JP2018502642A - Extended transcutaneous electrical nerve stimulator with automatic detection of leg orientation and movement for extended sleep analysis - Google Patents
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Abstract
ユーザに経皮的電気神経刺激(TENS)治療を提供するための装置であって、ハウジングと、ハウジングとユーザの身体との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、ユーザの少なくとも1つの神経を電気的に刺激するための刺激ユニットと、ユーザの身体の動きおよび身体の方向を感知するための感知ユニットと、ユーザの感知された身体の動きおよび身体の方向に基づいて、ユーザにフィードバックを提供するための報告ユニットとを備える装置。【選択図】図4An apparatus for providing percutaneous electrical nerve stimulation (TENS) therapy to a user, comprising: a housing; a mounting unit for providing a mechanical coupling between the housing and the user's body; and at least one of the user Feedback to the user based on the stimulation unit for electrically stimulating the nerve, the sensing unit for sensing the user's body movement and body direction, and the user's sensed body movement and body direction And a reporting unit for providing a device. [Selection] Figure 4
Description
係属中の先の特許出願の参照
本出願は、
(1)NeuroMetrix社およびXuan Kongらによって2015年7月8日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/794,588号、「MEASURING THE “ON−SKIN” TIME OF A TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR (TENS) DEVICE IN ORDER TO MINIMIZE SKIN IRRITATION DUE TO EXCESSIVE UNINTERRUPTED WEARING OF THE SAME」(代理人整理番号NEURO−73)の一部継続出願であり、この出願は、
(A)NeuroMetrix社およびShai N. Gozaniらによって2015年1月30日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/610,757号、「APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION」(代理人整理番号NEURO−5960 CON)の一部継続出願であり、この出願は、
(i)NeuroMetrix社およびShai N. Gozaniらによって2012年11月15日に出願された先の米国特許出願第13/678,221号、「APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION」(代理人整理番号NEURO−5960)の継続出願であり、この出願は、
(a)Shai N.Gozaniによって2011年11月15日に出願された先の米国特許仮出願第61/560,029号、「SENSUS OPERATING MODEL」(代理人整理番号NEURO−59 PROV)、および
(b)Shai N.Gozaniらによって2012年6月8日に出願された先の米国特許仮出願第61/657,382号、「APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION」(代理人整理番号NEURO−60 PROV)の利益を主張するものであり、(1)は、
(B)NeuroMetrix社およびThomas Ferreeらによって2014年5月5日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/269,887号、「TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR WITH USER GESTURE DETECTOR AND ELECTRODE−SKIN CONTACT DETECTOR, WITH TRANSIENT MOTION DETECTOR FOR INCREASING THE ACCURACY OF THE SAME」(代理人整理番号NEURO−6667)の一部継続出願であり、この出願は、
(i)NeuroMetrix社およびShai Gozaniらによって2014年3月31日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/230,648号、「DETECTING CUTANEOUS ELECTRODE PEELING USING ELECTRODE−SKIN IMPEDANCE」(代理人整理番号NEURO−64)の一部継続出願であり、この出願は、
(a)Shai Gozaniによって2013年3月29日に出願された先の米国特許仮出願第61/806,481号、「DETECTING ELECTRODE PEELING BY RELATIVE CHANGES IN SKIN−ELECTRODE IMPEDANCE」(代理人整理番号NEURO−64 PROV)の利益を主張するものであり、(B)は、
(ii)NeuroMetrix社およびShai Gozaniらによって2014年4月15日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/253,628号、「TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR WITH AUTOMATIC DETECTION OF USER SLEEP−WAKE STATE」(代理人整理番号NEURO−65)の一部継続出願であり、この出願は、
(a)Shai Gozaniによって2013年4月15日に出願された先の米国特許仮出願第61/811,864号、「TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR WITH AUTOMATIC DETECTION OF PATIENT SLEEP−WAKE STATE」(代理人整理番号NEURO−65 PROV)の利益を主張するものであり、(B)は、
(iii)Neurometrix社およびThomas Ferreeらによって2013年5月3日に出願された先の米国特許仮出願第61/819,159号、「TAP DETECTOR WITH HIGH SENSITIVITY AND SPECIFICITY FOR A WEARABLE TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR」(代理人整理番号NEURO−66 PROV)の利益を主張するものであり、(B)は、
(iv)Neurometrix社およびAndres Aquirreらによって2013年7月25日に出願された先の米国特許仮出願第61/858,150号、「MOVEMENT REGULATED TRIP CONDITIONS IN A WEARABLE TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR」(代理人整理番号NEURO−67 PROV)の利益を主張するものであり、(1)は、
(C)Neurometrix社およびXuan Kongらによって2014年7月8日に出願された先の米国特許仮出願第62/021,807号、「MEASURING TENS DEVICE ON−SKIN TIME TO PREVENT AND MINIMIZE SKIN IRRITATION」(代理人整理番号NEURO−73 PROV)の利益を主張するものであり、本出願は、
(2)Neurometrix社およびThomas Ferreeらによって2015年9月3日に出願された先の米国特許仮出願第62/213,978号、「TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATOR WITH AUTOMATIC DETECTION OF LEG ORIENTATION AND ROTATION FOR ENHANCED SLEEP ANALYSIS」(代理人整理番号NEURO−77 PROV)、および
(3)Neurometrix社およびShai Gozaniらによって2015年1月8日に出願された先の米国特許仮出願第62/101,029号、「METHOD AND APPARATUS FOR USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION TO AID SLEEP」(代理人整理番号NEURO−69A PROV)の利益を主張するものである。
Reference to earlier pending patent applications
(1) Pending U.S. Patent Application No. 14 / 794,588, filed July 8, 2015 by NeuroMetrix and Xuan Kong et al., “MEASURING THE“ ON-SKIN ”TIME OF A TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERV. STIMULATOR (TENS) DEVICE IN ORDER TO MINIMIZE SKIN IRRIRATION DUE TO EXCESSIVE UNINTERRUPTED WEARING OF THE SAME "(Attorney reference number NEURO-73)
(A) NeuroMetrix and Shai N. Pending US Patent Application No. 14 / 610,757, filed Jan. 30, 2015 by Gozani et al., “APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION 59” CON), which is a continuation-in-part application,
(I) NeuroMetrix and Shai N. US Patent Application No. 13 / 678,221 filed November 15, 2012 by Gozani et al., “APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION” And this application is
(A) Shai N. Previous US Patent Application No. 61 / 560,029, “SENSUS OPERATING MODEL” (Attorney Docket Number NEURO-59 PROV), filed November 15, 2011 by Gozani, and (b) Shai N. US Patent Provisional Application No. 61 / 657,382, filed June 8, 2012, by Gozani et al., “APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION RO” Claim (1)
(B) Pending U.S. Patent Application No. 14 / 269,887 filed on May 5, 2014 by NeuroMetrix and Thomas Ferrele et al., “TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NEXTULATOR TECHTOR TESTOR GESTRETER DETECTOR, WITH TRANSITION MOTION DETECTOR FOR INCREASING THE ACCURACY OF THE SAME "(Attorney Docket Number NEURO-6667)
(I) Pending US Patent Application No. 14 / 230,648, filed March 31, 2014, by NeuroMetrix and Shai Gozani et al., "DETECTING CUTANEOUS ELECTRODE PEELING USECT ELECTRODE-SKIN IMPEDAN" This is a continuation-in-part application of reference number NEURO-64).
(A) Previous US Provisional Application No. 61 / 806,481, filed March 29, 2013 by Shai Gozani, “DETECTING ELECTRODE PEELING BY RELATIVE CHANGES IN SKIN-ELECTRODE IMPEDANCE” (Attorney Docket Number NEURO) 64 PROV), and (B)
(Ii) Pending U.S. Patent Application No. 14 / 253,628, filed April 15, 2014, by NeuroMetrix and Shai Gozani et al., "TRANSCUTANEOUSE ELECTRICAL STUMULATOR WITE A AUTOMATE TEATER "(Attorney Docket Number NEURO-65), a continuation-in-part application,
(A) Previous US Provisional Application No. 61 / 811,864, filed April 15, 2013 by Shai Gozani, “TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NEXT TIMULATOR WITCH AUTOMATIC OF PATIENT AUTHOR SLEEP No.” NEURO-65 PROV) and (B)
(Iii) Previous US Provisional Application No. 61 / 819,159 filed May 3, 2013 by Neurometrics and Thomas Ferrele et al. Insist on the benefit of (agent number NEURO-66 PROV), (B)
(Iv) Previous US Provisional Application No. 61 / 858,150 filed July 25, 2013 by Neurometrics and Andrews Aquirere et al., “MOVEMENT REGULATION TRIP CONDITIONS IN A WEUALUTE TRANCECTOR (No. NEURO-67 PROV) and claim (1)
(C) Previous US Provisional Application No. 62 / 021,807, filed July 8, 2014 by Neurometrics and Xuan Kong et al., “MEASURING TENS DEVICE ON-SKIN TIME TO PREVENT AND MINIZER SKIN” Claiming the benefit of agent reference number NEURO-73 PROV),
(2) Previous US Patent Provisional Application No. 62 / 213,978, filed on September 3, 2015, by Neurometrics and Thomas Ferrele et al., “TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL EDITION OFLION DETECTION OF DETECTION ANALYSIS "(Attorney Docket Number NEURO-77 PROV), and (3) Previous US Provisional Application No. 62 / 101,029," METHOD "filed January 8, 2015 by Neurometrics and Shai Gozani et al. AND APPARATUS FOR USING TRANSCUTANEOUS ELE It claims the benefit of “CTRICAL NERVE STIMULATION TO AID SLEEP” (agent reference number NEURO-69A PROV).
上記に記載された15件の特許出願は、参照によってここで本明細書に組み込まれる。
この発明は、一般に、痛みの症状を軽減するように電極を介してユーザの無傷の皮膚にわたって電流を加える経皮的電気神経刺激(TENS)デバイスに関するものである。より具体的には、この発明は、睡眠中に着用されるTENSデバイスと、睡眠解析を拡大しかつ拡張する斬新な測定を行うための方法とに関し、上記デバイスおよび方法を使用する拡張された経皮的電気神経刺激(TENS)を含む。
The 15 patent applications described above are hereby incorporated herein by reference.
The present invention relates generally to a transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) device that applies an electrical current across an intact skin of a user via an electrode to reduce pain symptoms. More specifically, the present invention relates to a TENS device worn during sleep and a method for making novel measurements that expand and extend sleep analysis, and an extended process using the device and method. Includes cutaneous electrical nerve stimulation (TENS).
糖尿病性神経障害および他の原因による慢性の痛みは睡眠を妨げる可能性があり、このことは多数の併発的な合併症を伴う。経皮的電気神経刺激(TENS)デバイスは、知覚神経を刺激することによって痛みを軽減し、このことは、内因性オピオイドの増加および痛み信号の脳への伝送の下向き調節をもたらす。睡眠中に使用され得るTENSデバイスは、睡眠を改善する目標を伴って、就寝中の痛みを軽減する独特な機会を提供するはずである(たとえば、Barbarisi M, Pace MC, Passavanti MBら、「Pregabalin and transcutaneous electrical nerve stimulation for postherpetic neuralgia treatment」、Clin J Pain、2010年9月、26(7):567〜572を参照されたい)。 Chronic pain from diabetic neuropathy and other causes can interfere with sleep, which is accompanied by a number of concurrent complications. Percutaneous electrical nerve stimulation (TENS) devices alleviate pain by stimulating sensory nerves, which results in an increase in endogenous opioids and downward modulation of transmission of pain signals to the brain. TENS devices that can be used during sleep should provide a unique opportunity to alleviate bedtime pain with the goal of improving sleep (eg, Barbarisi M, Pace MC, Passavanti MB et al., “Pregabalin and transcutaneous electrical nerve simulation for positive therapeutic treatment, Clin J Pain, Sep. 2010, 26 (7): 567-572).
