JP6799536B2 - 加速度計を用いるウェアラブル痛みモニタ - Google Patents

Description

本発明は、ユーザの痛みを監視する監視装置及び対応する監視方法に関する。

痛みは、軽度で局所的な不快感から苦痛までの範囲であり得る、神経系において引き起こされる感情である。痛みは物理的及び感情的な要素の両方を持つ。その物理的部分は神経刺激の結果生じる。痛みは、けがのように別個の領域に含まれていてもよく、線維筋痛のような障害の場合のように、より拡散していてもよい。それは、痛みの衝動を脳へ運ぶ特定の神経線維により媒介される。この場合、その意識的な認識は、多くの要因により変更されることができる。ストレスは、あまりにも多くの精神的又は感情的な圧力下にあるときの感情である。ストレスの一般的な兆候は、睡眠障害、発汗、食欲不振、集中困難を含む。痛み及びストレス期間の特定は、健康問題の診断に役立つ場合がある。無意識の患者における痛みは、異なる。なぜなら、患者のフィードバックが取得されることができないからである。

痛みの研究に関する国際社会の定義によれば、「痛み」という用語は、「実際の又は潜在的な組織損傷に関連付けられる、又は斯かる損傷に関して説明される不快な感覚的及び感情的な経験」に関連する。アメリカストレス研究所の定義によれば、「ストレス」という表現は、「変化の要求に対する身体の非特異的反応」と考えられることができる、非常に主観的な現象を表すことができる。「不快感」も、主観的な現象であり、「快適な感情の反対」と関連することができる。

用語「痛み」、「不快感」及び「ストレス」の非常に類似した性質のため、本書で使用される用語「痛み」は、単純化のため、不快感及びストレスも包含する一般的な用語として使用される。

痛みを感じる又は経験することの主観的な性質のため、モニタリングは通常、自己報告及び観察／行動データに基づかれる。斯かる主観的評価は、評価すること及び一般化することが困難であることは明らかである。従って、交感神経／副交感神経のバランスに関連付けられ、収集及び定量化が比較的容易な生理学的データを用いて痛みを測定するためのいくつかの努力がある。

人／患者が痛みを受けるとき、痛みを示す生理学的データが得られることができる。従って、痛み（不快感及び／又はストレスを含む）の影響は、例えば血圧、脈拍数、呼吸数、呼吸努力、又は他のパラメータといった生理学的パラメータが単独又は組み合わせで変化し、しばしば増加することをもたらす。生理学的パラメータのこれらの変化は、患者／人が痛みを経験する程度を決定するための基礎として使用されることができる。

痛みのモニタリング及びストレスのモニタリングは、視覚的アナログスケールを使用することにより行われることができ、これは、痛み、不快感及び／又はストレスのレベルを患者が推定することを要求する。痛みを感じることに関して患者が注意することを求められると、この推定を偏らせ、評価を信頼できないものにする場合がある。痛み、不快感及び／又はストレスのレベルを反映し、かつ患者の注意を必要としない形で、パラメータを目立たなく測定することにより、信頼性が増加されることができる。

痛みやストレスの定量化は、長い間臨床的に必要であった。この目的のために、異なるアプローチが用いられてきた。これは例えば、覚醒及びストレスを測定するために用いられてきたパルス通過時間（ＰＴＴ）を含む。心臓から手へのＰＴＴを推定するため、心電図（ＥＣＧ）電極及びフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）が用いられてきた。これにより、ＰＴＴにおける増加は、ストレス及び痛みを示す。代替的な方法は、痛みモニタリングのためにガルバニック皮膚応答（ＧＳＲ）とＰＰＧとの組み合わせに依存する。ＥＣＧから得られた心拍変動の周波数特徴もまた採用され得る。これらのアプローチはすべて、交感神経活動又は副交感神経活動の関数である。

ＵＳ２０１１／０１１２４２０Ａ１号は、痛みを客観的に判断するデバイスを開示する。このデバイスは、心電図から周期毎にＲ波のピーク値などのピーク関連値を取得する心電情報取得ユニットを有する。ピーク関連値及び出力に関連付けられる変動に基づき痛みが判断される。

