JP2011504761A - 聴覚心臓モニタ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

コントローラに結合したイヤホンなどの電子音響トランスデューサを含む心臓モニタを開示する。トランスデューサは人の耳に配置され、鼓膜と音響的に連通している。トランスデューサからの信号を処理して拍動血流の存否を決定する。心臓モニタは携帯型メディア再生装置に組み込まれ、再生モードとモニタモードとを交互に実行するか、または各機能に１つのイヤホンを用いて同時に実行する。心臓モニタを除細動器に組み込んで血流の存否を検知してショックを与えるかの決定に用いてもよい。

Description

本発明は、心臓の活動を測定するシステム及び方法に関し、具体的には、耳の近くに配置された、拍動を検出してオーディオ出力を供給する電子音響トランスデューサを用いて拍動血流を検出するシステム及び方法に関する。

パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯型デジタル音楽プレーヤ、携帯電話などの電子装置がどこにいても利用できるようになった。携帯型デジタル音楽プレーヤは、ユーザの音楽ライブラリを全部格納してどこへでも持って行けるので、特に人気がある。携帯型デジタル音楽プレーヤは、動いても影響がないので、ジョギング中の利用に特に適している。最近、人の歩行を測定して、歩く速さと歩いた距離の推定値を出力して、携帯型デジタル音楽プレーヤを歩数計として機能させる製品が現れた。さらに、この情報に基づき、消費したカロリーの推定値を出力する製品もある。

こうした機能は役に立つが、人のトレーニングの全体像を提供するものではない。エクササイズのより重要な側面は、けがの発生や早期疲労を起こさずに、よいトレーニングとなるだけの高い心拍数を維持することである。専門家によれば、最大心拍数の５０乃至８５パーセントの心拍を維持すれば、けがをせずにトレーニングの効果を最大化できる。

上記の通り、ユーザの心拍を測定して表示する手段を携帯型デジタル音楽プレーヤに組み込めば有利である。

本発明の原理によると、携帯型メディア再生装置は、ユーザの耳内に配置するように構成されたイヤピースに取り付けられた電子音響トランスデューサを含む。受信回路とコントローラがトランスデューサに結合される。コントローラは、メディア記憶装置からメディアファイルを選択的に読み出し、信号に変換してトランスデューサに結合される。コントローラは、さらに、トランスデューサからの信号を受信し、その信号を処理し、ユーザの心拍を決定する。

本発明の他の態様では、信号調整回路がトランスデューサからの信号を受信して、それをフィルタしてノイズを除去する。信号調整回路は、一組のトランスデューサからの信号を用いてコモンモードノイズ除去を実行してもよい。

本発明の他の態様では、コントローラは一方のトランスデューサから信号を受信し、他方のトランスデューサに信号を出力する。

本発明の他の実施形態では、心臓モニタシステムは自動体外除細動器に組み込まれる。心臓モニタシステムはイヤピース内に取り付けられたイヤホンなどの電子音響トランスデューサから信号を受信し、その信号を処理して、被術者（subject）の拍動血流の存否を決定する。この構成は、拍動活動が検知できないことからショックが必要であるとのＥＣＧ分析を、患者の外耳道から確認するのに有利である。患者の耳で拍動活動が検知できれば、蘇生ショックを与えてはいけないことを示す。本構成は「拍動のない電気的活動」（ＰＥＡ）の状態において特に有用である。この場合、外耳道において拍動が検知されなければ、心臓において有効な電気的活動があることを示すＥＣＧ分析と矛盾する。

本発明の一実施形態による心拍測定システムを示すブロック図である。 心拍を取得するように設定された電子音響トランスデューサの出力を示すグラフである。 本発明の一実施形態による心拍測定を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による心拍測定システムを含むメディア再生装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による、メディア再生に心拍測定を組み込む方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による、メディア再生に心拍測定を組み込む別の方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による、拍動血流を示すシステムを組み込んだ自動体外除細動機を示すブロック図である。