しかしながら、ほとんどのTENSデバイスは、夜間(すなわち睡眠状態)に動作させずに、もっぱら昼間(すなわち覚醒状態の間)に動作するように設計されている。この制約は、皮膚上の電極パッドに接続された電線(リードと呼ばれる)を通って電流が加えられるという、従来のTENSデバイスの設計において明らかである。そのような設計は、リードが邪魔で、もつれるかまたは引っ張られる可能性があり、また、電極パッドが皮膚からはがれる(TENS治療が終了することになる)可能性、または恐らくより悪いことに皮膚から部分的にはがれて電流密度が増加し、ユーザにとって否定的な結果(たとえば不快感、もしくは極端な場合にはやけど)をもたらす可能性があるので、睡眠中に使用するためは実際的でなく、または安全ではない。 However, most TENS devices are designed to operate exclusively in the daytime (i.e. during wakefulness) rather than during the night (i.e. sleep state). This limitation is evident in conventional TENS device designs where current is applied through wires (called leads) connected to electrode pads on the skin. Such a design can lead to the tampering and tangling or pulling of the lead, and the electrode pads can be peeled off the skin (which will end the TENS treatment), or perhaps worse from the skin. It ’s impractical to use while sleeping, as it can partly increase, resulting in increased current density and negative consequences for the user (for example, discomfort or extreme burns) Or not safe.
NeuroMetrix社およびShai Gozaniらによって2014年3月31日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/230,648号、「DETECTING CUTANEOUS ELECTRODE PEELING USING ELECTRODE−SKIN IMPEDANCE」(代理人整理番号NEURO−64)は、2014年10月2日に米国特許出願公開第2014/0296934 A1号として公開されており、参照によってここで本明細書に組み込まれ、昼間(すなわち覚醒状態の間)ばかりでなく、夜間(すなわち睡眠状態)もTENS治療が適用されることを可能にする斬新なTENSデバイスが開示されている。この斬新なTENSデバイスを睡眠中の使用に適するものにする重要な設計要素には、(1)TENS刺激回路を包含するハウジングに電極パッドが直接取り付けられるのでリードが除去される、(2)TENSハウジングおよび電極パッドは、調節可能なストラップまたはバンドにより、皮膚に対して確実かつ快適に保持される、(3)TENSデバイスは、電極パッドが皮膚から(完全に、または部分的に)はがれているかどうかを検知するように皮膚−電極の接触インピーダンス(および関連する電気的パラメータ)を連続的に測定して、はがれが検知されると電流の送出を停止する、(4)治療の刺激は、夜間を通じて痛みを軽減するように1時間のオンオフのブロックで予定されてよい、(5)TENSデバイスは、ユーザが眠っていることを検知して、睡眠を妨害しないように治療の刺激レベルを自動的に低減する、といったことがある。 Pending US Patent Application No. 14 / 230,648, filed March 31, 2014, by NeuroMetrix and Shai Gozani et al. -64) was published as US Patent Application Publication No. 2014/0296934 A1 on October 2, 2014, and is hereby incorporated herein by reference, as well as during daytime (ie during wakefulness) A novel TENS device has been disclosed that allows TENS therapy to be applied even at night (ie sleep state). Key design elements that make this novel TENS device suitable for use during sleep include: (1) the electrode pads are attached directly to the housing containing the TENS stimulation circuit, and leads are removed, (2) TENS The housing and electrode pad are securely and comfortably held against the skin by an adjustable strap or band. (3) The TENS device has the electrode pad peeled off (completely or partially) from the skin Continuously measure skin-electrode contact impedance (and associated electrical parameters) to detect whether or not current delivery is stopped when peeling is detected. (4) Treatment stimulus is night May be scheduled with 1 hour on-off block to relieve pain through, (5) TENS device makes the user sleep It detects that there is automatically reduced therapeutic stimulation levels so as not to interfere with sleep, sometimes such.
係属中の先の米国特許出願第14/230,648号(米国特許出願公開第2014/0296934 A1号として公開されている)に開示された斬新なTENSデバイスは、ユーザのふくらはぎ上部に配置されるように設計されている。これには3つの理由がある。第1に、TENSデバイスは、内因性オピオイドの増加および痛み信号伝送の下向き調節の全身的な効果により、広範囲にわたって痛みを軽減するために、知覚神経線維を刺激する必要がある。ふくらはぎ上部領域には知覚神経線維の塊があり、皮膚の表面に近いので、経皮的電気神経刺激器を用いて容易に活性化され得る。第2に、慢性の痛み(糖尿病性神経障害によるものなど)のいくつかの形態は足において最も激しく感じられ、内因性オピオイドによる前述の(全身の)痛み抑制の仕組みに加えて、より局所的な痛み抑制のさらなる仕組みを立証する証拠もあり、したがってTENSデバイスをユーザのふくらはぎ上部に配置するのが有利である。第3に、慢性の痛みは一日中執拗であり得、夜間に悪化することも多いが、ふくらはぎ上部にTENSデバイスを着用すると穏やかになり、このことが、より定期的な使用を促進する。 The novel TENS device disclosed in pending earlier US patent application Ser. No. 14 / 230,648 (published as US Patent Application Publication No. 2014/0296934 A1) is placed on top of the user's calf. Designed to be There are three reasons for this. First, TENS devices need to stimulate sensory nerve fibers to relieve pain over a wide area due to the systemic effects of increased endogenous opioids and down-regulation of pain signal transmission. There is a mass of sensory nerve fibers in the upper calf region, which is close to the surface of the skin and can be easily activated using a percutaneous electrical nerve stimulator. Secondly, some forms of chronic pain (such as due to diabetic neuropathy) are felt most intensely in the foot and are more localized in addition to the above-described (systemic) pain suppression mechanisms by endogenous opioids. There is also evidence to prove a further mechanism of pain suppression, so it is advantageous to place the TENS device on top of the user's calf. Third, chronic pain can be persistent throughout the day and often worsen at night, but it becomes milder when a TENS device is worn over the calf, which promotes more regular use.
前述のように、係属中の先の米国特許出願第14/230,648号(米国特許出願公開第2014/0296934 A1号として公開されている)に開示された斬新なTENSデバイスは、睡眠中に使用するように設計されており、ユーザが眠っていることを検知すると、睡眠を妨害しないように治療の刺激レベルを調節する。また睡眠の質および睡眠障害を定量化することは、ユーザが、自身の睡眠に対するTENSデバイスの利点に気づきかつ確信するならば、TENSデバイスを使用する可能性が高まり、睡眠の質を改善することを目的としたTENSデバイスにとって有利であろう。 As noted above, the novel TENS device disclosed in pending US Patent Application No. 14 / 230,648 (published as US Patent Application Publication No. 2014/0296934 A1) can be used during sleep. Designed for use, when the user senses that they are asleep, it adjusts the stimulation level of the therapy so as not to disturb sleep. Quantifying sleep quality and sleep disorders also increases the likelihood of using a TENS device and improving sleep quality if the user is aware and confident of the benefits of a TENS device over their sleep. It would be advantageous for TENS devices aimed at.
対象の睡眠−覚醒状態の判定における代表的な基準は、脳波図(EEG)、電気眼球図(EOG)、筋電図(EMG)といった少なくとも3つの別個のタイプのデータを含む睡眠ポリグラフである。これらのタイプのデータを記録して解析することの困難さのために、睡眠覚醒判定法は、睡眠/覚醒パターンを調査するための実際的な代替形態として、過去30年にわたって発展され、改善されている。睡眠覚醒判定法は、一般的には、身体に着用される、加速度計を装備したデバイスによる、身体の動きの連続記録である[Ancoli−Israel S, Cole R, Alessi C, Chambers M, Moorcroft W, Pollak CP. The role of actigraphy in the study of sleep and circadian rhythms. Sleep. 2003年5月1日、26(3)、342〜392]。 A typical criterion in determining a subject's sleep-wake state is a polysomnogram that includes at least three distinct types of data, such as an electroencephalogram (EEG), an electrooculogram (EOG), and an electromyogram (EMG). Due to the difficulty of recording and analyzing these types of data, sleep-wake determination has been developed and improved over the last 30 years as a practical alternative to investigating sleep / wake patterns. ing. The sleep / wake determination method is generally a continuous recording of body movements by a device worn by the body and equipped with an accelerometer [Ancoli-Israel S, Cole R, Alessi C, Chambers M, Moocroft W , Pollak CP. The role of activity in the study of sleep and ircadian rhytms. Sleep. May 1, 2003, 26 (3), 342-392].
健康およびフィットネスのための着用可能な電子デバイスは広範囲にわたっており、ほとんどが加速度計を有し、昼間活動を追跡するため、または睡眠パターンを定量化するために、加速度データから活動の様々なメトリクスを計算する。しかしながら、これらの睡眠覚醒判定法に基づくほとんどのデバイスは特定のやり方で手首に着用され、このことが、睡眠を検知して定量化するそれらの能力を制限する。 Wearable electronic devices for health and fitness are widespread and most have accelerometers to track various metrics of activity from acceleration data to track daytime activity or to quantify sleep patterns. calculate. However, most devices based on these sleep awakening methods are worn on the wrist in a specific way, which limits their ability to detect and quantify sleep.
加速度計を装備したTENSデバイスのふくらはぎ上部への、しっかりしたふくらはぎ上部への機械的結合を伴う配置は、ユーザが眠っているときを検知するための斬新な手法と、ユーザの睡眠を解析するための斬新なメトリクスと、芳しくない睡眠の質および/またはむずむず脚症候群などの障害に関連した身体および脚の運動を定量化するための斬新な手法と、これらを利用する拡張された経皮的電気神経刺激(TENS)を提供するための斬新な手法とに対応するために使用され得ることが、現在相当に認識されている。これらの斬新なメトリクスの中には、ベッドでの寝返りに関連した「脚の動き」、「身体の回転事象」、および、ユーザの慢性の痛みばかりでなく、いびきまたは睡眠時無呼吸をもたらし得る問題のある睡眠時の姿勢にも関連する「仰向けの時間」がある。睡眠指標を追跡して報告することに加えて、指標の傾向に基づくユーザへのリアルタイムフィードバックも、ユーザが睡眠の質を改善するのを支援することができる。一例には、仰向けの時間が閾値を超えたとき、(たとえば機械的手段または電気的手段によって)ユーザに警報を与えることがある。別の例には、夜間の痛みによってもたらされる不快感に関連した脚の動きのパターンが検知されたとき、TENS治療の鎮痛効果を拡張するためにTENS刺激パラメータを変更することがある。 Placement of TENS devices equipped with accelerometers at the top of the calf with a mechanical connection to the top of the calf is a novel method for detecting when the user is asleep and to analyze the user's sleep Novel metrics and novel techniques for quantifying body and leg movements associated with distress such as poor sleep quality and / or restless leg syndrome, and extended percutaneous electricity It is now well recognized that it can be used to accommodate novel approaches to providing neural stimulation (TENS). Some of these novel metrics can lead to snoring or sleep apnea, as well as “leg movements”, “body rotation events” and rolling pain associated with rolling in bed There is also a “back-up time” that is also associated with problematic sleeping postures. In addition to tracking and reporting sleep metrics, real-time feedback to users based on indicator trends can also help users improve sleep quality. An example may be to alert the user when the supine time exceeds a threshold (eg, by mechanical or electrical means). Another example may be changing the TENS stimulation parameters to extend the analgesic effect of TENS treatment when a pattern of leg movement associated with discomfort caused by night pain is detected.