ＷＯ２００７／０５２１０８Ａ２号は、生理的病気の予測及び治療のためバイタルサインをモニタリングする方法及びシステムを開示する。このシステムは、患者が痛みに苦しんでいることを示す呼吸数、心拍数、及び体動における変化を検出することができる。呼吸運動及び心拍から生じる信号を導き出すことができる運動センサが提供されることができる。

ＵＳ２０１４／０１２３９１２Ａ１号は、ペット動物のバイタルサインを監視するシステムを開示する。発作の疑いは、音、脈拍、及び呼吸に基づき決定されることができる。加速度計は、静止パターン、活動パターン、動くパターン、及び位置決めパターンを含むペット動物の生体パラメータを測定するために使用されることができる。

上述のアプローチはバイタルサインを利用するが、それらのどれもが、実際には邪魔にならないものではない。なぜなら、それらは、機能的心臓、即ち収縮時に出力を生成する心臓で、ＥＣＧから通常得られる現在のモダリティの使用に基づかれるからである。例えば、粘着性のＥＣＧ電極、指のＳｐＯ２センサ、及び高血圧カフが使用される。代替的に、手／手首のＧＳＲパッチが用いられる。痛み、ストレス及び覚醒モニタリングの目立たない手段に対する必要性が存在する。これは、術後の回復から自宅での慢性痛みモニタリングまでの幅広い用途を持つ。痛み／ストレスを測定する既知のシステムの他の問題は、患者に負担をかけ、通常の日常活動の間には煩雑かつ不便である多数のセンサの使用にある。

本発明の目的は、ユーザの痛みを監視する目立たないデバイス及び方法を提供することである。有利には、痛みの監視の斯かる目立たない手段は、術前及び術中並びに術後回復から家庭での慢性痛みモニタリングまでの広範な用途を持つ。従って、デバイスの動作は、特定の技能をユーザに要求してはならない。逆に、その動作は自明である必要がある。別の目的は、患者により容易に使用されることができ、高度の注意を必要としない痛み／ストレススコアリングシステムの客観的手段を提供することである。更に別の目的は、通常の日常活動中に容易に使用されることができるデバイス及び方法を提供することにある。更に別の目的は、例えば開業医といった第三者による痛み発達の追跡を容易にすることである。

本発明の第１の側面において、ユーザの痛みを監視するデバイスが提示される。このデバイスは、ユーザにより着用される加速度計センサから加速度計信号を受信する受信ユニットであって、加速度計信号が、パルス信号の成分と呼吸信号の成分とを含む、受信ユニットを有する。このデバイスは更に、処理ユニットを有し、この処理ユニットは、上記加速度計信号から上記パルス信号及び上記呼吸信号を得て、修正されたパルス信号を得るため、上記呼吸信号に基づき上記パルス信号を適応させ、修正されたパルス信号に基づき痛み記述子を得るよう構成される。

本発明の別の側面では、ユーザの痛みを監視する方法が提示される。この方法は、
上記ユーザにより着用される加速度計センサから加速度計信号を受信するステップであって、上記加速度計信号が、パルス信号の成分と呼吸信号の成分とを含む、ステップと、
上記加速度計信号から上記パルス信号及び上記呼吸信号を得るステップと、修正されたパルス信号を得るため、上記呼吸信号に基づきパルス信号を適応させるステップと、
修正されたパルス信号に基づき痛み記述子を得るステップとを有する。

本発明の更に別の側面では、コンピュータで実行されるとき、本書に開示される方法のステップをコンピュータに実行させるプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムが提供される。

追加的に、プロセッサにより実行されるとき、本書に開示される方法を実行させるコンピュータプログラムを内部に格納する、非一時的コンピュータ可読記録媒体が提供されることができる。

本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定される。請求項に記載の方法、コンピュータプログラム及び記録媒体は、請求項に記載のデバイス及び従属項に記載されるデバイスと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。

