JP5253156B2 - 患者モニタリングシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、容量性測定によって、心肺特性等をモニタリングする患者モニタリングシステムに関する。更に、本発明は、容量性測定によって、心肺特性等をモニタリングする方法に関する。

心臓病を持つ患者のパラメータのベッドサイドモニタリングは、病院のセッティングにおいて標準的である。家庭の環境において、心臓データ又は肺データを測定する第１のアプローチもある。このような家庭内モニタリングシステムをほとんど目立たなくするため、直接的な皮膚接触に頼らないセンサが、非常に魅力的にみえる。従って、容量性のセンシング方法は、最も適していることに、このようなシステムとともに使用されるべきである。

生体信号の容量性センシングは、本質的に、センシング容量に対する「体電極」の容量性結合による。この結合は、患者の動き、患者の皮膚の汗、及び、センシング電極に対する体の距離又は接触の親密さに依存して変化し得る。更に、非接触センシングは、患者の体から来ない寄生信号に対して弱い。

本発明の目的は、特に家庭内の使用に適した、心肺特性等をモニタリングする信頼できる技術を提供することである。

本発明によれば、この目的は、容量性測定により、心肺特性等をモニタリングする患者モニタリングシステムにより達成され、該システムは、マトリクスの形態に構成された複数の電極であって、ベッド等に一体化され、各々が個々に選択可能である電極と、ベッド等における患者の位置に依存して複数の電極を決定する手段であって、複数の電極の容量を決定することにより、複数の電極を決定する手段と、容量性測定を実行するため、複数の前記決定された電極を選択する手段とを有する。

本発明の目的は、容量性測定により、心肺特性をモニタリングする方法によっても達成され、該方法は、マトリクスの形態で電極を構成するステップであって、該電極がベッド等と一体化され、各々の電極が個々に選択可能であるステップと、ベッド等における患者の位置に依存して複数の電極を決定するステップであって、複数の電極の容量を決定することにより実行されるステップと、容量性の測定を実行するために複数の前記決定された電極を選択するステップとにより実行されるステップとを有する。

本発明の基本的な考えは、３つ又は４つの別個の電極だけでなく、互いに隣接して構成される多くの数の電極も有する電極マトリクスを使用して、容量性センシングする概念を用いることにある。これらの電極は、ベッド等と一体化され得る態様でもたらされ、例えば布地状のベッドシーツ、又はスリーピングパッド若しくはマットレスとしてもたらされる。言い換えると、患者をある「測定位置」に正確に位置させる必要はない。その代わり患者は、自分自身を任意に位置させても良い。

たいていの場合において患者は電極マトリクス内のいくつかの電極をカバーするので、この場合、複数の測定電極、すなわち最終的に容量性測定を実行することに非常に適した電極を見つけるとともに、選択することが必要である。これらの電極を選択するため、本発明は、これらの測定が開始される前に、次の測定に関して電極の適合性をテストすることを提案する。

本発明によるベッドは、休むため、又は座るため等の表面又はいかなる装置、例えば従来のベッド、病院のベッド、長いす、従来の椅子、歯科の椅子、車椅子、（操作する）テーブル等として規定される。

提案されたシステム及び方法は、例えばＥＣＧ／心拍数信号検出、ＥＥＧ，ＥＭＧ、生体インピーダンス測定、例えば生体インピーダンストモグラフィ、及び類似の測定のために使用され得る。

本発明のこれら及び他の態様は、従属請求項において規定される以下の実施例に基づいて、更に明らかにされるであろう。

本発明の好ましい実施例によると、システムは、誘電体を有し、該誘電体は、弾性構造からなる。誘電体として、いかなる適切な種類の材料、例えば布地のベッドシーツ等が使用されてもよい。システムは、複数の電極対であって、各々の電極対が、患者に面する誘電体の側に位置された対向電極と、誘電体の反対側に位置されるセンシング電極とにより形成される電極対と、複数の電極対の容量を決定する手段とを更に有する。患者がベッド等の上に位置される場合において、誘電体が、患者により圧迫されるように構成される場合、患者の位置に依存する電極対の容量の変化が、決定され得る。患者が電極対の上部電極を押し下げる場合、誘電体は圧縮され、上部電極と下部電極との間の距離は減少するであろう。従って容量は、増加するであろう。容量の増加は、例えば単純なブリッジ回路により、容易に検出され得る。

