの身体に長期間装着することができる構成要素を有する２つの要素からなる監視システムを提供することである。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、状態を監視するための装置において、
第１の要素であって、
無線トランシーバと、
複数の信号セグメントテンプレートを記憶するメモリと、
電気信号を受信する入力と、
受信した電気信号を信号セグメントにセグメント化し、各セグメントが記憶されたテンプレートのうちの１つと一致するかどうかを判定し、トランシーバに照合操作の結果を無線リンクを介して送信させる処理手段とを含む第１の要素と、
第２の要素であって、
無線リンクを介して第１の要素から送信されたデータを受信する無線トランシーバと、
受信したデータまたは受信したデータを使用して生成された他のデータを記憶するメモリと、
信号セグメントテンプレートを生成または修正し、トランシーバに、生成したテンプレートまたは修正したテンプレートを第１の要素に送信させる処理手段とを含む第２の要素とを含むことを特徴とする装置が提供される。
【０００９】
第２の要素に送信された照合操作の結果は、一致テンプレートの識別を含むことが好ましい。データは、第１の要素で収集され記憶され、第２の要素に定期的に送信されてもよい。データは、テンプレート識別とそのような識別の出現数の形で送信されてもよい。更新されたテンプレートが、定義された間隔で第１の要素から第２の要素に送信されてもよい。
【００１０】
処理手段は、テンプレートが信号セグメントに一致しない場合に信号セグメントが第２の要素に送信されるように構成されることが好ましい。セグメントは、送信前に第１の要素のメモリに記憶されもよく、すぐに送信されてもよい。
【００１１】
処理手段は、テンプレート一致が見つかったときでも、信号セグメントの異常を分析し異常が検出された場合に信号セグメントを第２の要素に送信するように構成されてもよい。この場合も、セグメントは、後で送信するために記憶されてもよく、すぐに送信されてもよい。
【００１２】
第１の要素の処理手段は、後の分析で使用される一連の最近の信号セグメントをメモリに記録するように構成されてもよい。
【００１３】
第１の要素の処理手段は、第１の要素が通信有効範囲の外にあることを検出し、そのような場合に別の状況では第２の要素に送信されるデータを記憶するように構成されることが好ましい。処理手段は、第２の要素が有効範囲内に戻ったことを検出し、その後で記憶したデータを送信する。
【００１４】
第２の要素の処理手段は、第１の要素から送信された信号セグメントを受信し、それらのセグメントを使用して、第１の要素に送信するために信号セグメントテンプレートを生成または修正するように構成されることが好ましい。より好ましくは、テンプレートは、第２の要素のメモリに記憶される。
【００１５】
第２の要素の処理手段は、第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることが好ましい。第１の要素のメモリにテンプレートが記憶されていない場合に、第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートはすべて第１の要素に送信される。
【００１６】
装置は、哺乳類のＥＣＧの監視に適していることが好ましい。第１の要素は、ＥＣＧ信号を提供するために入力に結合された２つ以上の電極を備えてもよい。処理手段は、信号を個々の心拍にセグメント化するように構成される。セグメントは、隣接してもしなくてもよい。
【００１７】
第１の要素の処理手段は、ＥＣＧ信号のＲＲ間隔を決定するように構成されてもよい。ＲＲ間隔は、ＥＣＧセグメントの異常を検出するために使用されてもよくかつ／または第２の要素に送信されてもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、生理学的状態を監視するための装置において、
生理学的信号を受信し、処理手段、メモリおよび無線トランシーバを含む第１の身体装着要素であって、メモリが複数の信号セグメントテンプレートを記憶し、処理手段は、生理学的信号のセグメントを記憶されたテンプレートと比較し照合するように構成された第１の身体装着要素と、
無線トランシーバと処理手段とを含む第２の要素であって、処理手段は、信号セグメントテンプレートを生成しかつ／または修正し、第２の要素のトランシーバに、生成または修正されたテンプレートを第１の要素に送信させるように構成された第２の要素とを含むことを特徴とする装置が提供される。
【００１９】
本発明の第３の態様によれば、状態を監視する方法において、
第１の要素において、
状態を示す信号を受信し、
信号を連続した信号セグメントにセグメント化し、
各信号セグメントを１組の信号セグメントテンプレートの１つまたは複数と比較しあらゆる一致テンプレートを識別し、
一致テンプレートの識別を無線通信リンクを介して第２の要素に送信し、
第２の要素において、
受信したデータを記憶し、
新しい信号セグメントテンプレートまたは修正された信号セグメントテンプレートを生成し、信号セグメントテンプレートを無線通信リンクを介して第１の要素に送信し、
第１の要素において、
受信した新しいテンプレートまたは修正されたテンプレートを後で使用するために記憶することを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００２０】
方法は、信号セグメントのテンプレート一致が見つからない場合あるいは一致が見つかったが信号セグメントに異常が検出された場合に、第１の要素から第２の要素に信号セグメントを送信することを含むことが好ましい。
【００２１】
第１の要素は、一致テンプレートの識別と出現数とを収集し、その識別と出現数とを第２の要素に定期的に送信することが好ましい。第２の要素への送信を必要とする信号セグメントが定期的に収集され送信されてもよい。データは、第２の要素が有効範囲の外にあるか別の状況で第１の要素と通信できないときに第１の要素に記憶され、通信が再開できたときに第２の要素に送信されてもよい。
【００２２】
発明の特定の実施形態の詳細な説明