したがって、本発明は、ユーザのふくらはぎ上部に配置されるように設計されたTENS刺激器と、ユーザのふくらはぎ上部の周囲を刺激するように設計されて事前構成された電極配列とを備える、斬新なTENSデバイスの提供および使用を含むものである。TENSデバイスに組み込まれた3軸(x、y、z)加速度計が、デバイスの方向に依拠する、各軸(すなわちx、y、z)への静的重力の投影と、各軸における、ユーザのその軸に沿った運動によって経時変化する加速度とを、連続的に測定する。 Accordingly, the present invention comprises a novel TENS stimulator designed to be placed on the upper part of the user's calf and a pre-configured electrode arrangement designed to stimulate around the upper part of the user's calf. Includes provision and use of TENS devices. A triaxial (x, y, z) accelerometer built into the TENS device projects the static gravity onto each axis (ie, x, y, z) and the user in each axis, depending on the direction of the device The acceleration that changes with time due to the movement of the sensor along its axis is continuously measured.
ユーザのふくらはぎ上部における斬新なTENSデバイスの配置は、ユーザが眠っているときを検知するための斬新な手法に対応するため、睡眠を定量化して身体および脚の異常な運動を評価するため、ならびに、そのような睡眠解析を使用する拡張されたTENS治療を提供するために使用される。 The placement of the novel TENS device on the upper part of the user's calf corresponds to a novel method for detecting when the user is sleeping, to quantify sleep and assess abnormal movements of the body and legs, and Used to provide extended TENS therapy using such sleep analysis.
第1に、斬新なTENSデバイスは脚方向を測定し、脚方向は、身体の方向との高度な相関関係があり、したがってユーザの横臥状態を示す(それによってユーザの睡眠−覚醒状態を示す)ものである。具体的には、斬新なTENSデバイスは、脚の「隆起(elevation)」(すなわち水平に対する脚下部の角度)および脚の「回転」(すなわち脚下部の、それ自体の軸のまわりの回転角)といった、脚方向の2つの別個の態様を測定する。 First, the novel TENS device measures the leg direction, which is highly correlated with the direction of the body and thus indicates the user's recumbency (thus indicating the user's sleep-wake state). Is. Specifically, the novel TENS device has a leg “elevation” (ie, the angle of the lower leg with respect to the horizontal) and a “rotation” of the leg (ie, the angle of rotation of the lower leg about its own axis). Are measured in two separate directions in the leg direction.
第2に、斬新なTENSデバイスは脚運動を測定し、これもユーザの睡眠−覚醒状態を示すものである。具体的には、斬新なTENSデバイスは、「正味の活動」(1分間の時間窓の範囲内で平均をとられた、動きに関係する加速度の大きさ)、および「脚の動き」(すなわち睡眠中に生じることが知られている短時間の事象であるが、正味の活動においては明らかでないもの)といった、脚運動の2つの別個の態様を測定する。脚の大きな回転を伴ういくつかの脚の動きは、「身体の回転事象」(ベッドで寝返りを打つとき生じるものなど)としてさらに分類され得る。慢性の痛みおよび他の病状を有する人々には脚の繰り返す動きが生じることがあり、当人(およびその人の睡眠のパートナー)によって感じられる睡眠の質を劣化させる可能性がある。繰り返す脚の動きの定量化および監視は、これらの状態と、これらの状態の傾向とに対する洞察をもたらし得る。 Secondly, the novel TENS device measures leg movement, which also indicates the user's sleep-wake state. Specifically, the novel TENS device has “net activity” (the magnitude of acceleration related to movement averaged over a one-minute time window) and “leg movement” (ie Two distinct aspects of leg movement are measured, such as short events that are known to occur during sleep but are not evident in net activity. Some leg movements with large leg rotations can be further categorized as “body rotation events” (such as those that occur when rolling in bed). People with chronic pain and other medical conditions can experience repeated leg movements that can degrade the quality of sleep felt by the person (and their sleep partner). Repeated leg movement quantification and monitoring can provide insight into these conditions and trends in these conditions.
第3に、斬新なTENSデバイスは、治療の利点を拡張するために、脚運動のこれら2つの測定(すなわち正味の活動および脚の動き)と脚方向の2つの測定(すなわち脚隆起および脚回転)とを組み合わせて、睡眠の定量化を改善し、より正確な定量化メトリクスを利用する。 Thirdly, the novel TENS device is designed to extend these therapeutic benefits to these two measurements of leg movement (ie net activity and leg movement) and two measurements in the leg direction (ie leg uplift and leg rotation). ) To improve sleep quantification and use more accurate quantification metrics.
斬新なTENSデバイスによる睡眠−覚醒状態の判定は、いくつかのステップで進行する。ユーザは、ユーザの脚方向が、選択された期間(たとえば判断する時間窓)の選択された部分(たとえば大部分)にわたって横臥である(すなわち水平に近い)と判定された場合、「寝ている」と見なされる。寝ている状態の間、「睡眠開始」は、ユーザの正味の活動および脚の動きが、規定された期間(たとえば判断する時間窓)にわたって設定された閾値未満になる最初の時間と定義される。睡眠開始に続いて、斬新なTENSデバイスは、正味の活動および脚の動きを測定する。正味の活動がいくらかの規定された閾値未満である時間間隔のすべてを通じて、ユーザは「眠っている」と見なされる。ユーザが横臥している時間のすべてを通じて、正味の活動は、いくらかの正味の活動の閾値未満であり、脚の動きの数は、いくつかの脚の動きの閾値未満であり、身体回転の数はゼロであり、ユーザは「安らかである」と見なされる。脚の静的回転角度が、脚の静的回転角度の2つの閾値の間にある時間のすべてを通じて、ユーザは「仰向け」で眠っていると考えられる。これらの時間およびこれらの時間の割合は、「睡眠時間」および「睡眠の質」の測定値を計算するために使用され得る。次いで、この睡眠解析は、(たとえばユーザおよび/またはユーザの介護人に)報告されてよく、かつ/または拡張されたTENS治療を患者に提供するために使用されてよい。 The determination of sleep-wake state by a novel TENS device proceeds in several steps. If the user's leg direction is determined to be lying (ie, close to horizontal) over a selected portion (eg, most) of a selected time period (eg, a time window to determine), Is considered. While sleeping, “sleep onset” is defined as the first time that a user's net activity and leg movement falls below a set threshold over a specified period of time (eg, a time window to determine). . Following sleep onset, the novel TENS device measures net activity and leg movement. Throughout all of the time intervals where the net activity is below some defined threshold, the user is considered “sleeping”. Throughout all the time the user is lying, the net activity is below some net activity threshold, the number of leg movements is below some leg movement threshold, and the number of body rotations Is zero and the user is considered "being comfortable". Throughout all of the time that the static rotation angle of the leg is between the two thresholds of the static rotation angle of the leg, the user is considered to be sleeping “up on the back”. These times and percentages of these times can be used to calculate “sleep time” and “sleep quality” measurements. This sleep analysis may then be reported (eg, to the user and / or the caregiver of the user) and / or used to provide the patient with extended TENS therapy.
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザに対して経皮的電気神経刺激(TENS)治療を提供するための装置が提供され、前記装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングとユーザの身体との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
ユーザの少なくとも1つの神経を電気的に刺激するための刺激ユニットと、
ユーザの身体の動きおよび身体の方向を感知するための感知ユニットと、
ユーザの、感知された身体の動きおよび身体の方向に基づいて、ユーザにフィードバックを提供するための報告ユニットとを備える。
In one desirable form of the invention, an apparatus is provided for providing percutaneous electrical nerve stimulation (TENS) therapy to a user, the apparatus comprising:
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical coupling between the housing and the user's body;
A stimulation unit for electrically stimulating at least one nerve of the user;
A sensing unit for sensing a user's body movement and body direction;
And a reporting unit for providing feedback to the user based on the user's sensed body movement and body orientation.
本発明の別の望ましい形態では、ユーザに対して経皮的電気神経刺激を与えるための方法が提供され、前記方法は、
ユーザの身体に刺激ユニットおよび感知ユニットを付けるステップと、
刺激ユニットを使用してユーザに電気的刺激を加え、1つまたは複数の神経を刺激するステップと、
感知ユニットからの電気機械の感知データを解析して、ユーザの身体の方向および身体の活動レベルを定量化するステップと、
ユーザの身体の方向および身体の活動レベルに基づいて、刺激ユニットによって加えられる電気的刺激を変更するステップとを含む。
In another desirable form of the invention, a method is provided for providing percutaneous electrical nerve stimulation to a user, said method comprising:
Attaching a stimulation unit and a sensing unit to the user's body;
Applying electrical stimulation to the user using the stimulation unit to stimulate one or more nerves;
Analyzing electromechanical sensing data from the sensing unit to quantify a user's body orientation and body activity level;
Changing electrical stimulation applied by the stimulation unit based on the user's body orientation and body activity level.
本発明の別の望ましい形態では、ユーザの睡眠パターンを監視するための装置が提供され、前記装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングとユーザの身体との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
ユーザの身体の動きおよび身体の方向を感知するように、ハウジングの内部に配設された感知ユニットと、
ユーザの感知された身体の動きおよび身体の方向に基づいて、ユーザにフィードバックを提供するための報告ユニットとを備える。
In another desirable form of the invention, an apparatus is provided for monitoring a user's sleep pattern, the apparatus comprising:
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical coupling between the housing and the user's body;
A sensing unit disposed within the housing to sense a user's body movement and body direction;
A reporting unit for providing feedback to the user based on the user's sensed body movement and body direction.
本発明の別の望ましい形態では、ユーザの睡眠パターンを監視するための方法が提供され、前記方法は、
ユーザの身体に感知ユニットおよびフィードバックユニットを付けるステップと、
感知ユニットを使用して、ユーザの身体の動きおよび身体の方向を判定するステップと、
身体の活動および身体の方向に基づき、前記フィードバックユニットを介して、ユーザにフィードバックを提供するステップとを含む。
In another desirable form of the invention, a method is provided for monitoring a user's sleep pattern, the method comprising:
Attaching a sensing unit and a feedback unit to the user's body;
Using a sensing unit to determine a user's body movement and body direction;
Providing feedback to the user via the feedback unit based on physical activity and body orientation.
本発明の別の望ましい形態では、ユーザに対して経皮的電気神経刺激(TENS)治療を提供するための装置が提供され、前記装置は、
ハウジングと、
前記ハウジングとユーザの脚との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
ユーザの少なくとも1つの神経を電気的に刺激するための刺激ユニットと、
ユーザの脚方向および脚運動を感知するための感知ユニットであって、ユーザの脚方向を感知するステップが、ユーザの脚隆起および脚回転を判定するステップを含み、ユーザの脚運動を感知するステップが、ユーザの正味の活動および脚の動きを判定するステップを含む感知ユニットと、
前記感知ユニットによる判定に基づいて前記刺激ユニットを調節するための制御器とを備える。
In another desirable form of the invention, an apparatus is provided for providing percutaneous electrical nerve stimulation (TENS) therapy to a user, the apparatus comprising:
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical connection between the housing and a user's leg;
A stimulation unit for electrically stimulating at least one nerve of the user;
A sensing unit for sensing a user's leg direction and leg movement, wherein sensing the user's leg direction includes determining a user's leg ridge and leg rotation, and sensing the user's leg movement. A sensing unit comprising determining a user's net activity and leg movement;
And a controller for adjusting the stimulation unit based on the determination by the sensing unit.
本発明のこれらおよび他の目的および特徴が、添付図面と一緒に検討されるべき本発明の望ましい実施形態の以下の詳細な説明によって、より完全に開示されるかまたは明白にされることになり、図面では同じ番号は同じ部品を指す。 These and other objects and features of the invention will be more fully disclosed or clarified by the following detailed description of preferred embodiments of the invention to be considered in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, the same numbers refer to the same parts.