上述のように対向電極を使う代わりに、本発明の他の好ましい実施例において、患者の体が、「対向（counter）電極」として使用される。

この実施例によると、システムは、患者がベッド等の上に位置される場合、患者に面する態様で、複数の電極に隣接して位置された誘電体を有する。患者は、誘電体を直接押し下げ、容量の増加をもたらし、該増加は、ここでも例えば単純なブリッジ回路により容易に検出され得る。

両方の場合において、高い容量をもつ電極が、実際の測定を実行するのに非常に適しており、それゆえ（事前に）選択されるであろう。

本発明の他の実施例において、電極は、電圧信号を複数の第１電極に対して供給するとともに、複数の第２電極において、誘導される電荷を求めることにより、能動的にプロービングされる。隣接する電極は、好ましくは、第１及び第２電極として使用される。容量は電極と患者の体との間の距離に依存するので、高い信号カップリングをもつ電極が、実際の測定を実行するのに非常に適切であり、（事前に）選択されるであろう。

本発明の更なる実施例において、システムは、患者と複数の電極との間、又は、患者と誘電体との間に遮蔽部を有する。遮蔽部により、前記電極の極周辺部に属する信号のみが検出されることは保証されるであろう。

適切な電極、すなわち、高い容量及び／又は高い信号カップリングを示す電極が（事前に）選択されている場合、実際の測定、例えば心拍数信号の測定は、前記電極を用いて実施される。適切な電極を選択するプロセスは、好ましくは、測定の種類を考慮して、最終的な選択及び（上述のパラメータによる）事前の選択を含んでも良い。例えば、ＥＣＧ測定が実行される場合、最終的に選択されるべき電極は、ある相互の距離を持つ必要がある。

電極を事前に選択する及び／又は最終的に選択するため、分析ユニットが好ましくは使用され、該分析ユニットは、コンピュータプログラムを実行するコンピュータを有し、該コンピュータプログラムは、入力値（例えば容量値及び／又は信号カップリング値）を分析するとともに、ベッド等における患者のある位置に対する、ある種の測定に対して、最も適切な電極を見つけるコンピュータ命令を有する。更に、測定値の有効性が評価され得る。本発明の目的は、従って、コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行される場合、コンピュータプログラムによっても達成される。本発明による必要な技術的な効果は、したがって、本発明によるコンピュータプログラムの命令に基づいて実現され得る。このようなコンピュータプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭのような担体において記憶され得るか、又はインターネット若しくは他のコンピュータネットワーク渡って利用可能になり得る。実行に先立って、コンピュータプログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭプレーヤによって担体から、又はインターネットから当該コンピュータプログラムを読み込むとともに、コンピュータのメモリに該プログラムを記憶することによって、コンピュータにロードされる。コンピュータは、特に中央処理ユニット（ＣＰＵ）、バスシステム、メモリ手段、例えばＲＡＭ又はＲＯＭ、記憶手段、例えばフロッピディスク又はハードディスクユニット、及び入力／出力ユニットを含む。

本発明のこれら及び他の態様は、以下の実施例と添付の図面とを参照して、例によって、以下に詳細に記載されるであろう。

本発明による患者モニタリングシステム１は、容量性測定によるＥＣＧ測定に適している。図１に図示されるように、システム１は、マトリクス３の形態で構成された複数の容量性非接触電極２を有する。電極２は、ベッド４等と一体化される。この目的のため、電極２は、好ましくは、（例えば可撓性ホイルを使用して電極構造を蒸着することにより）ベッド２と一体化される可撓性基板上の電極構造として作られるか、又は、電極２は、マトリクス３を形成するため、ベッドシーツ等に編み込まれても良い。各々の電極２は、制御ユニット５により、容量性測定を実行するために個々に選択可能である。制御ユニット５は、複数の接続線（示されていない）を介して、全ての電極２に接続される。

患者（示されていない）がベッド３上に位置される場合、システム１は、意図された容量性測定を実行するのに最も適した電極２を見つける。

本発明の第１の実施例によると、図２に概略的に記載されるように患者の位置が決定される。患者の位置に依存して、患者に面する複数の電極は、患者によって圧力を加えられる。説明的な目的で４つの隣接した電極対が図２において図示され、各々の電極対が、患者に面する電極（対向電極）６とセンシング電極７とを有する。マトリクス３における１つの電極対のうち、患者に面する電極６'は、例えば（電極６'に向けて複数の矢印で図示される）患者の脚により圧力を加えられる。患者に面する電極６'と、関連するセンシング電極７'との間に位置される誘電体８は、圧縮され、この電極対の容量が変化する。この容量の変化は、分析ユニットのブリッジ回路により検出される。分析ユニットは、制御ユニット５の一体化された部分として備えられる。