図１に、公衆医療システムの１つの構成要素である２つの要素からなるＥＣＧ監視システムが示されている。本明細書において「デジタルプラスタ（digital plaster）」と呼ばれる第１の要素１は、外傷や他の小さい傷を覆うための従来のプラスタと類似している。デジタルプラスタ１は、ユーザが自分の皮膚にプラスタを貼り付けることを可能にする接着剤を片面に備える。後で詳しく説明するように、プラスタは、それぞれの電極３ａ，３ｂに結合してＥＣＧ信号を受信する入力２ａ，２ｂと、信号処理手段と、無線リンクを介して第２の要素すなわち「基地局」４と通信するトランシーバとを含む。電極は、プラスタ１に組み込まれることが好ましいが、プラスタと分離され適切なリードによって結合されてもよい。デジタルプラスタは、適切なバッテリ（たとえば、１Ｖ亜鉛空気電池）によって電力供給される。将来、技術の進歩によって、たとえば生体電気電池の使用や身体の電磁場の使用によってプラスタを自己動力化することができる可能性がある。
【００２３】
基地局４は、特別設計されて構築されたモジュールでもよく、または専用ソフトウェアが動作する汎用ハードウェア（たとえば、ＰＤＡやスマートフォン）でもよい。いずれの場合も、基地局４の役割は、プラスタ１から送信されたＥＣＧデータを記録し処理しかつデジタルプラスタ１の動作を設定するために、無線リンクによってプラスタ１と通信することである。基地局４は、ポケットやハンドバックに入れて運んだりベルトに装着したりするのに適していなければならないが、システムの設計は、システムの必要な動作に大きな影響を及ぼすことなく無線リンクの有効範囲外に長期間置いたままにできるようなものである。
【００２４】
図１は、また、中央データベース５の形の第３のシステム構成要素３を示す。基地局４は、たとえば携帯電話ネットワークを介して中央データベース５と定期的に通信して、記録したＥＣＧデータをデータベースに転送することができる。この動作により、医者や他の医療スタッフは、記録されたデータをリモートで閲覧することができる。そのような中央データベースは、何千もの個別の監視システムを管理する場合がある。中央データベースと個々の監視システムとの間で通信する手順は、中央データベースでデータを収集し分析する手順として容易に明らかになり、したがってここでは詳しく説明されない。
【００２５】
図２は、デジタルプラスタ１の「アーキテクチャ」を機能的観点で示す。３つの大きな処理ブロックを識別することができる。
【００２６】
センサインタフェースおよび処理６
電極３ａ，３ｂから受信したセンサ信号は、信号処理ブロックに適した形になるようにあらかじめ調整される（すなわち、たとえば増幅されフィルタリングされる）。これは、図３に概略的に示したアナログ回路を使用して実行される。この図で用語は次のとおりである。
【００２７】
ＦＩＬ１：パッシブ高域フィルタ（コーナー周波数約０．５Ｈｚ）。
ＦＩＬ２：実際のＥＣＧ信号よりもかなり高いレベルの電源ノイズ（５０／６０Ｈｚ）を除去するノッチフィルタ。
【００２８】
ＰＲＥＡＭＰ（前置増幅器）：低レベルＥＣＧ信号は、５０〜１００（標準）の適切な利得だけ増幅される。
【００２９】
ＦＩＬ３：このパッシブ低域フィルタは、実際には、後のスイッチドキャパシタフィルタ段ＦＩＬ４のアンチエイリアスフィルタである。実際には、ＦＩＬ３の極は、ＰＲＥＡＭＰに組み込まれ、実質的にこの前置増幅器の帯域幅（５００Ｈｚ）である。
【００３０】
ＦＩＬ４：ＥＣＧ信号を関心のある周波数に制限しかつ高周波ノイズを除去する低域フィルタ。カットオフ周波数は、たとえば１００〜２００〜３００Ｈｚのうちの１つに設定できる。これは、チップ面積を最小にしかつ低電源電圧での信号処理効率を最大にするスイッチドキャパシタ設計になる。
【００３１】
ＶＧＡ：後のデータ処理段に入力される信号レベルが実質的に一定になるように可変利得の最終段が必要な場合がある。
【００３２】
ローカル信号処理およびデータ抽出ブロックは、ローカル信号処理を実行してＥＣＧ波形を分析し、後で詳しく説明するあらかじめ定義された１組の検出規則により現在の心拍が正常に分類されるか不整脈に分類されるかを検出する。
【００３３】
ＲＦトランシーバ７
この機能ブロックは、デジタルプラスタ１と基地局４との間の通信を可能にする。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）、ＵＷＢ、および独自プロトコルを含む任意の適切な通信プロトコルを使用してデータを送信することができる。デジタルプラスタ１から基地局４にセンサ状態情報、ＥＣＧサマリデータ（すなわち、テンプレート照合結果）または完全ＥＣＧ波形を送信することができ、一方基地局４からデジタルプラスタ１に構成パラメータと制御パラメータとを返すことができる。そのような制御パラメータは、ユーザの不整脈検出設定を変更したり、デジタルプラスタの動作をローカル処理モードからトランスペアレントモードに変更したり、状態情報（たとえば、バッテリ寿命）を要求したりすることができる。
【００３４】
コントローラ８
デジタルコントローラ８は、様々な制御機能、構成機能およびタイミング機能を実行し、基地局４からコマンドを受信したときにプラスタ動作を更新する。また、制御ブロック８は、ＥＣＧ波形の短いセグメント（たとえば、現在処理している心拍の１５秒前）と、ＥＣＧ波形を分析し分類するためのユーザ固有のパラメータとを記憶するローカルメモリ（ＲＡＭ）を含む。
【００３５】
センサインタフェースおよび処理ブロック６のローカル信号処理およびデータ抽出機能を更に詳しく検討すると、この機能は、Open Source ECG Analysis (OSEA) model, P.S. Hamilton, 'Open Source ECG Analysis Software (OSEA) Documentation' www.eplimited.comに実質的に依存する。図４は、このモデルを極めて一般的な観点で示しており、主要なステップは次のとおりである。
【００３６】
心拍検出