図１を参照するに、心臓モニタシステム１０はオーディオイヤホンなどの電子音響トランスデューサ１２を含み、これはレシーバ１４に結合されている。トランスデューサ１２はイヤピース１６の中に取り付けられており、イヤピース１６はユーザの耳に取り付けるように構成されている。イヤピース１６は、ユーザの耳介の周りに配置しても、ユーザの耳介中に取り付けても、ユーザの外耳道に挿入してもよい。

レシーバ１４は、信号をトランスデューサ１２から受け取り、信号調整（conditioning）モジュール１８に出力する。信号調整モジュール１８は信号を増幅し、ノイズを除去する。実施形態によっては、信号調整モジュール１８は信号をローパスフィルタリングして、ノイズに起因する周波数成分（frequency content）を除去する。実施形態によっては、ユーザの両耳に１つずつ、２つのトランスデューサ１２を用いる。かかる実施形態では、信号調性モジュール１８は両方のトランスデューサからの信号を用いて、コモンモード（common mode）のノイズ除去を行ってもよい。

信号調整モジュール１８の出力はコントローラ２０に入力される。コントローラ２０は抽出モジュール２２とモニタモジュール２４と出力モジュール２６とを含む。実施形態によっては、信号調整モジュール１８もコントローラ２０に組み込まれている。

図２も参照して、抽出モジュール２２は個々の心拍を取り出す（isolate）ために、調整された信号を分析する。グラフ２８ａ、２８ｂはユーザの２つの耳で検出した信号を表す。これらのグラフに示したように、受け取られた拍動信号は人の心拍に対応しており、部分３０ａ、３０ｂはそれぞれ心拍のＳ_１、Ｓ_２トーンに対応している。また、明らかにＳ_１トーンとＳ_２トーンの間に低圧部分３０ｃがある。図２から明らかなように、心拍を識別するのは片方の耳で十分である。したがって、ユーザの拍動血流や、必要に応じてその測定値（心拍数など）を決定するために、抽出モジュール２２は受け取った２つの信号の一方、両方、または重み付け合成を用いることができる。抽出モジュール２２は、例えば、各耳からの信号のクオリティを評価して、クオリティが高い方のみを用いて心拍を取り出す（isolate）。本技術分野で知られているように、クオリティは信号の信号対ノイズ比を評価・比較することにより決定できる。別の実施形態では、両耳からの信号の相関を取って、心拍信号を識別する。

抽出モジュール２２は、Ｓ_１トーンとＳ_２トーンを見つけて、トランスデューサ１２からの信号または２つのトランスデューサ１２からの２つの信号から心拍を抽出する。グラフ２８ｂから分かるように、Ｓ_１トーン３０ａとＳ_２トーン３０ｂは振幅が比較的小さいが、Ｓ_１トーンとＳ_２トーンの間の低圧部分３０ｃは、振幅が比較的大きい。したがって、抽出モジュール２２は、Ｓ_１トーン３０ａとＳ_２トーン３０ｂを見つける替わりに、または見つけるのに加えて、低圧部分３０ｃを特定して、心拍を識別してもよい。実施形態によっては、抽出モジュール２２は、米国特許第４，５４９，５５１号や第７，１３５，００２号に開示されているような従来の方法を用いて、個々の心拍を識別する。

モニタモジュール２４は心拍のタイミングを調べて、ユーザの心拍数を決定する。モニタモジュール２４は、一定時間にわたり心拍数を記録して、平均心拍数、最低及び最高心拍数、心拍数が目標心拍数レンジに入る時間などの値を記録データから求める。例えば、ユーザは、運動の結果を改善してけがを防止するために、運動中に心拍数が留まるべき心拍数レンジをモニタモジュールに入力してもよい。実施形態によっては、ユーザは最大心拍数を入力して、モニタモジュールが運動の結果を改善するためにユーザの心拍数が留まるべき心拍数レンジを計算する。実施形態によっては、モニタモジュール２４は一定の時間にわたる心拍数の変化を示すグラフを作成する。

出力モジュール２６は、心拍と、それから求めた値とをユーザに出力する。出力モジュール２６は、コンピュータ２０に結合された、ＬＣＤその他のデジタルディスプレイなどのディスプレイ装置（図示せず）にデータを出力する。トランスデューサ１２がオーディオイヤホンである実施形態では、出力モジュール２６はオーディオメッセージを生成し、イヤホンにより出力する。他の実施形態では、出力モジュール２６は無線信号を生成する。この無線信号は受信器とディスプレイとを有する他の装置により受信され、ユーザに対する表示用出力を生成するために用いられる。