図３に示されるように、本発明の第２の実施例に従って、患者の体９は、「対向電極」として使用され、患者は、直接誘電体８を押し下げる。再び容量の変化が、制御ユニット５の一部である分析ユニットのブリッジ回路により検出される。

本発明の第３の実施例により、図３に示されるような構成が修正される。このため、電圧信号は、電極１０に供給され、誘導された電荷が、隣接する電極１１において決定される。この実施例は図４において図示される。電圧信号は、接続線を通じて制御ユニット５により電極１０に供給され、誘導された電荷の決定は、好ましくは、電荷増幅器（示されていない）を使用して実行される。これらのコンポーネントのいくつか、例えば電気回路は、電極１０、１１付近に置かれるか、又は電極と一体化されても良い。言い換えると、コンポーネントは、マトリクス３と一体化、すなわちベッドシーツ又はベッド２に含まれても良い。制御ユニット５は、各々の電極１０，１１を別々にアドレス付けする。

測定された電荷から、２つの電極１０，１１間の容量が、分析ユニットにより決定される。この容量は、患者の位置にも依存し、センシング電極１１に対してある距離に位置されてもよい。したがって、患者が電極と直接接触していない場合でも、患者の位置は、測定結果に影響し得る。送信された電圧信号の全てのパラメータが知られるため、センシング電極１１の感度は、次の実際のＥＣＧ測定の間、寄生信号をフィルタリング除去するため、「較正」され得る。好ましくは、非常に多くの又は全ての電極が、実際の測定を実行する前にこのようにテストされる。したがって、例えば信号カップリングの点で、最も良い特性を示す電極が決定され得る。

この測定の構成は、次の測定の間、患者の心拍のために電気的に誘導される電荷を決定するためにも使用され得る。このように患者の心拍を測定することは、患者の（導電的な）体の存在による容量の変化のアクティブな測定に対して、交互に、又は同時に行われても良い。電極構造及び電子装置は、好ましくは、電気的ポテンシャルのリモートセンシングを可能にするとともに、非接触ＥＣＧ信号を測定するため、高い入力インピーダンス、通常１Ｈｚにおいて１０^１３オームを供給する。言い換えると、本発明を用いた測定手順が提供され、該手順の間、電極の感度は、導電性の人間の体の存在による容量の変化を使用して較正され得る。更に、測定手順は、体のインピーダンスの量的な評価を可能にする。同じ較正方法を用いて、ＥＣＧ信号の有効性が評価され得る。

本発明の第４の実施例にしたがって、システム１は、導電性の経路の遮蔽部１２を有する。遮蔽構造は、開放（opening）部１３が電極２の上部のアクティブ測定部に備えられ、遮蔽材料は開放部１３を取り囲むために使用されるような態様である。測定構成が対向電極６なしで使用される場合、遮蔽部１２は、好ましくは図５において図示されるように、患者に面する誘電体８の側に位置される遮蔽層として設けられる。

好ましくは、上述の電極テスト手順は、マトリクス３内に構成された全ての電極２に対して実行される。各々の電極２の容量値から、患者の正確な位置が分析ユニットにより決定される。適切な電極２が決定及び（事前に）選択されている場合、実際の容量性ＥＣＧ測定が実行される。適切な電極２を選択するプロセスは、好ましくは測定の種類を考慮して（上述のパラメータに従う）事前の選択及び最終的な選択を含み得る。例えば、ＥＣＧ測定が実行されるべきである場合、最終的に選択されるべきである電極２は、ある相互の距離を有することを必要とする。位置のデータから、患者の四肢の位置さえも決定することができる。従って、電極２は、患者の体の適切な測定位置、例えば腕の低い側の端、又は胸部の中央に対して、患者の位置に従って好ましくは選択され得る。

上述のセンサ構成を持つシステム１は、生体インピーダンス測定に対しても使用され得る。この場合において、好ましくは４つの適切な電極が決定されなければならない。２つの電極は、プロービングされる体内に電流を誘導するために使用される。他の２つの電極は、プロービングされた体のインピーダンスに依存してポテンシャルの差を示す。容量性／抵抗性ネットワークの電気的パラメータの分析は、組織含量の導出を可能にする。胸部において、このことは、患者の肺における水を識別するのを助けることができる。体脂肪の分析も可能である。