本発明の要旨は、加速度計信号が痛みの定量化を提供するのに十分であるという知見に基づかれる。添付の特許請求の範囲で使用される「痛み」という用語は、「不快感」及び「ストレス」も包含する点に留意されたい。なぜなら、これらの効果の全てが、例えば血圧、脈拍数、呼吸数、呼吸努力、又は他のバイタルサインパラメータの変化といった生理学的パラメータの類似する測定可能な変化を単独で、又は組み合わせでもたらすからである。

従って、単純なデバイス及び方法が提供されることができる。そこでは、単一加速度計センサからの信号が使用される。加速度計センサは、ユーザにより着用される。これは、ウェアラブルデバイスを用いて加速度計センサをユーザの皮膚に付けること、又は例えばユーザの皮膚の下といったユーザに加速度計センサをインプラントすることを含む。好ましくは、加速度計は、パッチ、腕時計、眼鏡又は衣服のようなウェアラブルデバイスに埋め込まれる。

加速度計信号は、パルス信号の成分と呼吸信号の成分とを有する。パルス信号及び呼吸信号は、加速度計信号から抽出される。痛みだけでなく不快感及び／又はストレスに適した記述子を表すために見つけられる修正されたパルス信号を得るため、パルス信号が、呼吸信号に基づき適応される。修正されたパルス信号に基づき、痛み記述子が導出される。好ましくは、本方法が、修正されたパルス信号に基づき、痛み記述子、不快記述子及びストレス記述子のうちの１つ又は複数を得るステップを有する点で、ストレス記述子及び／又は不快感記述子も含まれる。同様に、本デバイスの処理ユニットは、修正されたパルス信号に基づき、痛み記述子、不快記述子及びストレス記述子のうちの１つ又は複数を得るよう構成される。

本発明の文脈において、痛みは、ストレス及び不快感を包含するものと理解されたい。従って、デバイス及び方法は、痛み、不快感及びストレスのうちの１つ又は複数を監視することに関連付けられることができる。これに関連して、痛み記述子は、ストレス記述子及び不快記述子を有する尺度とも見なされる。

本書で使用される「修正されたパルス信号に基づき痛み記述子を得る」とは、修正されたパルス信号から痛み記述子を得る（即ち、修正されたパルス信号だけから）か、又は修正されたパルス信号及び呼吸信号から、特に修正されたパルス信号と呼吸信号との間の関係から痛み記述子を得ることを含む。不快感記述子及び／又はストレス記述子は、同様に評価されることができる。即ち、修正されたパルス信号だけから、又は修正されたパルス信号及び呼吸信号から、特に、修正されたパルス信号と呼吸信号との間の関係から評価されることができる。上記関係は、例えば、２つの信号の相関又はコヒーレンスにより評価されることができる。

代替的に、修正されたパルス信号のセグメント又は修正されたパルス信号の高低周波数成分の比率が、痛み記述子を得るために使用されることができる。痛み記述子を得ることは、パルス信号に対する呼吸信号の重み付けをすること、又は（相関、コヒーレンス又は他の方法を介して）これらの２つの信号間の関係を組み込んだ特徴を得ることを含むことができる。代替的又は追加的に、痛み記述子の導出は、回帰分析を包含する。好ましくは、パルス信号は、パルスレート信号である。不快記述子及び／又はストレス記述子も同様に導出される点を理解されたい。

心拍変動は部分的に、呼吸の結果である。吸気の間、胸郭は膨張し、これは、陰圧を生成し、胸郭内に血液を引き込み、より大きな心臓予荷重を作り、より短いＲ−Ｒ'の間隔／時間をもたらす。なぜなら、予圧の増加に基づき、収縮がより早く起こるためである。呼吸変動は、それが既知の変動であるとき、即ち換気の間に抽出されることができる。本発明は、加速度計信号に基づかれる呼吸測定の追加が、これを置換することができるという知見に基づかれる。

従って、このデバイス及び方法は、加速度計信号を測定する既存のウェアラブルデバイスを利用する。これは、それらを、患者の通常の日常活動の間目立たない態様で使用するのに適したものにする。