最初に、受信したＥＣＧ信号を分析して、心拍が存在することを判断する。詳細には、これにより、心拍のＱＲＳコンプレックスが存在することが判断される。図５は、ＯＳＥＡモデル内でＱＲＳ検出を実現するために必要な基本機能を示す。フィルタリングに続いて、所定の時間ウィンドウにわたって信号の絶対値が平均される。平均化ウィンドウは、大雑把に一般的なＱＲＳコンプレックスの幅になるように選択される。ウィンドウを１５０ｍｓよりも小さく設定すると最もよい結果が得られる。ＬＰＦカットオフは約１６Ｈｚであり、ＨＰＦカットオフは約８Ｈｚである。ＬＰＦ、ＨＰＦおよび微分の組み合わせにより、大雑把にＱＲＳコンプレックスのほとんどのエネルギを含む帯域幅である５〜１１Ｈｚの通過帯域の帯域フィルタが作成される。
【００３７】
移動平均を実行した後、信号は、ＱＲＳコンプレックスが生じるたびに「塊（lump）」を有効に生成する。Ｔ波も塊を生成する場合があるが、Ｔ波は、一般的にＱＲＳコンプレックスによるものよりも小さい。ピーク検出器は「塊」の位置を見つけ、検出後、ピークは、ＱＲＳコンプレックスまたはノイズとして分類されるか、後で分類するために保存される。検出アルゴリズムは、図６に示したアルゴリズムの後で、ピーク高さ、ピーク位置および最大微分を使用してピークを分類する。
【００３８】
図６のアルゴリズムは、ピークをＱＲＳコンプレックスまたはノイズとして分類できるように検出しきい値を計算する必要がある。ピークがＱＲＳとして分類されるたびに、そのピークは、８つの最新のＱＲＳピークを含むバッファに追加され、ＲＲ間隔（RR interval）が、８つの最新のＲＲ間隔を含むバッファに追加される。ピークがノイズとして分類されるたびに、そのピークは、８つの最新ノイズピークを含むバッファに追加される。検出しきい値（ＤＥＴ＿ＴＨ）は、次の式にしたがってノイズピークの平均または中央値とＱＲＳピークバッファ値との間に設定される。
ＤＥＴ＿ＴＨ＝ｎＡＶＧ＋ＴＨ＊（ｑＡＶＧ−ｎＡＶＧ）
【００３９】
ここで、ｎＡＶＧとｑＡＶＧとはそれぞれ、最新８つのノイズとＱＲＳピーク値との平均であり、ＴＨはしきい値係数である。これらの各値の平均を、平均または中央値として計算することができる。ＱＲＳピーク、ノイズピークおよびＲＲ間隔の平均を計算することにより、計算が簡単になり、実際にＱＲＳ検出器性能が改善される。しかしながら、ＱＲＳピークとノイズピークとの中央値を計算することにより、ＱＲＳ検出器が心拍分類アルゴリズムと組み合わされたときに性能が改善されることが分かっている。したがって、平均化関数（すなわち、平均または中央値）を選択できることが望ましい場合がある。
【００４０】
開始時に、検出された最初の８つのピークがＱＲＳピークとして分類され、ノイズピークバッファがゼロに設定される。８つの最新ＲＲ間隔は１秒に設定される。更に、８秒間ピークが検出されない場合、検出しきい値は、前述のように再び初期化される。これは、一連の大きい心室心拍が、その後の正常な小さい振幅の心拍が無視されるほど検出しきい値を高める可能性が（極めて希に）あるからである。
【００４１】
心拍（すなわち、ＱＲＳコンプレックス）が検出されると、アルゴリズムは、また、ＱＲＳコンプレックスを検出してから新しいサンプルが生じた数を示し、すなわちＲ波の時間と場所とを示す。これは、図６に示した心拍検出アルゴリズムが変化する検出遅延を有するので必要である。図６を参照すると、ステップ７でＱＲＳピークを検出した場合、検出遅延は、およそフィルタ遅延、移動ウィンドウ積分幅（moving window integration width）、およびステップ４で確認するのに必要な２００ｍｓの遅延の和になる。総検出遅延は一般的に３９５ｍｓになる。しかしながら、ステップ１１でＱＲＳコンプレックスを検出した場合（サーチバック検出とも呼ばれる）、全体の遅延は、この遅延と平均ＲＲ間隔の半分とを加えたものになり、これは１秒程度にもなることがある。単純に心拍数を報告する装着可能な監視用途では、この変化する検出遅延は大きな問題にはならない。しかしながら、用途によっては、比較的長い変化する遅延が問題になる可能性がある。たとえば患者の監視において、目視で確認できる心拍の表示は、手首で感じる脈とよく一致しなければならない（一般的に、検出遅延２５０ｍｓ以内）。
【００４２】
１つの選択肢は、アルゴリズムのサーチバック部分をディスエーブルし、サーチバックから検出された決定を単純に報告しないことである。これにより、検出遅延は約３９５ｍｓに固定される。サーチバック検出を無視し（かつ、検出しきい値ＴＨを適切に調整し）ても、ＱＲＳ検出感度は９９．７％にかなり近い。残りの遅延のほとんどは、各ピーク検出後にＱＲＳ不応期内にもっと大きいピークが生じるかどうかを調べるためにアルゴリズムが２００ｍｓ待つことにより起こる。より単純な選択肢は、ピーク検出後に２００ｍｓのブランキング期間を設定することであり、これにより検出遅延は１９５ｍｓに固定される。しかしながら、この選択肢では、大きなＰ波をＱＲＳコンプレックスとして検出する可能性があるので感度が低下し、その後のＱＲＳコンプレックスは、２００ｍｓのブランキング期間の間に生じるので無視される。
【００４３】
想定された用途の場合、変化する検出遅延は大きな問題と見なされず、したがってフルアルゴリズムを使用することが提案される。短い検出遅延が必要な場合は、このフルアルゴリズムを使用して単純なショット遅延検出方式のしきい値を設定することができる。フルアルゴリズムバージョンか短い遅延バージョンかの選択はプログラム可能である。
【００４４】
心拍検出ブロックは、Ｒ波の時点（time point）を示す（Ｒ波の位置は、「基準点（fiducial point）」としても知られる）。
【００４５】
リズム検査
このブロックは、心拍検出ブロックからＲ波の時点を受信する。現在の心拍のＲＲ間隔を前のＲＲ心拍間隔と比較して現在のリズムを決定する。リズム検査は、NORMAL（正常）、PVC（早過ぎ）またはUNKNOWN（不明）の分類を返す。結果は、照合規則ブロックに渡される（下記参照）。
【００４６】
テンプレートメモリ
いくつかの心拍テンプレートがテンプレートメモリに記憶される。これらのテンプレートは、基地局４によってプラスタ１に渡される。
【００４７】