図３を参照して、心拍測定方法３２は、人の耳に電子音響トランスデューサを挿入するステップ（ステップ３４）を含む。ステップ３４は、その人の耳の周りに、またはその人の耳介または外耳道内に、トランスデューサを配置するステップを含んでいてもよい。ステップ３６において、血流により鼓膜に生じる音波が、トランスデューサに伝えられ、トランスデューサにより電気信号に変換される。ステップ３８において、この電気信号を調整してノイズを除去する。ステップ３８は、ローパスフィルタリングと、２つの耳に配置した２つのトランスデューサの出力を用いたコモンモードノイズ除去とのうち、一方のステップを含んでいてもよいし、または両方のステップを含んでもよい。ステップ４０では、調整された信号を処理して心拍を抽出する。ステップ４２では、心拍をモニタして心拍数を計算する。モニタ期間中、または心拍数が目標レンジ内にあった時間中の平均心拍数、最大心拍数、または最小心拍数などの、一定の時間にわたる心拍に関する値を計算することもできる。ステップ４４では、ユーザの心拍やその心拍に対応する値を示す出力を生成する。出力の生成ステップ４４は、ビジュアルディスプレイの生成、または心拍を検出するのに用いたのと同じトランスデューサに出力する音声メッセージ（audible verbal message）の生成を含んでいてもよい。

図４を参照して、心拍モニタシステムは携帯型メディア再生装置４６に組み込まれている。かかる実施形態では、電子音響トランスデューサ１２は、図示したようにユーザの耳介内に挿入されるイヤホン４８や、その他の当該技術分野で知られているイヤホンである。装置４６は、フラッシュメモリ、ハードディスク、コンパクトディスク、オーディオテープなどのメディア記憶装置５２からメディアデータを読み出すメディアリーダ５０を含む。メディアリーダ５０からのメディアデータはオーディオドライバ５４に入力される。オーディオドライバ５４はメディアデータを電気信号に変換する。この電気信号はイヤホン４８に送られ、音声となる。

メディアリーダ５０とオーディオドライバ５４はコントローラ５６により制御される。コントローラ５６は、上記心拍モニタシステムの抽出モジュール２２、モニタモジュール２４、出力モジュール２６を含む。イヤホン４８はレシーバ１４と信号調整モジュール１８とによりコントローラ５６に結合していてもよい。

コントローラ５６は、ユーザに情報を提供するＬＣＤその他のディスプレイ装置であるディスプレイ５８に結合している。コントローラ５６はメディア選択モジュール６２を含んでいてもよい。メディア選択モジュール６２は、タッチパッドやボタンなどの入力装置６０から入力を受け取る。メディア選択モジュール６２は、この入力を受け取り、入力に基づいてメディア記憶装置５２から再生するメディアファイルを選択する。

コントローラ５６はさらにモード選択モジュール６４を含んでいてもよい。モード選択モジュール６４は、メディア再生装置４６がメディア再生装置として機能するか、心臓モニタとして機能するか選択する。実施形態によっては、モード選択モジュール６４は、イヤホン４８のどちらがオーディオ信号を出力し、どちらが信号を受け取ってユーザの心拍をモニタするか選択する。例えば、モード選択モジュール６４は、一方のイヤホンに音楽を出力させ、同時に他方のイヤホンがユーザの心拍を測定するようにする。

他の実施形態では、モード選択モジュール６４は、メディアファイルの再生の間にユーザの心拍を測定する。例えば、モード選択モジュール６４は、音楽の後の２秒から５秒くらいの短い時間だけ、再生モードから心拍モニタモードに切り替える。この時間は、レシーバで信号を受信して、その信号を上記の通り処理して、ユーザの心拍をモニタする。次に、モード選択モジュール６４は、メディアリーダ５０とオーディオドライバ５４とに、他の音楽をイヤホン４８に出力させる。