斬新なTENSデバイスの概要
図1は、本発明によって形成された斬新なTENSデバイス100が、ユーザのふくらはぎ上部140に着用されている様子を示すものである。ユーザは、どちらかの脚にTENSデバイス100を着用し得る。
Overview of Novel TENS Device FIG. 1 shows a
図2においてより詳細に示されているTENSデバイス100は、好ましくは、刺激器105、ストラップ110、および電極配列120(当技術において周知のように、カソード電極と、刺激器105に対して適切に接続されたアノード電極とを備える)といった3つの主要な構成要素を備える。刺激器105は、好ましくは機械的および電気的に相互接続された3つの区画101、102および103を備える。区画101、102、103は、好ましくは蝶番機構104(図2にはそのうちの1つだけが示されている)によって相互接続され、それによって、TENSデバイス100は、ユーザの脚の湾曲した組織に順応することができる。本発明の望ましい実施形態では、区画102は、TENS刺激回路(バッテリーを除く)と、ユーザインターフェース要素106および108とを収容する。区画102は、以下で論じられるように、ユーザの身振り、ユーザの脚および身体の方向、ならびにユーザの脚および身体の運動を検知るために、好ましくは半導体チップ加速度計の形式の加速度計152(図4および図6を参照されたい)も収容する。区画102は、リアルタイムクロック505(図4)も収容する。望ましい実施形態では、区画101および103は、TENS刺激回路および他の回路に給電するためのバッテリーと、周囲光の状態を判定するための周囲光センサまたは検知器510(図4および図6)などの他の補助的要素と、TENSデバイス100が他の要素(たとえばスマートフォン860などの携帯用電子デバイス)と無線で通信することを可能にするための、当技術で周知の種類の無線インターフェースユニット(図示せず)とを収容する、より小さい補助の区画である。本発明の別の実施形態では、TENS刺激回路、バッテリー、および本発明の他の補助的要素のすべてを収容するのに、1つまたは2つの区画だけが使用されてもよい。本発明の別の実施形態では、たとえば身体によりよく順応するため、およびユーザの快適さを改善するために、多くの区画が使用される。本発明の別の実施形態では、脚のまわりにTENS刺激回路および他の回路をより均一に分配し、それによって体積を低減するために、フレキシブル回路基板が使用される。
The
ここで、引き続き図2を見ると、ユーザインターフェース要素106は、好ましくは電気的刺激をユーザが制御するための押しボタンを備え、また、ユーザインターフェース要素108は、刺激状態を示すため、およびユーザに他の情報を提供するために、好ましくはLEDを備える。追加のユーザインターフェース要素(たとえば複数LEDの配列、LCDディスプレイ、ポケットベルまたは音声出力を介した音声フィードバック、振動モータなどの触覚デバイス)も設けられてよく、本発明の範囲内であると見なされる。
Turning now to FIG. 2, the
本発明の望ましい実施形態は、図1に示されるように、ユーザのふくらはぎ上部140に着用されるように設計されている。刺激器105、電極配列120、およびストラップ110を備えるTENSデバイス100が、この装置を適所に配置し、次いでストラップ110を締めることによって、ふくらはぎ上部140にしっかりと取り付けられる。
The preferred embodiment of the present invention is designed to be worn on a user's
本発明の望ましい実施形態はユーザのふくらはぎ上部にTENSデバイスを配置するが、追加の身体構造上の位置(腰部上、膝上、および上腕上など)も企図され、本発明の範囲内であると見なされる。 Although the preferred embodiment of the present invention places the TENS device on top of the user's calf, additional anatomical locations (such as on the waist, above the knee, and above the upper arm) are also contemplated and within the scope of the present invention. Considered.
図3は、TENSデバイス100とユーザとの間の電流の概略図である。図3に見られるように、定電流源410からの刺激電流415が、アノード電極420を介してユーザの組織430(たとえばユーザのふくらはぎ上部)に流れ込む。アノード電極420は、導電性の裏打ち(たとえば銀のハッチング線)442およびヒドロゲル444を備える。電流はユーザの組織430を通り抜け、カソード電極432(カソード電極432も、導電性の裏打ち442およびヒドロゲル444を備える)を介して定電流源410に戻る。定電流源410は、好ましくはTENS治療の技術において周知の種類の適切な二相の波形(すなわち二相の刺激パルス)を供給する。この点で、「アノード」電極および「カソード」電極の意味は、二相の波形の状況では純粋に記法上のものであることを理解されたい(すなわち、二相の刺激パルスの、二相のTENS刺激の第2の相における極性が逆になると、電流は、「カソード」電極432を通ってユーザの身体に流れ込み、ユーザの身体から「アノード」電極420を通って戻ることになる)。
FIG. 3 is a schematic diagram of the current between the
TENSデバイス100の前述の態様の構築および使用に関するさらなる詳細が、(i)2015年2月3日にNeuroMetrix社およびShai N.Gozaniらに発行された米国特許第8,948,876号、「APPARATUS AND METHOD FOR RELIEVING PAIN USING TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NERVE STIMULATION」(代理人整理番号NEURO−5960)、および(ii)Shai N.Gozaniらによって2014年3月31日に出願された係属中の先の米国特許出願第14/230,648号、「DETECTING CUTANEOUS “ELECTRODE PEELING” USING ELECTRODE−SKIN IMPEDANCE」(代理人整理番号NEURO−64)、(2014年10月2日に米国特許出願公開第2014/0296934 A1号として公開されている)に開示されており、上記の米国特許および米国特許出願は、参照によってここで本明細書に組み込まれる。
ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器
本発明によれば、TENSデバイス100が(たとえば区画102の内部に)さらに備えるユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は、(i)ユーザの睡眠−覚醒状態を判定するため、(ii)ユーザの睡眠を解析するため、および/または(iii)TENSデバイス100を使用して、拡張された経皮的電気神経刺激(TENS)を供給するためのものである。次に図4を見ると、この目的を達成するために、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は、一般に、前述の加速度計152と、前述のリアルタイムクロック505と、前述の周囲光検知器510と、ユーザの活動(たとえば身体の方向、身体の動きおよび活動のレベル)を計算するためのプロセッサ515と、TENSデバイス100の定電流源410によって供給される刺激電流を、プロセッサ515による判定に従って変更するための制御器520とを備える。
Further details regarding the construction and use of the foregoing aspects of
User State (ie Leg Direction and Leg Movement) Detector According to the present invention, the user state (ie leg direction and leg movement)
TENSデバイスがユーザのふくらはぎ上部において適所にしっかりと取り付けられたとき、TENSデバイス100の加速度計152(図4および図6)の位置および方向がユーザの下肢に対して固定される。TENSデバイス100と下肢140との間がしっかりと機械的に結合されると、ユーザの下肢の動きが加速度計152によって正確に測定され得る。そのような緊密な機械的結合は、好ましくは前述のストラップ110によって確立される。あるいは、緊密な機械的結合は、他の手段(たとえばTENSデバイスを包むフレキシブルバンド)によって確立されてもよい。必要に応じて、TENSデバイス100とふくらはぎ上部140との間で緊密な機械的結合が確立されたことを確認するために、ストラップ110上に張力計109(図1)が設けられてよい。
When the TENS device is securely attached in place at the top of the user's calf, the position and orientation of the accelerometer 152 (FIGS. 4 and 6) of the
ユーザの下肢(すなわちふくらはぎ上部140)の方向および運動を判定するために、加速度計152からのデータが、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515によってリアルタイムで解析される。加速度計152からのデータを解析することによって判定されたユーザの下肢(すなわちふくらはぎ上部140)の方向、運動、および活動レベルは、ユーザの睡眠−覚醒状態および睡眠パターンを判定するのに使用される。TENSデバイス100は、睡眠−覚醒状態および睡眠パターンに基づいて、制御器520を介してその刺激パターン(刺激の強度レベルおよび刺激の開始など)を変更すること、またはユーザに追加のフィードバック(仰向け状態の睡眠期間が閾値を超えた場合には機械的振動など)を供給することができる。
Data from the
本発明のユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500によって測定された脚方向および脚運動の成分は、個々に、または総体として、ユーザの睡眠−覚醒状態を判定するのに寄与し得る。本発明の望ましい形態の1つでは、TENSデバイス100のプロセッサ515は、ユーザの身体の方向と高度な相関関係があるユーザのふくらはぎの方向を測定する。より詳細には、身体の方向が直立していれば、一般に、ユーザが覚醒状態であることの確かな指標であり、横臥の方向は静止状態(たとえば睡眠中に生じるものなど)を示唆する。規則的で堅調な身体の動きは、昼間(すなわち覚醒状態の間)のユーザ活動の結果である可能性が高く、静かな、または低レベルの無意識的な動きは、夜間(すなわち睡眠状態中)のものである可能性が高い。身体の方向と動きのレベルの相互作用は、ユーザの睡眠−覚醒状態を識別するのにも有用であり得る(すなわち、それによって睡眠−覚醒状態の分類を拡張する)。具体的には、横臥である身体の方向および低レベルの身体活動は、一般に、ユーザが眠っていることの優れた指標である。
The components of leg direction and leg movement measured by the user state (ie leg direction and leg movement)
加えて、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のリアルタイムクロック505は、その日の任意の所与の時間における脚方向および脚運動のデータの前述の解析によって取得される睡眠−覚醒状態の分類結果をさらに改善するために、睡眠−覚醒状態の重要な先験的確率を割り当てることを可能にする(すなわち、ユーザは、午前3時には眠っている可能性が高く、午後4時には眠っている可能性が低い)。本発明の望ましい実施形態では、特定の昼間の期間は睡眠状態の先験的確率が低いことを反映するために、ユーザの身体の方向が横臥であると分類するための閾値が、より厳しくされ得る。
In addition, the user state (ie, leg direction and leg movement)
本発明の別の実施形態では、周囲光センサ510からの出力が、睡眠−覚醒の分類結果を改善するのに使用される。周囲光センサ510は、明るく照明された設定よりも暗い設定の方が、ユーザが眠っている可能性が高いという先験的確率を反映するために、ユーザの環境が照光されているのかいないのかを判定するのに使用され得る。したがって、ユーザの体位および運動レベルを分類するための閾値は、睡眠の先験的確率を反映するように調節され得る。
皮膚表面検知器
本発明の望ましい形態の1つでは、TENSデバイス100は、TENSデバイス100がユーザの皮膚にしっかりと据え付けられていることを確認するための皮膚表面検知器を備えてよい。
In another embodiment of the present invention, the output from ambient
Skin Surface Detector In one desirable form of the invention, the
より詳細には、TENSデバイスがユーザに着用されているときには、TENSデバイス100内の加速度計152からの方向および運動の測定は、ユーザの方向および運動のみと結び付けられる。望ましい実施形態では、TENSデバイス100が、ユーザのふくらはぎ上部にしっかりと配置されているかどうかということ、およびしっかりと配置されている時間を判定するために、皮膚表面検知器521が設けられる。次に図5を見ると、望ましい実施形態では、皮膚表面検知器521はTENSデバイス100内部に設けられてよい。より詳細には、本発明の望ましい形態の1つでは、スイッチ220を閉じることにより、電圧源204から20ボルトの電圧がTENS刺激器105のアノード端子212に印加される。TENSデバイスがユーザによって着用されると、アノード電極420とカソード電極432との間に置かれたユーザ組織430が閉回路を形成して、抵抗208および206によって形成された分圧器回路に電圧を印加する。より詳細には、TENSデバイス100がユーザの皮膚上にあるとき、図5に示される等価回路260が現実のシステムを表し、アノード電圧Va 204が、分圧器の抵抗206および208によって感知され得る。増幅器207から測定されるカソード電圧は、ゼロではなく、アノード電圧204に近い値になる。他方では、TENSデバイス100がユーザの皮膚上にないとき、等価回路270が現実のシステムを表し、増幅器207からのカソード電圧はゼロになる。
More specifically, when the TENS device is worn by the user, the direction and motion measurements from the
皮膚表面検知器521は、好ましくは2つのやり方で採用される。
第1に、TENSデバイス100の電極配列120がユーザの皮膚から部分的にまたは完全に分離されたことを皮膚表面検知器521が示すと、TENSデバイス100は、ユーザに対してTENS治療を適用するのを停止することができる。