加速度計信号から（瞬間的な）パルス信号及び呼吸信号を得るのに、一連のフィルタが使用されることができる。パルス信号及び呼吸信号は、（例えば、高速フーリエ変換を使用して）周波数領域に、又は（例えば、ウィンドウ化フーリエ変換、ウィグナーヴィル又はウェーブレット変換を使用して）時間周波数領域に変換されることができる。呼吸の影響はフィルタリングされることができる。加速度計信号からパルス信号及び呼吸信号を得るため、加速度計信号において１つ又は複数のピークが検出されることができる。

時間にわたりパルス信号と呼吸信号の両方を追跡するのに、時間的アプローチが用いられることもできる。これは例えば、カルマンフィルタ又は隠れマルコフモデルを含むことができる。

パルス信号が導出及び補正される場合、パルス変動性を得るため、連続パルスが使用されることができる。これは、特に対象が休息しているとき、心拍変動と強く相関する。呼吸の影響をフィルタリングした後、痛み、不快感及びストレスの影響を最もよく示すことができる特徴の計算にパルス変動性が用いられることができる。呼吸の影響は、例えば、約０.２〜０.４Ｈｚの人間の呼吸周波数の周りの周波数領域においてノッチフィルタを使用することにより、除去又はフィルタリングされることができる。この周波数は、カルマンフィルタのようなデータモデリング／トラッキング手法を用いて、正確な測定値を取得し、誤ったデータをフィルタリングすることにより、連続的なウィンドウにおいて追跡されることもできる。

オプションのステップは、増加又は変化された脈拍数に起因する修正ステップを含む、血圧及び血圧の変化の指標として、修正された脈拍信号に基づき脈拍強度信号を得るステップにある。この測定値はその後、（重み付けることにより、又は回帰モデルを用いることにより）パルス信号から測定された指標と組み合わせられることができる。多くのパラメータの組み合わせは、より少ない曖昧さで痛み／不快感／ストレスの期間を強調することを可能にする。

修正されたパルス信号を得るため、例えば呼吸信号といった別の信号に基づきパルス信号のような信号を適応させることは、修正されたパルス信号を得るのに、パルス信号及び呼吸信号といった２つの信号に対して任意の数学的方法又はアルゴリズムを用いることを意味する。適切な数学的方法は、修正されたパルス信号を得るため、減算、即ち、呼吸信号（又はその一部）を減算すること、主成分分析、又はパルス信号からのブラインド信号源分離を含む。斯かる修正されたパルス信号は、本質的に浄化されることができる。即ち、呼吸信号の成分は、そこから完全に又は部分的に除去される。

痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子を得ることは、特定の信号に対してより多くの重み又はより少ない重みを与えることにより信号の重み付けをすることを含むことができる。代替的又は追加的に、痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子を導くことは、回帰分析を含むことができる。

修正されたパルス信号、そのセグメント、又は修正されたパルス信号の高低周波数成分の比に、ストレス、不快感及び／又は痛みの程度を表す値及び／又は記号を割り当てるのに、視覚的アナログスケールが用いられることができる。ユーザ／患者は、痛み、不快感及び／又はストレスの主観的な印象を、例えば、０から１０の値を入力することにより割り当てる。例えば、０は痛み、不快感及び／又はストレスのない状態に対応し、１０は最大限の痛み、不快感及び／又はストレスに対応することができる。苦痛／不快感／ストレスが経験される場合、患者はこの視覚的アナログスケールを使用して、デバイスに個別の値を入力することができる。このようにして、特定のユーザ及び／又は患者に関するデバイスが教示されることができる。

代替的に、客観的アプローチでは、痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子は、平均的な患者の感情又は苦痛／不快感／ストレスに関する医療情報に基づき、デバイス又は方法により既に包含されるとすることができる。斯かる情報は更に、年齢、病歴及び投薬を含むことができる。