本発明は、上述の説明的な実施例の詳細には限定されず、本発明は、本発明の要旨又は必須の特性から逸脱しない他の特定の形態において実現されても良いということは、当業者には明らかであろう。それゆえ本実施例は、全ての観点において、制限的ではなく説明的に考慮され、本発明の範囲は、上記の記載ではなく請求項により示され、請求項と等価な意味及び範囲におけるすべての変更は、それゆえ、当該請求項に含まれると意図される。更に、「有する」という言葉は、他の要素又はステップを排除せず、単数の表記は、複数を排除せず、コンピュータシステム又は他のユニットのような単一の要素は、請求項において繰り返されるいくつかの手段の機能を満足しても良い。請求項におけるいかなる参照符号も、当該請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。

参照符号リスト
１ システム
２ 電極
３ マトリクス
４ ベッド
５ 制御ユニット
６ 対向電極
７ センシング電極
８ 誘電体
９ 患者の体
１０ 電極
１１ 電極
１２ 遮蔽部
１３ 開放部

図１は、本発明による患者モニタリングシステムを示す概略的な上面図である。 図２は、対向電極を用いた容量性測定を使用する位置センシングを示す。 図３は、対向電極なしで容量性の電極を使用する測定の原理を示す。 図４は、対向電極なしで、アクティブな回路を用いて、容量性電極を使用する測定の原理を示す。 図５は、遮蔽部をもつ容量性構造を図示する。

Claims (6)

1. 容量性測定によってＥＣＧ、ＥＥＧ、ＥＭＧ又は生体インピーダンスをモニタリングする患者モニタリングシステムであって、
   - マトリクスの形態で構成され、ベッド、椅子又はテーブルと一体化され、各々が個々に選択可能である複数の電極と、
   - 前記複数の電極の容量を決定することにより、前記ベッド、椅子又はテーブルにおける前記患者の位置に依存して複数の適切な電極を決定する手段と、
   - 前記容量性測定の種類を考慮して、複数の前記適切な電極を選択する手段と、
   - 前記選択された複数の適切な電極を用いて前記容量性測定を実行する手段と、
   を有する患者モニタリングシステム。
2. 弾性構造からなる誘電体と、
   各々が、前記患者に面する前記誘電体の側に位置される対向電極と、前記誘電体の反対側に位置されるセンシング電極とにより形成される複数の電極対であって、前記誘電体は、前記患者が前記ベッド、椅子又はテーブルの上に位置される場合、該患者により圧力を加えられるように構成される、複数の電極対と、
   前記複数の電極対の容量を決定する手段と、
   を有する、請求項１に記載の患者モニタリングシステム。
3. 前記患者が前記ベッド、椅子又はテーブルの上に位置される場合、該患者に面する態様で、前記複数の電極に隣接して位置される誘電体であって、弾性構造からなり、前記患者が前記ベッド、椅子又はテーブルの上に位置される場合、前記患者により圧力を加えられるように構成される誘電体と、
   複数の前記電極の容量を決定する手段と、
   を有する、請求項１に記載の患者モニタリングシステム。
4. 電圧信号を複数の第１電極に供給する手段と、
   複数の第２電極において、誘導される電荷を決定する手段と、
   を有する、請求項１に記載の患者モニタリングシステム。
5. 前記患者と前記複数の電極との間、又は前記患者と前記誘電体との間に遮蔽部を有する、請求項１に記載の患者モニタリングシステム。
6. 容量性測定により、ＥＣＧ、ＥＥＧ、ＥＭＧ又は生体インピーダンスをモニタリングする方法であって、
   - マトリクスの形態で複数の電極を構成するステップであって、前記電極がベッド、椅子又はテーブルと一体化され、各々の電極が個々に選択可能である、複数の電極を構成するステップと、
   - 前記複数の電極の容量を決定することにより、前記ベッド、椅子又はテーブルの上の患者の位置に依存して複数の適切な電極を決定するステップと、
   - 前記容量性測定の種類を考慮して、複数の前記適切な電極を選択するステップと、
   - 前記選択された複数の適切な電極を用いて前記容量性測定を実行するステップと、
   を有する方法。

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