The
First, when the
第2に、TENSデバイス100の電極配列120がユーザの皮膚から部分的にまたは完全に分離されたことを皮膚表面検知器521が示すと、TENSデバイス100のプロセッサ515は、加速度計152からのデータが、ユーザの脚方向および脚運動の確実な反映ではあり得ないと認識することになり、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は適切に対応する(たとえばユーザに警告を出す)ことができる。この点で、TENSデバイス100がユーザの皮膚上にあることを皮膚表面検知器521が示し、加速度計152がユーザの下肢にぴったり結合されているとき、加速度計152からのデータがユーザの脚方向およびユーザの脚運動を表し得ることを理解されたい。しかしながら、TENSデバイス100がユーザの皮膚上にないことを皮膚表面検知器521が示し、加速度計152がユーザの下肢にぴったり結合されていないときには、加速度計152からのデータは、ユーザの脚方向およびユーザの脚運動を表すことにはならない。
加速度計データの処理
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は、加速度計152からの加速度計データを得てユーザの活動(たとえば身体の方向、身体の動きおよび活動のレベル)を計算するためのプロセッサ515を備える。
Second, when the
Processing of Accelerometer Data In one desirable form of the invention, the user state (ie leg direction and leg movement)
より詳細には、本発明の望ましい形態の1つでは、プロセッサ515は、身体の方向との高度な相関関係がある、したがってユーザの横臥状態を示す(それによってユーザの睡眠−覚醒状態を示す)ユーザの脚方向と、これもユーザの睡眠−覚醒状態および脚運動の活動レベルを示すユーザの脚運動とを測定するのに、加速度計152からの加速度計データを使用し、これらのユーザの脚方向およびユーザの脚運動の判定を使用して、睡眠の定量化を拡張する。
More particularly, in one desirable form of the invention, the
より詳細には、プロセッサ515は、脚の「隆起」(すなわち水平面に対する脚下部の角度)および脚の「回転」(すなわち、脚下部の、それ自体の軸のまわりの回転角)といった、ユーザの脚方向の2つの別個の態様を測定するのに、加速度計152からの加速度計データを使用する。
More particularly, the
また、プロセッサ515は、「正味の活動」(1分間の時間窓の範囲内で平均をとられた、運動に関係する加速度の大きさ)、および「脚の動き」(すなわち睡眠中に生じることが知られている短時間の事象であるが、正味の活動においては明らかでないもの)といった、脚運動の2つの別個の態様を測定するのに、加速度計152からの加速度計データを使用する。脚の大きな回転を伴ういくつかの脚の動きは、「身体の回転事象」(ベッドで寝返りを打つとき生じるものなど)としてさらに分類され得る。
In addition, the
本発明の望ましい実施形態では、ユーザの活動(たとえば身体の方向、身体の動きおよび活動のレベル)を計算するためのプロセッサ515は、以下のように動作するように構築されかつ構成される。400Hzで生成された未加工の加速度計データが、50Hzまでダウンサンプリングされる。その後、「瞬間」の時間スケールが0.1秒と定義される。各軸(x、y、z)における50Hzのデータが各瞬間にわたって別個に平均化され、Ax(t)、Ay(t)、およびAz(t)と表される10Hzの低ノイズデータストリームをもたらす。
In a preferred embodiment of the present invention, the
加速度計データAx(t)、Ay(t)、およびAz(t)は、各軸(x、y、z)に沿った地球の重力の定常予測を捕捉するために、より長い時間窓(たとえば1分の時間窓)にわたるAx(t)、Ay(t)、およびAz(t)の平均である特性を形成するのに使用される。これらの特性は、脚方向(すなわち脚隆起および脚回転)を検知するのに使用される。 The accelerometer data A x (t), A y (t), and A z (t) are used for a longer period of time to capture a steady prediction of the Earth's gravity along each axis (x, y, z). Used to form a characteristic that is the average of A x (t), A y (t), and A z (t) over a window (eg, a 1 minute time window). These characteristics are used to detect leg direction (ie leg protuberance and leg rotation).
加えて、加速度計データAx(t)、Ay(t)、およびAz(t)は、脚の動きによってもたらされた加速度成分を分離するために、高域通過フィルタで静的重力成分を除去される。高域通過フィルタの−3dBポイントは0.5Hzにある。高域通過フィルタをかけられた加速度計データは In addition, the accelerometer data A x (t), A y (t), and A z (t) are subjected to static gravity with a high-pass filter to separate acceleration components caused by leg movement. The component is removed. The -3 dB point of the high pass filter is at 0.5 Hz. The accelerometer data with high-pass filter is
、 ,
、および ,and
と表される。
脚隆起の検知
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は脚隆起を検知するように構成されている。
It is expressed.
Leg Protrusion Detection In one desirable form of the invention, the user state (ie leg direction and leg motion)
より詳細には、睡眠監視の目的で「身体方向の状態」を判定するために本発明が使用する脚隆起は、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515により、TENSデバイス100がユーザのふくらはぎ上部140に配置されているとき(図1)の加速度計152からの測定データに基づいて計算される。次に図6を見ると、望ましい実施形態では、加速度計152は、区画102の内部に収容されたTENS回路の回路基板151上に配置されており、それにより、TENSデバイスがユーザのふくらはぎ上部に配置されたとき、図6の153に示された加速度計の3つの軸の方向(すなわちx軸、y軸、z軸)が既知であって、脚下部と関連づけて固定されており、y軸は脚下部の縦軸に沿って縦方向に整列され、x軸は脚下部の表面に対して接戦方向に、y軸に対して垂直に配設されており、z軸は脚下部の表面から放射状の方向に向いている。
More particularly, the leg protuberances that the present invention uses to determine “body orientation” for sleep monitoring purposes are detected by the
直立して静止したユーザまたは地上に足を載せて着席したユーザのふくらはぎは、直立しているはずである。結果的に、加速度計152のy軸加速度は地球の重力154(図6)による約−1gの値を有することになり、gは地球の重力加速度である。上記の測定は、ふくらはぎ上部140のまわりの区画102の正確な回転位置160に関係なく当てはまる。TENSデバイス100が、ふくらはぎ上部において上下逆さまに配置されたとき(可能性のある配置位置である)、加速度計の軸は図6の155に示されるように回転する。この場合、直立して静止したユーザは、y軸に沿って測定された約+1gの加速度値を有することになる。対照的に、脚をベッドに上げて寝ている静止した横臥のユーザは、y軸に沿って測定された約0gの加速度値を有することになる。望ましい実施形態では、y軸加速度測定の絶対値が閾値よりも大きければ、脚隆起は直立と見なされ、そうでなければ、脚隆起は横臥と見なされる。
The calf of a user standing upright and standing or seated on the ground should be upright. As a result, the y-axis acceleration of
次に図7を見ると、地球の重力ベクトルは下向きであり、仰角θ(172)は、加速度計のy軸のプラス方向(174)と真の水平面(170)との間の角度を表す。望ましい実施形態では、y軸加速度測定の閾値は、脚隆起の角度θ≒30°に対応して水平面から0.50gに設定されるが、他の閾値も使用され得、ユーザは、自分の睡眠の挙動と覚醒の挙動とをよりよく識別するために、この値を調節する選択の自由を有し得る。 Turning now to FIG. 7, the Earth's gravity vector is downward, and the elevation angle θ (172) represents the angle between the accelerometer y-axis plus direction (174) and the true horizontal plane (170). In the preferred embodiment, the y-axis acceleration measurement threshold is set to 0.50 g from the horizontal plane corresponding to the leg ridge angle θ≈30 °, although other thresholds may be used and the user may In order to better discriminate between the behavior of and the wakefulness, you may have the option of adjusting this value.
一般に、y軸に沿って測定された加速度は、次式のように、重力のy軸への投影ばかりでなく、運動からの寄与も含んでいるはずであり、
Ay(t)=±sin|θ(t)|+m(t)[単位はg]
ここで、tは時間であり、m(t)は脚運動による寄与である。特定の±の符号は、ふくらはぎ上部140におけるTENSデバイスの配置に依拠するものであり、それぞれの配置について固定される。運動成分m(t)は、脚隆起を判定する状況では「ノイズ」と考えられ、十分に長い時間窓にわたる平均はゼロになるはずである。
In general, the acceleration measured along the y-axis should include not only the projection of gravity onto the y-axis, but also the contribution from motion, as
A y (t) = ± sin | θ (t) | + m (t) [unit: g]
Here, t is time, and m (t) is contribution by leg movement. The specific ± sign depends on the placement of the TENS device in the
望ましい実施形態では、ユーザの身体の動きを考慮に入れる脚隆起アルゴリズムは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515によって、以下のやり方で実施される。
In a preferred embodiment, the leg lift algorithm that takes into account the user's body movements is implemented by the
ステップ1。角度θのターゲット角の閾値θ0(これは図10のステップ910において示された「閾値1」である)を、|θ|<θ0が、ユーザのふくらはぎ上部140が横臥である場合に対応するように設定する。望ましい実施形態では、ターゲット角の閾値θ0は30°に設定される。
ステップ2。「エポック」と呼ばれる、長さNの、オーバーラップしない時間窓を定義する。各エポックの最後における時間はTと表される。望ましい実施形態では、(標準的な地球重力の単位gの)加速度計データが、エポック(すなわち1分の時間窓)へと区分化される。加速度計データの10Hzのサンプリングレートの状況で、エポックの長さはN=600である。各エポックのサンプルを基に、平均値Ay,Tおよび平均値の標準偏差SEY,Tが計算される。
ステップ3。θT=sin−1Ay,Tとする。θT≒θ0の値は、脚隆起状態の不安定な切換えをもたらす恐れがある。これを低減するために、ヒステリシス帯θ0±θHを定義する。望ましい実施形態では、ヒステリシスパラメータθHは2.5°に設定されるが、他の値も可能である(しかしθ0と比較して小さくとるべきである)。望ましい実施形態では、すべてのエポックについてsin−1を計算するのではなく、その代りに、角度の閾値が加速度の単位に変換され、すなわち2つの閾値Α±=sin(θ0±θH)を計算することにより、それらに対してAy,Tが比較されることになる。 Step 3. Let θ T = sin −1 A y, T. A value of θ T ≈θ 0 can lead to unstable switching of the leg protuberance state. In order to reduce this, a hysteresis band θ 0 ± θ H is defined. In the preferred embodiment, the hysteresis parameter θ H is set to 2.5 °, although other values are possible (but should be small compared to θ 0 ). In the preferred embodiment, instead of calculating sin −1 for all epochs, instead the angle threshold is converted into units of acceleration, ie two thresholds Α ± = sin (θ 0 ± θ H ). By calculating, Ay, T will be compared against them.