更に代替的に、両方の尺度が考慮されることができ、及び痛み／不快感／ストレス記述子は、主観的及び客観的なアプローチ、並びにオプションでそれらへの重み付けから導き出されることができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、デバイスは更に、パルス信号及び呼吸信号を測定する加速度計センサを有する。好ましくは、単一の加速度計センサが使用され、センサは更に、対応する複数の加速度信号を提供するよう構成される。代替的に、２つ、３つ、４つ、５つ又はこれ以上の加速度計センサが使用されることができ、その各々は、１つ又は複数の加速度信号を提供するよう構成される。複数の加速方向を測定することが好ましい。なぜなら、これは、正確な加速度信号を決定する可能性を提供するからである。加速度センサは、例えば、異なる空間軸に沿った加速度を示す移動信号を生成するよう構成される多軸加速度計を有することができる。マルチ加速度計は好ましくは、３つの直交する空間軸に沿った加速度を示す３つの加速度計信号を含む移動信号を生成するよう構成された３軸加速度計である。例えば、Ｂｏｓｃｈ ＢＭＡ３５５、ＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＮＩＳ３ＤＳＨ、又はＳＴ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＬＩＳ３４４ＡＬＨ又はＫｉｏｎｉｘ ＫＸＭ５２又はＬＩＳ３０２ＳＧといった３軸加速度計が使用されることができる。しかしながら、異なる空間軸に沿った加速度を示す加速度計信号を生成するのに、他の種類のマルチ加速度計が使用されることもできる。

加速度計センサの数は特に限定されず、例えば、２,３,４,５,６,７,８の異なる加速度センサを有することができる。単一又は少数の加速度計センサの使用は、使い易くより簡単なデバイスを可能にする。３、４、５、６、７、８又は１０センチメートルといった数センチメートルの距離分離れたいくつかの加速度計センサを使用すると、上記加速度計センサのそれぞれについて異なる信号が生成され、これは、動き信号をフィルタリングし、より良い脈拍信号及び呼吸信号を得るのを助けることができる。血圧及び血圧の変動は、痛みも示すので、異なる場所で複数の加速度計センサを適用することにより、ＢＰ代理としてパルス通過時間測定値を得ることが更に可能である。２つ又は３つの加速度計センサの使用が、上述の理由により好ましい。

１つ又は複数の加速度計センサは、人により、例えば、胸骨下の胸部領域又は横隔膜の下の腹部に着用されることができる。複数の加速度センサが使用される場合、それらは、互いにある距離分離間される。上述したように、１つ又は複数の加速度計センサは、パルス信号及び呼吸信号を測定することができる。更に、上記１つ又は複数のセンサは、活動レベル信号を測定するために使用されることができる。

本発明の更なる実施形態によれば、処理ユニットは、加速度計信号からパルス信号及び呼吸信号を得るため、加速度計信号を周波数領域又は時間−周波数領域に変換するよう更に構成される。加速度計信号を周波数領域に変換することは、例えば、高速フーリエ変換を使用して行われることができる。時間−周波数領域への変換は、例えばウィンドウ化フーリエ変換、ウィグナーヴィル又はウェーブレット変換を用いて実行されることができる。呼吸の影響は、フィルタリングされることができる。呼吸の影響は、例えば、約０.２〜０.４Ｈｚの人間の呼吸周波数の周りの周波数領域におけるノッチフィルタを使用することにより、フィルタリングされることができる。この周波数は、カルマンフィルタといったデータモデリング／トラッキング手法を用いて、正確な測定値を取得し、誤ったデータをフィルタリングすることにより、連続的なウィンドウで追跡されることもできる。従って、呼吸信号又はそのセグメントをフィルタリングするステップが包含されることができる。

好ましくは、時系列を周波数スペクトルに変換するフーリエ変換が用いられる。有利なことに、低レイテンシ及び迅速な表示のため、例えば時間的ピーク−ピーク分離といった波形特徴の時間的分離が評価されることができる。オプションで、波形特徴の平均値が表示される。平均化の時間は、波形特徴の時間的分離の変化に基づき適合されることができる。

本発明の別の実施形態によれば、処理ユニットは、加速度計信号からパルス信号及び呼吸信号を得るため、加速度計信号における１つ又は複数のピークを検出するよう構成される。ピーク検出は、任意の適切な方法により実行されることができ、例えば、従来の閾値及び傾き変化検出アルゴリズム並びに相対ピーク検出に関する統計的方法の使用を有する。