テンプレート照合
テンプレート照合ブロックは、心拍検出ブロックからＲ波の時点ならびにあらかじめ条件付けされたＥＣＧ信号を受信する。現在の心拍の形状が、テンプレートメモリに記憶されたテンプレートの１つまたは複数と（たとえば、相関プロセスを使用して）比較され、記憶されているテンプレートのうち現在の心拍に最も似ているテンプレートが決定される（もしある場合）。心拍の形状が、記憶されているテンプレートのうちの１つに充分に近い場合は、テンプレートＩＤが記録され、現在の心拍が、記憶されているテンプレートに「平均化」される。
【００４８】
支配的心拍モニタ
最新の１８０の心拍のテンプレート番号、リズムおよび特徴を監視して支配的心拍タイプを決定する。照合プロセスを促進しそれにより消費電力を減少させるために、支配的心拍タイプを使用してテンプレート照合中にテンプレートメモリからテンプレートを選択する順序を決定する。
【００４９】
照合規則
照合規則は、テンプレート照合操作を実行しなければならないときを決定するための１組の規則を定義する。照合規則は、リズム検査ブロックのＲＲ間隔出力に適用され、
ａ）平均心拍数が正常範囲内にあるとき
ｂ）平均心拍数が所定のしきい値よりも低いとき（徐脈）
ｃ）平均心拍数が所定のしきい値よりも高いとき（頻脈）
ｄ）心拍が早すぎるとき（期外収縮すなわちＰＶＣ）
ｅ）心拍が欠損するとき
ｆ）心拍数が無秩序であるとき（細動）を検出する（図７参照）。状態ａ）〜ｅ）が観察された場合、ＱＲＳ波形（または、基準点に対する時間で参照された信号セクション）は、心臓の病状に関する予備情報を提供するためにテンプレートメモリ内の各テンプレートと照合される。状態ａ）の場合は、心拍が正常であると仮定されるので警告は出されない。状態ｂ）〜ｅ）の場合は、テンプレート照合操作が開始されるだけでなく、警告状態が開始される場合がある。状態ｆ）の場合は、テンプレート照合操作を必要とせずに警告状態が開始される。警告状態は基地局に送信される。
【００５０】
状態ａ）〜ｅ）の場合、テンプレート一致が見つかった場合は、テンプレートＩＤは、後で基地局に送信するためにメモリに記憶される。後で送信するためにＲＲ間隔も記憶されることがある。通常、保存したデータブロックを基地局に送信する前に、データが、事前に定義された期間（たとえば、３０秒）プラスタのメモリに収集されるのがよい。
【００５１】
一方、現在の心拍にテンプレート一致が見つからなかった場合、または状態ｆ）の場合は、この結果を作成したあらかじめ条件付けされたＥＣＧデータは、すぐに基地局に送信されるか、後で送信するために「生」のデータメモリに記憶される。プラスタのメモリに記憶することができる心拍の数は、メモリのサイズによって制限される。履歴データの最近のセグメントをプラスタのメモリに記憶することが望ましいことがある（たとえば、最新３０個の心拍）。これは、現在の心拍で検出された異常を分析するときに役立つ場合があり、要求に応じて基地局にアップロードされてもよい。
【００５２】
以上の考察は、デジタルプラスタ内のＯＳＥＡモデルの実施形態を概略的に考察した。次に、極めて消費電力が少ないデジタルプラスタの実施形態を詳細に考察する。最初に、ＱＲＳ検出段階を考察し、その後で心拍分類段階を考察する。
【００５３】
ＱＲＳ検出、帯域フィルタリング、ピーク検出およびしきい値化に必要な主要なステップは、混合信号ハードウェアで直接実現されてもよい。図８は、必要な機能を実現する混合信号回路アーキテクチャを示す。ピーク検出としきい値化とはアナログ領域で実行され、タイミングを調整し基本決定規則を実施するためにデジタル論理回路が使用される。この回路は、実質的に図５に示したものと全く同じアルゴリズムを正確に実現するが、ここでは、ソフトウェアによってではなく低消費電力混合信号ハードウェアを使用して実現されている。
【００５４】
図８を参照すると、点線内の回路部分はデジタルであり、他のすべてのブロックはアナログである。入力ＥＣＧ信号は、帯域フィルタリングされ、絶対値（大きさ）がとられ、次に実質的に平均化を実行する低域フィルタに通される。このフィルタリングされた信号は、ピーク検出器に送信され、ピーク検出器の出力は、２（または、選択可能な他のあらゆる適切な係数）で割られ、ポイントＣのこの「ハーフピーク」が、ポイントＡのフィルタリングされた信号と比較される。したがって、ＣＯＭＰ１の出力（ポイントＤ）は、ポイントＡの信号がポイントＣの信号よりも小さくなるとき、すなわちフィルタリングした信号の大きさが現在のピーク値の半分よりも小さくなったときにハイになる。ポイントＤの信号がハイになると、ピークが見つかったことを示し、この信号は、ＣＯＭＰ２のイネーブルとしてはたらく。ＣＯＭＰ２は、このピーク値が現在のしきい値（ポイントＦ）よりも高いか低いかを調べ、ピークがしきい値よりも高い場合、ＣＯＭＰ２の出力（図８のポイントＧ）はハイになる。
【００５５】
ポイントＤがハイになると、ピークが検出されたことを示し、ロジックおよびタイミングブロックは、以下の一連のイベントを実行する。
【００５６】
・ロジックおよびタイミングブロックは、ＡＤＣに現在のピーク値を変換させラッチさせる。これはＰＥＡＫ［Ｎ］として記憶される。Ｇの対応する値もＧ［Ｎ］として記憶される。このピークと最後のピークとの間の時間がＲＲ［Ｎ］として記憶される。
【００５７】
・ロジックおよびタイミングブロックは、前のピーク値（ＰＥＡＫ［Ｎ−１］）が２００ｍｓよりも前に生じたかどうか、すなわちＲＲ［Ｎ］＜２００ｍｓかどうかを調べる。前のピークが最近２００ｍｓ以内にあった場合、前のピーク振幅は、このピークよりも大きくなければならず（または、前のピークは［Ｎ−１］番目サイクル中に破棄される）、したがってこのピークは破棄される。ピーク検出器がリセットされ、新しいピークの探索が継続される。
【００５８】
・前のピークが最近２００ｍｓ以内に生じなかった場合（すなわち、ＲＲ［Ｎ］＞２００ｍｓ）、ロジックおよびタイミングブロックは、ピーク検出器とピーク間隔カウンタとをリセットし、次の（［Ｎ＋１］番目）ピークが次の２００ｍｓ以内に生じるかどうかを調べるために待つ。
【００５９】