ステップ4。ヒステリシス帯が脚隆起状態の不安定な切換えを防止する能力は、平均値Ay,Tの標準偏差であるSEY,Tによって特徴づけられるデータの中のノイズの量に依拠する。データの中のノイズレベルを明らかにするために、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、加速度データAy,Tを閾値A±と比較する。しかしながら、プロセッサ515は、平均値Ay,T自体を閾値A±と比較する代りに「信頼区間」Ay,T±ηSEY,Tを閾値A±と比較する。より具体的には、各エポックについて、先の隆起状態が横臥であった場合、次の状態を直立として分類するためには、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、[|Ay,T|−ηSEY,T]>A+であることを必要とする。先の隆起状態が直立であった場合、次の状態を横臥として分類するためには、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、[|Ay,T|+ηSEY,T]<A−であることを必要とする。望ましい実施形態ではη=3であるが、他の値も可能である。
瞬時活動
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、瞬時活動を検知するように構成されている。
Step 4. The ability of the hysteresis band to prevent unstable switching of the leg uplift depends on the amount of noise in the data characterized by SEY , T, which is the standard deviation of the mean value Ay, T. To account for the noise level in the data, the
Instantaneous Activity In one preferred form of the invention, the
より詳細には、TENSデバイス100がユーザのふくらはぎ上部140に着用されているとき、ユーザの活動が、TENSデバイスの加速度計152によって捕捉されることになる。加速度計152の各軸(x、y、z)が、その軸に沿った加速度ベクトルの投影を測定する。上記で説明されたように、測定された加速度は、脚の動きからの寄与だけでなく地球重力の静的効果も含んでいる。脚の動きからの寄与を分離するために、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、さらなる処理の前に、瞬間データベクトルA(t)=[Ax(t)、Ay(t)、Az(t)]に高域通過フィルタをかける。
More particularly, when the
加速度計の個々の軸に関する加速度成分は身体の動きを解析するための特有の有効な情報を包含しているが、「瞬時加速度」と呼ばれる加速度ベクトルの大きさ The acceleration component for each axis of the accelerometer contains useful information specific to analyzing body movements, but the magnitude of the acceleration vector called "instantaneous acceleration"
が、 But,
と定義され、運動に関連する全体の活動を定量化するために一般に使用される。本発明の望ましい実施形態では、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、この瞬時加速度
And is commonly used to quantify the overall activity associated with exercise. In a preferred embodiment of the present invention, the
を睡眠覚醒判定法の計算に使用する。しかしながら、加速度軸の他の組合せに基づく計算も使用され得る。たとえば、上記で定義された Is used to calculate the sleep / wakefulness detection method. However, calculations based on other combinations of acceleration axes can also be used. For example, as defined above
のように3つの軸のすべてを一様に組み合わせるのではなく、いくつかの軸のみが使用されてよく、または特定の軸が減算によって対比されてもよい。
脚の動き検知器
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、脚の動きを検知するように構成されて得る。
Rather than combining all three axes uniformly as in, only a few axes may be used, or specific axes may be contrasted by subtraction.
Leg Motion Detector In one desirable form of the invention, the
より詳細には、瞬時加速度 More specifically, instantaneous acceleration
は、正常な睡眠中および異常な睡眠中に生じると知られている脚の動きなどの短時間の事象と、歩行、走行、階段昇りなどとの間に生じる持続した活動とから成る時系列である。望ましい実施形態では、脚の動き(LM)は、臨床の文献(Bonnetら、1993年およびZucconiら、2006年)において定義された、周期的な脚の動き(PLM)の検知と一致したやり方で計算されるが、短時間の脚の動きを検知するための他の手法が可能であり、本発明の範囲内であると見なされる。 Is a time series consisting of short-term events, such as leg movements, known to occur during normal and abnormal sleep, and sustained activity that occurs during walking, running, climbing stairs, etc. is there. In a preferred embodiment, leg movement (LM) is in a manner consistent with periodic leg movement (PLM) detection as defined in the clinical literature (Bonnet et al., 1993 and Zucconi et al., 2006). Although calculated, other approaches for detecting short leg movements are possible and are considered to be within the scope of the present invention.
望ましい実施形態では、脚の動き(LM)を検知するアルゴリズムは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515によって、以下のやり方で実施される。
In a preferred embodiment, the algorithm for detecting leg movement (LM) is implemented by the
ステップ1。データ解析により、短時間の脚の動きに高感度であり、しかも特有のものであることが判明している2つの閾値(これらは図10のステップ914に示された「閾値2」およびステップ918に示された「閾値3」である)を定義する。加速度計152によって測定されたデータの分散特性に対して適切な望ましい実施形態では、これらの閾値は、0.02g(図8の816)および0.03g(図8の815)であるが、他の値も使用され得る。
ステップ2。瞬時活動状態(IAS)を定義し、IASをフォールスに初期化する。
ステップ3。各時刻について、瞬時加速度
Step 3. Instantaneous acceleration for each time
を計算する。
ステップ3。各時刻についてIASを以下のように更新する。IAS=フォールスであって、
Calculate
Step 3. The IAS is updated for each time as follows. IAS = false,
であれば、IAS=トゥルーに設定する。IAS=トゥルーであって、 If so, set IAS = true. IAS = true,
であれば、IAS=フォールスに設定する。このように使用される2つの閾値は、IASの急速な切換えを防止するヒステリシスを簡単なやり方で実施するものである。
ステップ4。IASがトゥルーになったとき、脚の動き(LM)期間が開始する。IASがフォールスになって0.5秒以上フォールスのままであるとき、LM期間が終了する。したがって、IAS=フォールスの期間によって囲まれた、IAS=トゥルーの連続した時間間隔は、脚の動き(LM)期間を構成する。しかしながら、IASがトゥルーである隣接した期間の分離が0.5秒未満であれば、IASがフォールスであったこの短い期間は無視される。
If so, set IAS = false. The two thresholds used in this way implement a hysteresis in a simple way that prevents rapid switching of the IAS.
Step 4. When the IAS becomes true, the leg movement (LM) period begins. The LM period ends when the IAS becomes false and remains false for more than 0.5 seconds. Thus, a continuous time interval of IAS = true, surrounded by a period of IAS = false, constitutes a leg movement (LM) period. However, if the separation of adjacent periods in which IAS is true is less than 0.5 seconds, this short period in which IAS was false is ignored.
図8における最上部のパネル(810)は、現実データに対して適用された脚の動き(LM)検知アルゴリズムの一例を示すものである。時間は、瞬時すなわち0.1秒のステップで測定されている。各点およびこれらを接続するライン812は、瞬時加速度
The top panel (810) in FIG. 8 shows an example of a leg motion (LM) detection algorithm applied to real data. Time is measured instantaneously, ie in steps of 0.1 seconds. Each point and the
である。垂直線813は、
It is. The
が最初に閾値815(閾値=0.03g)を上回ったときのものであり、この時点でIASはトゥルーに設定された。瞬時加速度 Was initially above the threshold 815 (threshold = 0.03 g), at which point IAS was set to true. Instantaneous acceleration
は、90番目の瞬時の前に第2の閾値816(閾値=0.02g)未満に下がった。しかしながら、第2の閾値816未満であった期間は0.5秒よりも短いために無視され、LM期間が継続した。垂直線814が示す瞬時は、
Dropped below the second threshold 816 (threshold = 0.02 g) before the 90th instant. However, the period that was less than the
が第2の閾値816を初めて0.5秒以上下回ったときであり、そのためLM期間が終了する。最終結果は、89の瞬時の期間(すなわち8.9秒)を有するLM期間である。
身体の回転検知器
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、身体の回転検知器として機能するように構成されている。
Is below the
Body Rotation Detector In one preferred form of the invention, the
より詳細には、TENSデバイス100(図9)がユーザの脚の下部(すなわちふくらはぎ上部140)に着用されていて、ユーザが横臥位にあるとき、その加速度計152は、そのx−z面において重力の投影を感知することになる。デバイスのx軸と重力ベクトル−gとの間の角度φは、x軸およびz軸における投影された重力値に基づいて計算され得る。軸z’は、TENSデバイス100が取り付けられているユーザの脚の「親指」の方向と合致する。TENSデバイスがユーザの脚の下部(すなわちふくらはぎ上部140)にしっかりと配置されているとき、デバイスのz軸と脚のx’軸との間の角度αが固定される。
More particularly, when the TENS device 100 (FIG. 9) is worn on the lower part of the user's leg (ie, the upper calf 140) and the user is in a recumbent position, the
最終的に、身体の方向角度βは、脚(足の親指が指示する方向として定義される、すなわちz’軸)と地球の重力(z”軸)との間の相対回転位置を定義する。x’軸からx”軸へ測定するとき、角度の値は同一のままである。βとφとの間の関係は、次式のように、導出するのが容易である。 Finally, the body orientation angle β defines the relative rotational position between the leg (defined as the direction indicated by the big toe, ie, the z ′ axis) and the earth's gravity (z ″ axis). When measuring from the x ′ axis to the x ″ axis, the value of the angle remains the same. The relationship between β and φ is easy to derive as follows:
β=180−α−φ
角度αが固定されているので、脚の回転角βは、加速度計152によって測定された角度φから導出され得る。
β = 180−α−φ
Since the angle α is fixed, the leg rotation angle β can be derived from the angle φ measured by the
活動において脚の動き(LM)として分類されるいくらかの短時間の増加が、TENSデバイス100によって測定された回転角φの大きな変化に関連づけられる。十分な大きさの回転は、脚しか含まないということはありそうもなく、寝ているとき、たとえば左側から右側へ、または仰向けから左側もしくは右側へ、全身が寝返りをうつことを表すはずである。したがって、いくつかの脚の動き(LM)は「身体の回転事象」として分類され得る。
Some brief increase in activity, which is classified as leg movement (LM), is associated with a large change in the rotation angle φ measured by the
望ましい実施形態の1つでは、身体の回転検知アルゴリズムは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515により、以下のやり方で角度変化Δφのみを使用して実施される。
In one preferred embodiment, the body rotation detection algorithm is implemented by the
ステップ1。検知された各LM期間について、脚の動きの前後に、短い時間窓の未加工の加速度ベクトルA(t)を選択する。本発明では、この時間窓は瞬時(0.1秒)である。
ステップ2。各LM期間の前後で、Ax(t)、Ay(t)、およびAz(t)を取得するように、各軸においてA(t)の(高域通過フィルタをかけられていない)瞬時値を別個に得る。
ステップ3。LMの前後のこれらの値を使用して、回転角φ(t)=atan2{Ax(t),Az(t)}を計算する。逆正接関数atan2は、−180°<φ(t)<180°の範囲内の角度すなわちすべての4つの可能な象限内の結果を返すものである。 Step 3. Using these values before and after LM, the rotation angle φ (t) = atan2 {A x (t), A z (t)} is calculated. The arc tangent function atan2 returns an angle in the range of −180 ° <φ (t) <180 °, ie results in all four possible quadrants.
ステップ4。回転角の変化Δφ=φafter−φbeforeを計算する。閾値(これは図10のステップ924で示された「閾値4」である)との比較を容易にするために、この差が−180°<Δ(φ)<180°の範囲に入れられ、すなわちΔφ>180°であれば360°を減じ、Δφ<−180°であれば360°を加える。
Step 4. Change in rotation angle Δφ = φ after −φ before is calculated. In order to facilitate comparison with a threshold (which is “threshold 4” shown in
ステップ5。絶対値|Δφ|を閾値と比較する。本発明では、この閾値は50°であるが、他の値も使用され得る。|Δφ|>50°であれば、LM事象を「身体の回転事象」として分類する。 Step 5. The absolute value | Δφ | is compared with a threshold value. In the present invention, this threshold is 50 °, but other values may be used. If | Δφ |> 50 °, the LM event is classified as a “body rotation event”.