本発明の更に別の実施形態によれば、処理ユニットは、修正されたパルス信号を得るため、パルス信号から呼吸信号を減算するよう構成される。呼吸信号は、呼吸信号の一部を依然として包含する修正されたパルス信号を得るため、パルス信号から減算する前に重み付けされることもできる。

本発明の一実施形態によれば、処理ユニットは、修正されたパルス信号に基づきパルス変動性及び／又はパルス強度を決定し、痛み記述子を得るよう更に構成されることができる。従って、本デバイス及びシステムは、パルスの変動性、即ち脈拍数（信号）の第１の偏差を決定することにより、及び／又はパルスの強度を決定して脈拍数（信号）の振幅を決定することにより、脈拍数の時間的変化を説明する。痛み記述子及び／又はストレス記述子などの痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子のうちの１つ又は複数を得ることは、より多くの重み又はより少ない重みを与えることにより、脈拍変動及び／又はパルス強度に重み付けすることを含むことができる。代替的又は追加的に、痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子を導くことは、回帰分析を含むことができる。パルス変動信号及び／又は活動レベル信号は、加速度計センサにより提供されることができる。更に、活動レベル信号は、ユーザの時間分解された運動プロファイルを提供するＧＰＳ追跡デバイスにより提供されることができる。従って、ユーザの様々な活動がよりよく区別されることができる。

痛み及び痛みレベルの進行を示す運動パターンの分析もまた実行されることができる。これは、日常生活の活動の間、又は術後リハビリテーションルーチンといった標準化された運動試験の間のアクチグラフィ、即ち、休息／活動サイクルのモニタリングを通して実現されることができる。アクチグラフィは、アクチメトリ信号を提供する１つ又は複数のアクチメトリセンサを使用することにより実現されることができる。本デバイス及び方法は、提供されるアクチメトリ信号を受信し、修正されたパルス信号を得るため、アクチメトリ信号に基づき呼吸信号及びパルス信号を適合させるよう更に構成されることができる。修正されたパルス信号は、痛み／不快感／ストレス記述子を得るために使用されることができる。アクチグラフィ情報は、活動状況を識別するためにも使用されることができる。従って、痛み／不快感／ストレス記述子は、行われる活動と併せて分析されることができる。例は、手術後に患者がベッドから出ていくことを知ると、痛み記述子が、傷にストレスをもたらす可能性があるこの正確な活動に関連付けられる。

脈圧は、増加又は変化された脈拍数に起因する修正ステップを含む血圧及び血圧の変化の指標として働くことができる。従って、パルス強度が、改善されたパルス信号を得るために使用されることができる。一般に多くのパラメータを組み合わせることが、痛み／不快感／ストレスの期間をより少ない曖昧さで強調することを可能にする。

本発明の別の実施形態によれば、ユーザの追跡信号を提供するためのＧＰＳ追跡デバイスが提供されることができ、上記処理ユニットは更に、上記追跡信号及び上記加速度計信号に基づき上記ユーザの活動レベルを決定し、追加的にユーザの活動レベルに基づき痛み記述子を得るよう構成される。ＧＰＳ追跡デバイスは、アクチグラフィ情報が同様に使用される場合、患者により実行される活動のより正確な推定を可能にする。これは、痛み／不快感／ストレス応答に関する状況及び活動の影響が考慮されるため、このデバイスの信頼性を向上させる。ＧＰＳ追跡デバイスは従来において既知である。アクチグラフィ情報は、ユーザに付けられたアクチグラフィユニットにより取得されることができる。アクチグラフィユニットは、温度、環境光、音のレベル、身震い、及び皮膚抵抗の１つ又は複数を監視するよう構成された１つ又は複数のアクチグラフィセンサを有することができる。代替的に、１つ又は複数の加速度計センサは、ユーザの動き／活動に関する情報といったアクチグラフィ情報を提供するよう構成されてもよい。