・新しいピークが次の２００ｍｓ以内に生じた場合、ＡＤＣは、このピーク値を変換しＰＥＡＫ［Ｎ＋１］としてラッチするように指示される。Ｇ［Ｎ＋１］とＲＲ［Ｎ＋１］との対応する値も記憶される。
【００６０】
・ロジックブロックは、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］＞ＰＥＡＫ［Ｎ］かどうかを調べる。この場合、ＰＥＡＫ［Ｎ］（およびＧ［Ｎ］）は破棄され、これらの値はＰＥＡＫ［Ｎ＋１］とＧ［Ｎ＋１］とで置き換えられる。次にＲＲ［Ｎ］がＲＲ［Ｎ］＋ＲＲ［Ｎ＋１］に設定される。しかしながら、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］＜ＰＥＡＫ［Ｎ］の場合は、ＰＥＡＫ［Ｎ＋１］、Ｇ［Ｎ＋１］およびＲＲ［Ｎ＋１］が破棄される。
【００６１】
・ＰＥＡＫ［Ｎ］の現在の値が決定されたとき、ロジックおよびタイミングブロックは、Ｇ［Ｎ］の対応する値がハイかローかを確認し、ハイの場合は、ＰＥＡＫ［Ｎ］はＱＲＳパルスとして分類され、ＰＥＡＫ［Ｎ］は値がＱＲＳバッファに追加される。Ｇ［Ｎ］がローの場合、ＰＥＡＫ［Ｎ］はノイズとして分類され、ＰＥＡＫ［Ｎ］がノイズバッファに追加される。
【００６２】
・ロジックおよびタイミングブロックは、ＣＯＭＰ２にアナログしきい電圧Ｆを供給するためにＤＡＣに送信されるしきい値ワードＥを更新する。次に、ピーク間隔カウンタとピーク検出器とがリセットされ、新しい（［Ｎ＋１］番目）ピークの探索が始まる。
【００６３】
図９に、この決定プロセスを示す。
ＯＳＥＡソフトウェアを再検討すると、（図４に示したような）心拍分類アルゴリズムの最も重要な部分は、リズム検査ルーチンとテンプレート照合ルーチンとである。実際には、現在の心拍が、以前に分類されたテンプレート形状とよく一致する場合、現在の心拍は単純にテンプレートの分類となる。テンプレートと一致しない心拍を分類し易くするため、あるいはまだ分類されたことがないテンプレートの心拍形状には、特徴抽出規則とより複雑な分類規則とが使用される。
【００６４】
ここで述べるシステムは、新しい心拍形状を検出し分類する負担を基地局に転嫁する。したがって、デジタルプラスタは、リズム検査（単純なデジタルロジック）とテンプレート照合とを実行するだけでよい。心拍がいずれのテンプレートとも一致しない場合、またはＲＲ間隔により警告状態になりテンプレート照合の必要がなくなる場合は、完全なＥＣＧ波形が、更に特徴抽出と分類とのために二次ユニットに渡される。新しい心拍テンプレート形状が二次ユニットによって学習され分類された後、その心拍テンプレート形状はデジタルプラスタに戻される。
【００６５】
デジタルプラスタに提供されるメモリは、基地局と通信することなくデータ（テンプレートＩＤ、ＲＲ間隔、および不定期のＥＣＧセグメント）を長期間記録できるほどの大きさである。これは、基地局が有効範囲の外にあることをデジタルプラスタが検出するとき必要なことがある。後で基地局が有効範囲内に戻ったとき、記憶されているデータが基地局にアップロードされ、デジタルプラスタのメモリが消去される。そのような時間中に新しいテンプレートを生成してデジタルプラスタに送信することができない間、監視操作の品質に対する全体的影響は小さくなる可能性が高い。
【００６６】
図４を再び参照すると、基地局４（この例ではＰＤＡ）の機能的アーキテクチャが示されている。ＰＤＡは、心拍の特徴を決定する方法を実施する。ＯＳＥＡソフトウェアは、その１つの例であるが、様々なベンダが自社の分析ソフトウェアを実施して商業的利点を提供することができる。図１０にＯＳＥＡソフトウェアの流れを示す。分析モードでないとき、ＰＤＡは、イベントが生じた場合に心臓病学者がより詳しい履歴を使用できるように心拍およびテンプレート情報のデータだけを記憶する。ＥＣＧ分析の必要を示すアラーム状態を受信したとき、現在のデータと履歴データとを含む入力ＥＣＧデータを使用してソフトウェアルーチン全体がイネーブルされる。基地局は、一致テンプレートＩＤの履歴を記録するためのブロックだけでなく、デジタルプラスタから受信したあらかじめ条件付けされたＥＣＧデータを分析するためのブロックを含む。より詳細には、基地局は、特徴抽出、心拍分類およびテンプレート生成のためのブロックを含む。これらのブロックは、テンプレート生成のためにＯＳＥＡモデルの機能を実施する。基地局４によって新しいテンプレートが生成されるたびに、そのテンプレートは、ダウンリンクチャネルを介してデジタルプラスタに送信され、そこでテンプレートメモリに記憶される。
【００６７】
前述のように、時間と共に変化する心拍の特徴を補正するために、決定されたテンプレートは、現在の心拍と一致心拍テンプレートとの差の割合を使用して修正（「平均化」）される。少し時間が経った後、プラスタに記憶されているテンプレートは、第２の要素（ＰＤＡ）に記憶されているテンプレートと大きく逸脱する可能性があり、したがって、ＰＤＡメモリを更新するためにテンプレートメモリはＰＤＡに定期的にアップロードされなければならない。
【００６８】
基地局に必要な機能は、純粋に、標準ハードウェアプラットホーム（たとえば、スマートフォンやＰＤＡ）上にあるソフトウェアアプリケーションとして実現されてもよい。新しい心拍形状を分類する計算的な負担が、電力と処理の利用可能度とが比較的高い基地局に転嫁されるので、デジタルプラスタで必要とされる処理負担が大幅に軽減され、基地局における消費電力の大幅な低減が達成される。
【００６９】