図５を参照して、メディア再生を心拍モニタリングと組み合わせる方法６５は、ユーザの耳（耳介または外耳道）にイヤピースを挿入するステップ（ステップ６６）を含む。方法６４は、さらに、メディア記憶装置から第１のメディアファイルを読み出し（ステップ６８）、そのメディアファイルをイヤピースに出力する（ステップ７０）。ステップ７０におけるメディアファイルの出力後に、ステップ７２において、イヤピースからの信号を受信する。ステップ７４において、受信した信号を処理して、ユーザの心拍を抽出する。ステップ７６において、ディスプレイやイヤピースへの音声メッセージ出力などにより、心拍を出力する。ステップ７２におけるイヤピースからの信号の受信後、ステップ７８において、メディア記憶装置から第２のメディアファイルを読み出し、ステップ８０において、この第２のメディアファイルをイヤピースに出力する。

図６を参照して、方法８２が実行される。方法８２は、ユーザの耳（耳介または外耳道）に２つのイヤホンを挿入するステップ（ステップ８４）を含む。方法８２は、さらに、メディア記憶装置からメディアファイルを読み出し（ステップ８６）、そのメディアファイルをイヤホンに出力する（ステップ８８）。ステップ９０において、一方のイヤホンへの出力は中断されるが、他方のイヤホンへの再生は続く。ステップ９２において、中断したイヤホンから信号を受信する。ステップ９４において、受信した信号を処理して、ユーザの心拍を抽出する。ステップ９６において、ディスプレイやイヤピースへの音声メッセージ出力などにより、心拍を出力する。実施形態によっては、ユーザにより要求されるまで出力せず、入力に応じて行う。かかる実施形態では、ステップ９６は、後で提供するために心拍データを記憶するステップで置き換えてもよい。ステップ９８において、再度、メディアファイルを両方のイヤホンに出力する。

実施形態によっては、方法８２を繰り返して、ステップ９０において、他のイヤホンへの再生を中断する。方法８２は、さらに、ステップ９２の間に各耳から受信した信号を比較して、どちらの耳の方が信号対ノイズ比が高いか決定する。この比較後、方法８２を繰り返す時に、ステップ９０においては信号対ノイズ比が高いことがわかった耳だけを中断する。

図７を参照して、血流モニタシステム１０は、自動体外除細動器（ＡＥＤ）１００に組み込まれる。ＡＥＤは、ショックを与える時に患者の皮膚にコンタクトする電極１０２を含む。ＡＥＤ１００は、さらに、ショックを与える電力を供給する電源１０４を含む。ＡＥＤ１００は、さらに、電源１０２からの電力の電極１００への供給を制御するようにプログラムされたコントローラ１０６を含む。コントローラ１０６は、電極１０２により患者の心臓の電気的活動を検出して、その電気的活動を分析してショックを与えるかどうか決定する。

図示した実施形態では、コントローラ１０６は、さらに抽出モジュール２２、モニタモジュール２４、出力モジュール２６を含む。これらは、ヘッドホンやイヤホンなどの電子音響トランスデューサ１２を用いて患者の拍動血流をモニタする場合について説明した通りである。同様に、ＡＥＤ１００は、トランスデューサ１２から信号を受信するレシーバ１４と信号調整器１８とを含む。実施形態によっては、ＡＥＤ１００はディスプレイ１０８を含み、コントローラはＡＥＤを操作するための命令をディスプレイ１０６条に表示するようプログラムされている。かかる実施形態では、心臓モニタシステムの出力モジュール２６は、上記のように、患者が拍動血流を示していることを外耳道における音響信号の検出から判断し、血流状態の表示と、拍動信号を一定の時間にわたりモニタして決定したその他の値とをディスプレイ１０８に出力する。他の実施形態では、血流表示信号は可聴信号として出力する。

上記の説明から明らかなように、例示を目的として本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、いろいろな修正を施すことができる。本発明の実施形態を構成するモジュールその他の要素とモジュールの機能を実行するステップとを参照したが、モジュールその他の要素の機能を実行する構成は、異なる時間に動作してもよいし、複数の構成は一緒に使われても使われなくてもよい。したがって、本発明は以下の請求項によってのみ限定される。