本発明の更に他の実施形態によれば、上記処理ユニットは更に、上記呼吸深度に基づき呼吸数及び／又は呼吸パターンを決定し、追加的に呼吸速度及び／又は呼吸パターンに基づき痛み記述子を得るよう構成される。同様に、不快記述子及び／又はストレス記述子も得られることができる。呼吸深度は、胸郭内の負圧の大きさに関連付けられる。測定された呼吸数／呼吸速度は、例えば、息切れが突然のタイプの痛み及び痛みの重症度に関連付けられることを考慮することにより決定されることができる。追加的に、肋骨挫傷又は胸部手術後の浅い呼吸といった患者の呼吸パターンが分析されることができる。これは、痛みの検出の信頼性を更に改善及び強化する。呼吸パターン及び／又は呼吸数は、従来のセンサを用いて決定されることができる。

本発明の一実施形態によれば、痛み記述子を較正する較正ユニットが含まれることができる。不快記述子及び／又はストレス記述子も同様に較正されることができる。較正は例えば、入力を提供することにより実現されることができる。この場合、ユーザは、特定の状況において経験する痛み／不快感／ストレスを入力することができる。斯かる入力は例えば、０から１０の数字である。ここで、０は、ユーザが痛みを経験していないことを反映し、１０は、ユーザが最大の痛みを経験していることを示す。他の段階を備える他のスケールが使用できることも理解されたい。スケールは、根底にある意味の理解を深めるための記号を更に具備することができる。ユーザは例えば、通常の活動の間デバイスを着用し、現在の状況に基づき、ユーザが経験する苦痛／不快感／ストレスを入力することができる。斯かる痛み／不快感／ストレスをもたらす状況が引き起こされることもある。こうして、ユーザは例えば、中程度の激しい痛み／不快感／ストレスに対して５を入力することができ、この値はその後痛み／不快感／ストレス記述子値に割り当てられる。

特定のパルス信号及び呼吸信号が、特定のイベント、即ち特定のレベルの痛み／不快感／ストレスを感じる感覚に割り当てられ、格納され、同様の将来のイベントの場合に参照信号として使用されることができる。ユーザは、より信頼性の高い結果を得るため、デバイスに繰り返し教えることができる。これは、瞬間的なパルス信号及び呼吸信号だけでなく、１秒から１時間、好ましくは１分から３０分又は１０分から２０分のような時間期間にわたるパルス信号及び呼吸信号の発展により反映されることができる特定の状況を考慮することもできる。

本発明の別の実施形態によれば、痛み記述子を表示する出力ユニットが含まれることができる。不快記述子及び／又はストレス記述子も同様に表示されることができる。痛み記述子、不快記述子及び／又はストレス記述子の出力は、数字及び／又は記号を表示することにより実行されることができる。追加的に、表示は、経験された痛み／不快感／ストレス記述子に関する情報をユーザに提供する可聴又は触覚信号を提供することを含むことができる。出力ユニットは、痛み記述子及び／又はストレス記述子を医師に提供することもできる。追加的又は代替的に、出力ユニットは、痛み、不快感及び／又はストレス記述子が重大なレベルに達した場合、ユーザに警報信号を提供するよう構成されることができる。斯かる臨界レベルは例えば、痛み、不快感及び／又はストレス記述子に対する閾値を入力することにより規定されることができる。

一般に、デバイスのいくつかの部分は互いに離れて配置されることができる。例えば、オプションの出力ユニット（及び、オプションの入力ユニット）は、例えば、携帯電話に関するアプリの形である。本書における「アプリ」は、インターネット、コンピュータ、携帯電話又は他の電子デバイスで実行されることができるソフトウェアの一部として使用される。代替的に、センサは、受信ユニット及び処理ユニット及びオプションの出力ユニットから離れていてもよい。追加的に、２つ又は３つの出力ユニットといった１つ以以上の出力ユニットが存在してもよい。これは、ユーザが、痛み、不快感及び／又はストレス記述子の変化を訴えるだけでなく、例えば、医療従事者又は介護者がフォローアップすることを可能にする。