ユーザがたとえば回路にバッテリを接続することによって新しいデジタルプラスタを作動させたとき、プラスタは、基地局との双方向通信リンクを確立する。この段階では、プラスタのテンプレートメモリにテンプレートは記憶されておらず、したがってすべての検出された心拍は一致せず、通信リンクを介して基地局に送信される。基地局は、送信されたデータから、プラスタにテンプレートが記憶されていないことを判断する。基地局自体のメモリにあらゆるテンプレートがある場合は、そのテンプレートが以前のデジタルプラスタに使用されていたことを示し、基地局はテンプレートをダウンリンクでプラスタに直ちに送信する。次に、プラスタは、その後の心拍のテンプレート照合プロセスを続ける。基地局にテンプレートを記憶されていない場合は、新しいプラスタが始めて使用されたプラスタであることを示し、基地局は、受信した心拍を使用してテンプレート生成プロセスを開始する。そのテンプレートは、生成されるとすぐにデジタルプラスタに送信される。プラスタが受信するテンプレートが増えるほど一致が増え、心拍が基地局に送信される割合が低下することを理解されよう。［基地局は、作動されたときに、基地局のメモリからテンプレートを消去して、前に使用されていた基地局を新しい患者に提供できるようにするリセット機能を備えてもよい。］
【００７０】
本発明の範囲を逸脱することのなく以上説明した実施形態に様々な修正を行なうことができることを当業者は理解するであろう。たとえば、前述の実施形態は、心拍を検出し分類するためにＯＳＥＡモデルを利用しているが、他のモデルを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】公衆医療システムを概略的に示す図である。
【図２】図１のシステムの第１の要素またはデジタルプラスタを概略的に示す図である。
【図３】図２のデジタルプラスタのセンサインタフェースおよび前処理回路を示す図である。
【図４】図２のデジタルプラスタの機能ブロック図である。
【図５】図２のデジタルプラスタのＱＲＳ検出プロセスの機能構成要素を示す図である。
【図６】図５のプロセスのＱＲＳ検出アルゴリズムを示す流れ図である。
【図７】それぞれの心臓状態を示すいくつかのＲＲの傾向を示す図である。
【図８】ＱＲＳ検出段階を実施する極めて消費電力が少ない混合信号回路アーキテクチャを概略的に示す図である。
【図９】図８のアーキテクチャのロジックおよびタイミングを実現するアルゴリズムを示す流れ図である。
【図１０】図１のシステムの基地局で実施されるＯＳＥＡソフトウェアアーキテクチャを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
状態を監視するための装置において、
第１の要素であって、
無線トランシーバと、
複数の信号セグメントテンプレートを記憶するメモリと、
電気信号を受信する入力と、
受信した電気信号を信号セグメントにセグメント化し、各セグメントが記憶されたテンプレートのうちの１つと一致するかどうか判定し、トランシーバに、照合操作の結果を無線リンクを介して送信させる処理手段とを含む第１の要素と、
第２の要素であって、
無線リンクを介して第１の要素から送信されたデータを受信する無線トランシーバと、
受信したデータまたは受信したデータを使用して生成された他のデータを記憶するメモリと、
信号セグメントテンプレートを生成または修正し、トランシーバに、生成または修正したテンプレートを第１の要素へ送信させる処理手段とを含む第２の要素とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
第１の要素の処理手段は、一致テンプレートの識別と出現数を第２の要素に送信することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
処理手段は、データを収集し第１の要素のメモリに記憶し、かつ第１の要素のトランシーバに、収集したデータを第２の要素に定期的に送信させるように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１の要素の処理手段は、テンプレートが信号セグメントと一致していない場合に信号セグメントが第２の要素に送信されるように構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
第１の要素の処理手段は、テンプレート一致が見つかった場合でも、信号セグメントの異常を分析し、異常が検出された場合に信号セグメントを第２の要素に送信するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第１の要素の処理手段は、一連の最新信号セグメントを後の分析で使用するために第１の要素のメモリに記録するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
第１の要素の処理手段は、第１の要素が通信有効範囲の外にあるか他の状況で通信できないことを検出し、そのような場合に、他の状況では第２の要素に送信されるデータを記憶し、第２の要素が再び通信できるようになったことを検出した後で記憶したデータを送信するように構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
第２の要素の処理手段は、第１の要素から送信された信号セグメントを受信し、該セグメントを使用して第１の要素に送信する信号セグメントテンプレートを生成または修正するように構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
第２の要素の処理手段は、生成または修正したテンプレートを第２の要素のメモリに記憶させ、第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
第１の要素の処理手段は、第１の要素に記憶されたテンプレートを、受信した信号に応じて修正し、第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
信号セグメントは単一心拍を含む、哺乳類のＥＣＧを監視するための、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
第１の要素は、ＥＣＧ信号を提供するために入力に結合された２個以上の電極を有することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第１の要素の処理手段は、ＥＣＧ信号のＲＲ間隔を決定するために配置されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