図8の中間のパネル(820)は、現実データに対して適用されたこの身体の回転検知アルゴリズムを示すものである。加速度値Ax(t)、Ay(t)、およびAz(t)はトレース821、822、および823にプロットされている。事象の全体にわたって、y軸成分Ay(t)≒0gということは、より低い脚隆起は横臥状態であるという条件と一致している。対照的に、Ax(t)およびAz(t)は、特に時刻30と70との間で、際立った活動を示す。加えて、Ax(t)の定常値は、(LM期間の前の)+1gから(LM期間の後の)−1gへと変化し、身体の回転事象を示唆している。
The middle panel (820) of FIG. 8 shows this body rotation detection algorithm applied to real data. The acceleration values A x (t), A y (t), and A z (t) are plotted in
図8の最下部のパネル(830)は、各瞬時についての仰角θ(833)および回転角φ(834)の計算を示すものである。事象の全体にわたって、仰角θ≒0は、脚の下部が横臥隆起であるということと一致している。対照的に、回転角φは、(白丸831によって表された)φ≒+90°から(黒丸832によって示された)φ≒88°へと変化している。角度の変化はΔφ≒178°であり、全身の(右方向の)回転と一致している。 The lowermost panel (830) in FIG. 8 shows the calculation of the elevation angle θ (833) and the rotation angle φ (834) for each instant. Throughout the event, the elevation angle θ≈0 is consistent with the lower part of the leg being a recumbent protuberance. In contrast, the rotation angle φ has changed from φ≈ + 90 ° (represented by the white circle 831) to φ≈88 ° (indicated by the black circle 832). The change in angle is Δφ≈178 °, which coincides with the rotation of the whole body (in the right direction).
これらの身体の回転は、ユーザの睡眠パターンについて通知するために、ユーザに直接報告されてよい。加えて、身体の回転事象は短時間であり得、活動のエポック平均において活動に関連する増加は明らかになり得ず、したがって、そのエポックは覚醒として分類されなくてよい。ベッドにおける寝返りは、覚醒状態を表さない可能性があり、つかの間の、落着きがない睡眠を表す。短時間の脚の動き(LM)に関連した回転角の変化を評価することによって身体の回転を検知するためのこの斬新な手法は、身体の回転に関連した脚の動きから身体の回転に無関係の脚の動きを差別化することを許容し、したがって臨床診断に役立つ睡眠パターンのより精細な説明を提供するものである。 These body rotations may be reported directly to the user to inform about the user's sleep pattern. In addition, body rotation events can be brief and no activity-related increase in the epoch average of activity can be apparent, and therefore the epoch may not be classified as arousal. Rolling over in bed may not represent an arousal state and represents a brief restless sleep. This novel technique for detecting body rotation by assessing the change in rotation angle associated with short leg movement (LM) is independent of body rotation from leg movement related to body rotation. It provides a finer explanation of sleep patterns that allow differentiating leg movements and therefore useful for clinical diagnosis.
別の望ましい実施形態では、ノイズに対するロバスト性を改善するために、角度φを計算するのに、LMの前後で単一の瞬時のA(t)を使用するのではなく、LMの前後でいくつかの瞬時にわたるA(t)の平均値または中央値が使用される。 In another preferred embodiment, in order to improve robustness against noise, rather than using a single instantaneous A (t) before and after LM to calculate the angle φ, The average or median value of A (t) over that instant is used.
別の望ましい実施形態では、身体の回転検知アルゴリズムは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515により、以下のやり方で角度変化Δβを使用して実施される。TENSデバイスを右脚に配置されて仰向けに寝ている人を考える。つま先が垂直に上方へ向いているとき、TENSデバイスがどちらかの脚に配置されているとβ=0であり、左回り(CCW)の回転に伴ってβが増加し、したがって、脚の回転位置の範囲は、たいがい−80°≦β≦0°であることを思い出されたい。その範囲内にとどまる角度のいかなる変化Δβも、恐らく身体の回転に関連づけられないであろう。対照的に、その範囲内からその範囲外への角度の変化Δβは、たいがい身体の回転に関連づけられる。このように、身体の回転を検知するための閾値は、デバイスが配置される脚に依拠して、角度の変化Δβを使用して調節され得る。すなわち、変化Δβの大きさに加えて、脚の動き(LM)の前後の脚の回転角βの値と、脚の動き(LM)にわたる角度変化Δβの符号とが、身体の回転検知器の性能を改善するために使用され得る。
静的な身体の回転位置検知器
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515は、静的な身体の回転位置検知器として機能するように構成され得る。
In another preferred embodiment, the body rotation detection algorithm is implemented by the
Static Body Rotation Position Detector In one desirable form of the invention, the
より詳細には、睡眠時無呼吸のあるユーザは、仰向けに眠らないように推奨される。
人間の腰の運動の回転範囲は制限されているので、脚の回転位置は体位との高度な相関関係があり、たとえば仰向けに眠っているとき、どちらの足のつま先も、様々な度合いで水平面の上方へ向き、正確に水平面の方向に向くことはありそうもなく、水平面よりも下方へ向くことはあり得ない。この観測は、ユーザのふくらはぎ上部における斬新なTENSデバイスの配置とともに、睡眠解析に対する革新的な補強を可能にする。
More specifically, users with sleep apnea are encouraged not to sleep on their back.
Since the rotation range of the human hip movement is limited, the rotation position of the legs has a high correlation with the body position, for example, when sleeping on his back, the toes of either foot have various degrees of horizontal plane It is unlikely that it will be directed in the direction of the horizontal plane and precisely in the direction of the horizontal plane, and may not be directed downward of the horizontal plane. This observation, along with the placement of a novel TENS device at the top of the user's calf, enables an innovative reinforcement to sleep analysis.
1分に等しい「エポック」の時間スケールと、エポック平均された、高域通過フィルタをかけられていない "Epoch" time scale equal to 1 minute, and epoch averaged, high pass filtered
、 ,
、および ,and
とが、上記で、「脚隆起の検知」とタイトルをつけられた段落において導入されている。仰向けに眠ることに費やした時間は、1分の分解能で報告すれば十分であるので、これらのエポック平均された加速度値は、静的な身体の回転位置を検知する以下のやり方において有利に使用され得る。 Is introduced above in the paragraph titled “Detection of Leg Protrusion”. Since the time spent sleeping on the back is sufficient to report with a resolution of 1 minute, these epoch averaged acceleration values are advantageously used in the following ways to detect static body rotation positions: Can be done.
回転検知器の回転位置角φの定義と一致して、以前と同様に Consistent with the definition of the rotation position angle φ of the rotation detector, as before
とし、ここで And here
および and
は、未加工の(すなわち高域通過フィルタをかけられていない)、エポックTにわたって平均化された加速度である。βT=垂直に対するつま先の角度、とする。φTとβTとの間の関係は、ユーザのふくらはぎ上部におけるTENSデバイスのαで表された回転配置に依拠する。電極ゲル444が粘着性であって、ストラップ110が支持となるので、TENSデバイスは、一旦ふくらはぎ上部140に配置されるとユーザの脚において移動せず、したがって、TENSデバイスがユーザの脚上にある限り、角度は一定である。
Is the acceleration averaged over the epoch T, raw (ie not high-pass filtered). Let β T = toe angle relative to vertical. relationship between phi T and beta T relies on rotating arrangement represented by the TENS device in calf top of user alpha. Since the
次に図9を見ると、ダブルプライム座標系(すなわちx”、y”、z”であり、y”は脚の軸の下方へ延在するので図9には見られない)は、重力が垂直軸に沿った状態で地球に対して固定されており、シングルプライム座標系(すなわちx’、y’、z’であり、y’は脚の軸の下方へ延在するので図9には見られない)は、脚に対して固定されており、プライムのない座標系(すなわちx、y、zであり、yは脚の軸の下方へ延在するので図9には見られない)は、 Referring now to FIG. 9, the double prime coordinate system (ie, x ″, y ″, z ″, which is not seen in FIG. 9 since y ″ extends below the leg axis) 9 is fixed to the earth along the vertical axis and is a single prime coordinate system (ie, x ′, y ′, z ′, and y ′ extends below the leg axis, so FIG. (Not seen) is fixed relative to the leg and has a primeless coordinate system (ie, x, y, z, and y is not seen in FIG. 9 because it extends below the leg axis) Is
および and
を測定するTENSデバイスに対して固定されている。地球座標系は垂直に沿ったz”軸を有し、脚座標系はつま先の方向にz’軸を有し、脚回転角βは地球のx”軸と脚のx’軸との間の角度である。TENSデバイスの角度αは、脚のx’軸から測定された、脚上のTENSデバイスの位置である。TENSデバイスにおける加速度計の軸の情報と、相似三角形の識別を含む幾何学の標準的な技術とを使用すれば、これらの角度はβ=180−α−φによって簡単に関連づけられることが、当業者には明白であろう。したがって、各エポックにおいて、これらの角度はβT=180−α−φTによって簡単に関連づけられる。 Is fixed with respect to the TENS device. The earth coordinate system has a z "axis along the vertical, the leg coordinate system has a z 'axis in the toe direction, and the leg rotation angle β is between the x" axis of the earth and the x' axis of the leg. Is an angle. The angle α of the TENS device is the position of the TENS device on the leg, measured from the x ′ axis of the leg. Using the accelerometer axis information in a TENS device and the standard geometry techniques, including identification of similar triangles, it can be shown that these angles are simply related by β = 180−α−φ. It will be obvious to the contractor. Thus, at each epoch, these angles are simply related by β T = 180−α−φ T.
望ましい実施形態では、角度βを推定することによりユーザが仰向けであるかどうかを判定するのに、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500のプロセッサ515によって以下の簡単なプロシージャが使用される。
In the preferred embodiment, the following simple procedure is used by the
ステップ1。ユーザは、自分の下肢にTENSデバイスを配置してふくらはぎ上部140のまわりにストラップ110をきちんと固定し、脚をほぼ水平にして横になり、つま先を垂直に上方へ向けてじっとしている。
ステップ2。ユーザは、前述の条件が満たされたことをTENSデバイスに知らせる。この指示は、(たとえばボタン106を用いた)一連のボタン押し、加速度計152によって検知される、区画102上の一連の軽打、またはTENSデバイス100と通信するスマートフォン860上の指示の形をとってよい。
ステップ3。つま先がまっすぐ上を向いた状態でβ≒0であり、したがって、 Step 3. Β≈0 with the toes straight up, so
と推定するのは自明なことであり、 It is obvious that we estimate
は、つま先が上を向いた期間中に取得された加速度計データから推定される。計算を容易にするために、この差を、 Is estimated from accelerometer data acquired during the period when the toes are facing up. For ease of calculation, this difference is
の範囲に入れる、すなわち、 In the range of
であれば360°を減じ、 If so, reduce 360 °
であれば360°を加える。
ステップ4。時間Tで終了するすべてのエポックにおいて、この値
If so, add 360 °.
Step 4. This value for all epochs ending at time T
を、 The
を計算するのに使用する。閾値との比較を容易にするために、この差を−180°<βT≦180°の範囲に入れる、すなわちβT>180°であれば360°を減じ、βT≦−180°であれば360°を加える。 Used to calculate In order to facilitate comparison with the threshold, this difference is put in the range of −180 ° <β T ≦ 180 °, that is, if β T > 180 °, 360 ° is reduced, and β T ≦ −180 °. Add 360 °.