Claims (14)

1. 携帯型メディア再生装置であって、
   ユーザの耳に配置するよう構成されたイヤピースに取り付けられた電子音響トランスデューサと、
   前記トランスデューサに結合した、前記トランスデューサからの信号の受信に応じて出力信号を生成する受信回路と、
   メディアリーダと、
   前記トランスデューサと受信回路とメディアリーダとに結合したコントローラであって、前記メディアリーダからデータを受け取り、前記データによりオーディオ信号を生成し、前記オーディオ信号を前記トランスデューサに結合するようプログラムされ、さらに、前記受信回路から前記出力信号を受け取り、それを処理して前記ユーザの拍動血流を決定するようにプログラムされたコントローラとを有する、携帯型メディア再生装置。
2. 前記メディアリーダはメモリアクセス装置である、請求項１に記載の携帯型メディア再生装置。
3. 前記受信回路は前記トランスデューサにより生成された信号をフィルタするように動作可能である、請求項１に記載の携帯型メディア再生装置。
4. 前記受信回路はローパスフィルタを含む、請求項１に記載の携帯型メディア再生装置。
5. 前記受信回路は３０Ｈｚより低い信号を通過させるローパスフィルタを含む、請求項４に記載の携帯型メディア再生装置。
6. 前記トランスデューサは、第１のイヤホンを有し、前記受信回路に結合した第２のイヤホンをさらに有し、前記受信回路は前記第１と第２のイヤホンからの信号を用いてコモンモードノイズ除去を行うよう動作可能である、請求項１に記載の携帯型メディア再生装置。
7. 自動体外除細動器（ＡＥＤ）であって、
   被術者にコンタクトするように構成された一組の電極と、
   前記電極に結合した、ＥＣＧ信号を分析するように動作するＥＣＧプロセッサと、
   エネルギー源と、
   前記エネルギー源に結合した高電圧回路と、
   前記ＥＣＧプロセッサと高電圧回路と電極とに結合したショック生成回路と、
   前記被術者の耳の音響信号を検出するように構成されたイヤホンと、
   前記イヤホンに結合し、前記イヤホンが受信した信号から拍動血流の存否を検知するよう動作するイヤホン信号プロセッサとを有する、自動体外除細動器。
8. 前記信号プロセッサは前記ショック生成回路に結合し、
   前記ショック生成回路は、前記ＥＣＧプロセッサとイヤホン信号プロセッサとからの入力に基づきショックを与える決定をする、
   請求項７に記載の自動体外除細動器。
9. 前記イヤホン信号プロセッサは、前記イヤホンが生成した信号に応じて信号調整回路をさらに有する、請求項８に記載の自動体外除細動器。
10. 前記ショック回路は、拍動ＥＣＧ信号がなく、前記イヤホンによる検知により拍動血流がないときショックを与える決定をする、請求項８に記載の自動体外除細動器。
11. 前記ショック回路は、前記イヤホンによる検知により拍動血流があるとき、ショックを与える決定をしない、請求項８に記載の自動体外除細動器。
12. 拍動のない電気的活動が、前記ＥＣＧプロセッサによるＥＣＧ信号の検出と、前記イヤホンによる検知される拍動血流がないことにより示される、請求項８に記載の自動体外除細動器。
13. 人の拍動血流の検出方法であって、
    その人の耳にイヤホンを挿入する段階と、
    メディア源から第１のメディアファイルを読み出す段階と、
    前記第１のメディアファイルを第１の電気信号に変換する段階と、
    前記第１の電気信号を前記イヤホンに結合する段階と、
    前記第１の電気信号を前記イヤホンに結合した後、前記イヤホンから信号を受信する段階と、
    前記受信信号を処理してその人の拍動血流に対応するデータを抽出する段階と、
    前記抽出データを出力する段階と、
    前記受信信号を処理した後、前記メディア源から第２のメディアファイルを読み出す段階と、
    前記第２のメディアファイルを第２の電気信号に変換する段階と、
    前記第２の電気信号を前記イヤホンに結合する段階と、を有する方法。
14. 前記メディア源はデジタルメモリ装置である、請求項１３に記載の方法。

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