第１の要素の処理手段は、ＲＲ間隔を使用してＥＣＧセグメントの異常を検出することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第１の要素は、使用中に皮膚と接触して配置されるように構成され、第２の要素は、身体に装着可能な要素であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
生理学的状態を監視する装置において、
生理学的信号を受信し、処理手段、メモリおよび無線トランシーバを含む第１の身体装着要素であって、メモリが、複数の信号セグメントテンプレートを記憶し、処理手段が、生理学的信号セグメントを記憶されたテンプレートと比較し照合するように構成された第１の身体装着要素と、
無線トランシーバと処理手段とを含む第２の要素であって、処理手段は、信号セグメントテンプレートを生成しかつ／または修正し、第２の要素のトランシーバに、生成され修正されたテンプレートを第１の要素へ送信させるように構成された第２の要素とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１７】
状態を監視する方法において、
第１の要素において、
状態を示す信号を受信し、
信号を連続する信号セグメントにセグメント化し、
各信号セグメントを１組の信号セグメントテンプレートの１つまたは複数と比較し一致テンプレートを識別し、
一致テンプレートの識別を無線通信リンクを介して第２の要素に送信し、
第２の要素において、
受信したデータまたは受信したデータから生成したデータを記憶し、
新しい信号セグメントテンプレートまたは修正した信号セグメントテンプレートを生成し、信号セグメントテンプレートを無線通信リンクを介して第１の要素に送信し、
第１の要素において、
受信した新しいテンプレートまたは修正されたテンプレートを後で使用するために記憶することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
信号セグメントのテンプレート一致が見つからない場合および／または信号セグメントに異常が検出された場合に信号セグメントを第１の要素から第２の要素に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１の要素で、一致テンプレートの識別および出現数を収集し、識別と出現数とを第２の要素に定期的に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
第２の要素が有効範囲の外にあるときあるいは別の状況で第１の要素と通信できないときにデータを第１の要素に記憶し、記憶したデータを通信が再開できるようになったときに第２の要素に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１】
状態を監視するための装置において、
第１の要素であって、
無線トランシーバと、
複数の信号セグメントテンプレートを記憶するメモリと、
電気信号を受信する入力と、
受信した電気信号を信号セグメントにセグメント化し、各セグメントが記憶されたテンプレートのうちの１つと一致するかどうか判定し、トランシーバに、照合操作の結果を無線リンクを介して送信させる処理手段とを含む第１の要素と、
第２の要素であって、
無線リンクを介して第１の要素から送信されたデータを受信する無線トランシーバと、
受信したデータまたは受信したデータを使用して生成された他のデータを記憶するメモリと、
信号セグメントテンプレートを生成または修正し、トランシーバに、生成または修正したテンプレートを第１の要素へ送信させる処理手段とを含む第２の要素とを含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
第１の要素の処理手段は、一致テンプレートの識別と出現数を第２の要素に送信することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
処理手段は、データを収集し第１の要素のメモリに記憶し、かつ第１の要素のトランシーバに、収集したデータを第２の要素に定期的に送信させるように構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
第１の要素の処理手段は、テンプレートが信号セグメントと一致していない場合に信号セグメントが第２の要素に送信されるように構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
第１の要素の処理手段は、テンプレート一致が見つかった場合でも、信号セグメントの異常を分析し、異常が検出された場合に信号セグメントを第２の要素に送信するように構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第１の要素の処理手段は、一連の最新信号セグメントを後の分析で使用するために第１の要素のメモリに記録するように構成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
第１の要素の処理手段は、第１の要素が通信有効範囲の外にあるか他の状況で通信できないことを検出し、そのような場合に、他の状況では第２の要素に送信されるデータを記憶し、第２の要素が再び通信できるようになったことを検出した後で記憶したデータを送信するように構成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
第２の要素の処理手段は、第１の要素から送信された信号セグメントを受信し、該セグメントを使用して第１の要素に送信する信号セグメントテンプレートを生成または修正するように構成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
第２の要素の処理手段は、生成または修正したテンプレートを第２の要素のメモリに記憶させ、第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