ステップ5。仰向けに寝ている、または眠っているユーザに対応するβTの値の範囲を定義する。望ましい実施形態では、−80°<βT<80°であるすべてのエポックを「仰向け」として分類する。この範囲は対称であるため、TENSデバイスをどちらの脚に配置しても、このアルゴリズムは有効である。±90°を10°だけ回避すると、ユーザが横向きに寝ている、または眠っていときに生じる可能性がある値を除外する。別の望ましい実施形態では、(図10のステップ930に存在するはずの)閾値は、デバイスが配置されている脚に依拠する。たとえばデバイスが左脚に配置されていれば、仰向けに寝ている間の角度の範囲は、たいがい0°<βT<80°である。あるいは、デバイスが右脚に配置されていれば、仰向けに寝ている間の角度の範囲は、たいがい−80°<βT<0°である。
Step 5. Define a range of values of beta T corresponding to the user that, or sleeping lying on his back. In the preferred embodiment, all epochs with −80 ° <β T <80 ° are classified as “back-up”. Since this range is symmetric, the algorithm is valid no matter which TENS device is placed on either leg. Avoiding ± 90 ° by 10 ° excludes values that may occur when the user is sleeping sideways or sleeping. In another preferred embodiment, the threshold (which should be present in
ステップ6。睡眠時無呼吸を有するユーザがTENSデバイス100向けのこのオプションを選択すると、ユーザが眠っていると判定されたとき、すなわち、低い活動度で横臥しているとき、たとえば数分といった数組の時間を超えて仰向けになっていると、TENSデバイスはユーザに通知する。この指示は、たとえばTENSデバイス自体の振動の形式、またはスマートフォン860上の警報であり得る。
ステップ7。ユーザが眠っていた可能性の高い、すなわち低い活動度で横臥していた時間(分)を判定した後、ユーザが仰向けであったと判定される部分の時間(分)を判定する。このユーザに、たとえばスマートフォン860を用いて、この割合を報告する。
例示的動作
本発明の望ましい形態の1つでは、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500と、そのプロセッサ515と、その制御器520とを含むTENSデバイス100は、図10の流れ図で示されるやり方で動作するようにプログラムされている。
Exemplary Operation In one desirable form of the invention, a
より詳細には、ユーザのふくらはぎ上部140にしっかりと取り付けられたTENSデバイス100がオンにされたとき、ユーザ状態(すなわち脚方向および脚運動)検知器500は、ステップ902に示されるように、加速度計152、リアルタイムクロック505および周囲光検知器510からデータを収集する。加えて、皮膚表面検知器521は、ステップ904に示されるように、TENSデバイス100の電極配列120がユーザの皮膚に接していることを確認する(よって、TENSデバイス100がユーザのふくらはぎ上部140にしっかりと取り付けられていることを確認する)。
More specifically, when the
ステップ906に示されるように、プロセッサ515は、加速度計152、リアルタイムクロック505および周囲光検知器510からのデータを解析する。
プロセッサ515は、ステップ908に示されるように、ユーザの脚隆起方向を判定し、ステップ910に示されるように、仰角を閾値(すなわち「閾値4」)と比較することにより、ユーザが寝ているかどうかを判定する。
As shown in
The
プロセッサ515は、ユーザが寝ていると判定すると、ステップ912に示されるように、ユーザの脚活動を判定する。
ステップ914に示されるように、ユーザの脚活動が閾値(すなわち「閾値1」)と比較され、ユーザの脚活動が閾値1未満であれば、プロセッサ515は、ステップ916に示されるように、ユーザが安らかに眠っていると判定する。
If the
As shown in
プロセッサ515は、ステップ918に示されるように、(ステップ912で求められた)ユーザの脚活動を別の閾値(すなわち「閾値2」)とも比較し、ユーザの脚活動が閾値2を上回ると、プロセッサ515は、ステップ920に示されるように、ユーザが過度に脚を動かしていると判定する。
The
前述のことに加えて、プロセッサ515は、ステップ922に示されるようにユーザの脚回転の方向も求め、ステップ924に示されるように、ユーザの脚回転の角度の変化を別の閾値(すなわち「閾値3」)と比較して、ユーザの脚回転の角度の変化が閾値3を上回り、しかもユーザの脚の動きが、ステップ918に示されるように閾値(すなわち「閾値2」)を超える場合、プロセッサ515は、ステップ926に示されるように、身体の回転事象が生じたと判定する。
In addition to the foregoing, the
また、プロセッサ515は、ステップ922で求められたユーザの脚回転方向と、ステップ906で求められた加速度計データ解析と、ステップ928で求められたユーザの手足およびつま先が上向きであることの指示とを注視して、ステップ930に示されるようにユーザの体位の分類を判定する。
The
次いで、プロセッサ515は、ステップ932に示されるように、「仰向け」、「(左/右)の横向き」または「うつ伏せ」のようなユーザの位置を特徴づける。
次いで、ステップ916、920、926および932で導出された情報は、ステップ934に示されるように、プロセッサ515によって、ユーザの睡眠期間を解析するのに利用される。(ステップ934で求められた)この睡眠解析の結果は、次いで(ステップ936に示されるように)表示されてよく、(ステップ938に示されるように)ユーザもしくはユーザの介護人にフィードバックを提供するように使用されてよく、かつ/または(ステップ940に示されるように)TENSデバイス100によって供給される刺激電流を調整するように制御器520に指示するのに使用されてよい。
望ましい実施形態の修正形態
本発明は、脚活動および脚方向の自動監視を伴う経皮的電気神経刺激器を提供することが理解されよう。脚方向は、脚隆起および脚回転の状態と、脚隆起および脚回転の状態の変化とを含む。TENS刺激器は、検知された、就寝時間中のユーザの脚活動および脚位置に応答してその動作を変更するようにあらかじめプログラムされ得る。加えて、脚方向および脚活動は、睡眠の質および睡眠時の姿勢を評価するために使用され、すべてが睡眠および健康を改善するための重要な態様である。脚活動パターンも、周期的な脚の動きなどの睡眠障害を診断するのに使用され得、TENS刺激器は、睡眠に対して混乱を引き起こす過大な脚の動きを緩和するために使用され得る。
The
The information derived at
It will be appreciated that the present invention provides a transcutaneous electrical nerve stimulator with automatic monitoring of leg activity and leg orientation. The leg direction includes a state of leg bulge and leg rotation and a change in state of leg bulge and leg rotation. The TENS stimulator may be pre-programmed to change its behavior in response to sensed user leg activity and leg position during bedtime. In addition, leg orientation and leg activity are used to assess sleep quality and sleep posture, all of which are important aspects for improving sleep and health. Leg activity patterns can also be used to diagnose sleep disorders such as periodic leg movements, and TENS stimulators can be used to relieve excessive leg movements that cause disruption to sleep.
本発明は、神経刺激機能なしでも実現され得る。身体の動きおよび位置は、本発明を使用すれば、神経刺激を必要とすることなく監視され、かつ定量化され得る。監視装置(デバイス)は、どちらかの手足の上部など、他の体位に配置され得る。 The present invention can be realized without a neural stimulation function. Body movement and position can be monitored and quantified without the need for neural stimulation using the present invention. The monitoring device (device) can be placed in other positions, such as the upper part of either limb.
その上、当業者により、本発明の特質について説明するために本明細書において記述されかつ図示された詳細、材料、ステップおよび部品の配置における多くの追加変更が、本発明の原理および範囲内に依然としてとどまりながらなされ得ることを理解されたい。 Moreover, many additional modifications in the details, materials, steps, and arrangements of parts described and illustrated herein by those skilled in the art to illustrate the nature of the present invention will fall within the principles and scope of the present invention. It should be understood that this can still be done.
Claims (54)
ハウジングと、
前記ハウジングと前記ユーザの身体との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
前記ユーザの少なくとも1つの神経を電気的に刺激するための刺激ユニットと、
前記ユーザの身体の動きおよび身体の方向を感知するための感知ユニットと、
前記ユーザの感知された身体の動きおよび身体の方向に基づいて、前記ユーザにフィードバックを提供するための報告ユニットとを備える装置。 An apparatus for providing a user with transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) therapy comprising:
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical coupling between the housing and the user's body;
A stimulation unit for electrically stimulating at least one nerve of the user;
A sensing unit for sensing the user's body movement and body direction;
A reporting unit for providing feedback to the user based on the sensed body movement and body orientation of the user.
前記感知ユニットが、前記電気機械センサからの前記データに対して動作する解析ユニットを用いて前記ユーザの動きの状態を判定し、前記データの処理された特性がターゲット領域内にあれば、前記動きの状態が活動中であると見なされ、
前記報告ユニットが、前記ユーザの身体の方向が横臥である累積時間を計算する請求項1に記載の装置。 The sensing unit uses data from an electromechanical sensor, and the state of the mechanical coupling between the housing and the user's body determines the usefulness of the data from the electromechanical sensor; The electromechanical sensor is an accelerometer, and the sensing unit determines an orientation state of the user's body using an analysis unit that operates in a gravitational acceleration measurement of the earth, and the orientation state of the user is Including one from a set consisting of upright or lying down,
The sensing unit determines a state of movement of the user using an analysis unit that operates on the data from the electromechanical sensor, and if the processed characteristic of the data is within a target area, the movement Is considered active,
The apparatus of claim 1, wherein the reporting unit calculates an accumulated time during which the user's body orientation is lying.
前記ユーザの身体に刺激ユニットおよび感知ユニットを付けるステップと、
前記刺激ユニットを使用して、前記ユーザに電気的刺激を加え、1つまたは複数の神経を刺激するステップと、
前記感知ユニットからの電気機械の感知データを解析して、前記ユーザの身体の方向および身体の活動レベルを定量化するステップと、
前記ユーザの身体の方向および身体の活動レベルに基づいて、前記刺激ユニットによって加えられる前記電気的刺激を変更するステップとを含む方法。 A method for providing percutaneous electrical nerve stimulation to a user, comprising:
Attaching a stimulation unit and a sensing unit to the user's body;
Applying electrical stimulation to the user using the stimulation unit to stimulate one or more nerves;
Analyzing electrical machine sensing data from the sensing unit to quantify the user's body orientation and body activity level;
Changing the electrical stimulation applied by the stimulation unit based on the user's body orientation and body activity level.
ハウジングと、
前記ハウジングと前記ユーザの身体との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
前記ユーザの身体の動きおよび身体の方向を感知するように、前記ハウジングの内部に配設された感知ユニットと、
前記ユーザの感知された身体の動きおよび身体の方向に基づいて、前記ユーザにフィードバックを提供するための報告ユニットとを備える装置。 An apparatus for monitoring a user's sleep pattern,
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical coupling between the housing and the user's body;
A sensing unit disposed within the housing to sense movement and body direction of the user;
A reporting unit for providing feedback to the user based on the sensed body movement and body orientation of the user.
前記ユーザの身体に感知ユニットおよびフィードバックユニットを付けるステップと、
前記感知ユニットを使用して、前記ユーザの身体の動きおよび身体の方向を判定するステップと、
身体の活動および身体の方向に基づき、前記フィードバックユニットを介して、前記ユーザにフィードバックを提供するステップとを含む方法。 A method for monitoring a user's sleep pattern,
Attaching a sensing unit and a feedback unit to the user's body;
Using the sensing unit to determine body movement and body direction of the user;
Providing feedback to the user via the feedback unit based on physical activity and body orientation.
ハウジングと、
前記ハウジングとユーザの脚との間の機械的結合をもたらすための装着ユニットと、
前記ユーザの少なくとも1つの神経を電気的に刺激するための刺激ユニットと、
前記ユーザの脚方向および脚運動を感知するための感知ユニットであって、前記ユーザの脚方向を感知するステップが、前記ユーザの脚隆起および脚回転を判定するステップを含み、ユーザの脚運動を感知するステップが、前記ユーザの正味の活動および脚の動きを判定するステップを含む感知ユニットと、
前記感知ユニットによる判定に基づいて前記刺激ユニットを調整するための制御器とを備える装置。 An apparatus for providing a user with transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS) therapy comprising:
A housing;
A mounting unit for providing a mechanical connection between the housing and a user's leg;
A stimulation unit for electrically stimulating at least one nerve of the user;
A sensing unit for sensing the user's leg direction and leg movement, wherein sensing the user's leg direction includes determining the user's leg protuberance and leg rotation, comprising: A sensing unit comprising sensing the user's net activity and leg movement; and
A controller for adjusting the stimulation unit based on a determination by the sensing unit.
Applications Claiming Priority (9)
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