第１の要素の処理手段は、第１の要素に記憶されたテンプレートを、受信した信号に応じて修正し、第１の要素のメモリに記憶されたテンプレートを第２の要素のメモリに記憶されたテンプレートと同期させるように構成されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
信号セグメントは単一心拍を含む、哺乳類のＥＣＧを監視するための、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
第１の要素は、ＥＣＧ信号を提供するために入力に結合された２個以上の電極を有することを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第１の要素の処理手段は、ＥＣＧ信号のＲＲ間隔を決定するために配置されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
第１の要素の処理手段は、ＲＲ間隔を使用してＥＣＧセグメントの異常を検出することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
第１の要素は、使用中に皮膚と接触して配置されるように構成され、第２の要素は、身体に装着可能な要素であることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
生理学的状態を監視する装置において、
生理学的信号を受信し、処理手段、メモリおよび無線トランシーバを含む第１の身体装着要素であって、メモリが、複数の信号セグメントテンプレートを記憶し、処理手段が、生理学的信号セグメントを記憶されたテンプレートと比較し照合するように構成された第１の身体装着要素と、
無線トランシーバと処理手段とを含む第２の要素であって、処理手段は、信号セグメントテンプレートを生成しかつ／または修正し、第２の要素のトランシーバに、生成され修正されたテンプレートを第１の要素へ送信させるように構成された第２の要素とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１７】
状態を監視する方法において、
第１の要素において、
状態を示す信号を受信し、
信号を連続する信号セグメントにセグメント化し、
各信号セグメントを１組の信号セグメントテンプレートの１つまたは複数と比較し一致テンプレートを識別し、
一致テンプレートの識別を無線通信リンクを介して第２の要素に送信し、
第２の要素において、
受信したデータまたは受信したデータから生成したデータを記憶し、
新しい信号セグメントテンプレートまたは修正した信号セグメントテンプレートを生成し、信号セグメントテンプレートを無線通信リンクを介して第１の要素に送信し、
第１の要素において、
受信した新しいテンプレートまたは修正されたテンプレートを後で使用するために記憶することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
信号セグメントのテンプレート一致が見つからない場合および／または信号セグメントに異常が検出された場合に信号セグメントを第１の要素から第２の要素に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１の要素で、一致テンプレートの識別および出現数を収集し、識別と出現数とを第２の要素に定期的に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
第２の要素が有効範囲の外にあるときあるいは別の状況で第１の要素と通信できないときにデータを第１の要素に記憶し、記憶したデータを通信が再開できるようになったときに第２の要素に送信することを含むことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００９−５０９６０７（Ｐ２００９−５０９６０７Ａ）
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３２８８１（Ｐ２００８−５３２８８１）
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００６／０５０２７８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０３６７４８
【国際公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（５０８０９２０５９）トゥーマズ テクノロジー リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｏｕｍａｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｓｕｉｔｅ Ｆ，Ｃｅｎｔｕｒｉｏｎ Ｃｏｕｒｔ，８５ Ｍｉｌｔｏｎ Ｐａｒｋ，Ａｂｉｎｇｄｏｎ，Ｏｘｏｎ Ｏｘｆｏｒｄｓｈｉｒｅ，Ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月６日（２００６．９．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００６／０５０２７８
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０３６７４８
【国際公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【出願人】（５０８０９２０５９）トゥーマズ テクノロジー リミテッド (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｏｕｍａｚ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ
【住所又は居所原語表記】Ｓｕｉｔｅ Ｆ，Ｃｅｎｔｕｒｉｏｎ Ｃｏｕｒｔ，８５ Ｍｉｌｔｏｎ Ｐａｒｋ，Ａｂｉｎｇｄｏｎ，Ｏｘｏｎ Ｏｘｆｏｒｄｓｈｉｒｅ，Ｔｈｅ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ
【Ｆターム（参考）】
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