ユーザのストレス、不快感及び／又は痛みを監視するデバイスの概略を示す図である。 ウェアラブル加速度計からのパルス信号及び呼吸信号の取得を概略的に示す図である。 ユーザのストレス、不快感及び／又は痛みを監視するデバイスの主な特徴を概略的に示す図である。 測定された可能な信号の数及び更なる処理ステップを示す図である。 ユーザの痛み／不快感／ストレスを評価するのに使用されることができる視覚的アナログスケールを示す図である。

本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。

図１は、腹部領域に接続された加速度計３０を着用する使用者／対象５０を概略的に示す。加速度計３０は、例えば胸骨の鎖骨下部といった胸部を含む人体の他の部分に着用されることができる点を理解されたい。代替的に、加速度計３０は、これらの位置のいずれかの皮膚の下にインプラントされることもできる。ユーザ５０は、１つ又は複数の加速度計３０を着用することもできる。追加的に、ユーザは、加速度計以外のセンサを着用することもできる。加速度計センサ３０は好ましくは、ユーザ５０のストレス、不快感及び／又は痛みを監視する遠隔デバイス１０に加速度計信号を無線送信する。本発明は、センサ３０からデバイス１０への信号の無線通信に限定されず、有線通信も含む点を理解されたい。これは、本書で使用されるセンサのすべて又は一部について成り立つ。デバイス１０は、センサ３０と共に同じ筐体内で実現されてもよく、遠隔に配置される必要はない。デバイス１０は、加速度計センサ３０から加速度計信号を受信する受信ユニット１２を有する。加速度計信号は、パルス信号の成分、及び呼吸信号の成分を含み、処理ユニット１４に転送される。このユニットは、加速度計信号からパルス信号及び呼吸信号を導出し、修正されたパルス信号を得るため、呼吸信号に基づきパルス信号を適応させる。修正されたパルス信号に基づき、痛み記述子、不快感及び／又はストレス記述子が導出される。痛み記述子、不快感及び／又はストレス記述子は、出力ユニットにより表示されることができる。

図２は、ウェアラブル加速度計３０を胸において搬送する対象５０を概略的に示す。加速度計３０は、時間にわたり特定の信号強度により特徴付けられる生の加速度計信号３８を測定及び送信する。この加速度計信号３８は、ボックス５８で示されるパルス信号２０及び呼吸信号２２をフィルタリングするフィルタリングステップにかけられる。瞬間的なパルス信号及び呼吸信号を得るため、一連のフィルタが使用されることができる。これは例えば、呼吸抽出及び瞬時脈拍数及び脈拍変動に関する、Ｊ. Ｍｕｅｈｌｓｔｅｆｆらによる「Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｕｌｓｅ Ｐｒｅｓｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｕｌｓｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｄｕｒｉｎｇ Ｈｅａｄ-ｕｐ Ｔｉｌｔ Ｔａｂｌｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ ａｎ Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｌｏｃａｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ Ｃａｒｏｔｉｄ Ａｒｔｅｒｙ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＭＢＣ ２０１４のアプローチに従うことができる。

図３は、本発明のデバイス１０の主な特徴を概略的に示す。加速度計センサ３０を含む１つ又は複数のセンサは、受信ユニット１２に加速度計信号３８を供給する。この信号から、処理ユニット１４は、パルス信号２０及び呼吸信号２２を得る。これは、加速度計信号３８を周波数領域又は時間−周波数領域に変換し、周波数ピーク検出を実行することにより実行されることができる。処理ユニット１４は更に、修正されたパルス信号４０を得るため、呼吸信号２２に基づきパルス信号２０を適合させる。本発明の好ましい実施形態によれば、これは、パルス信号２０から呼吸信号２２を減算することにより行われる。時間にわたりパルス及び呼吸信号の両方を追跡するため、時間的アプローチが代替的に使用されることができる。こうして、呼吸の影響は除外される。しかし、呼吸信号２２は、痛み／不快感／ストレス評価の更なる改良として使用されることもできる。

パルス信号２０、特に複数の連続するパルスは、通常心拍変動に強く相関されるパルス変動性を決定するのに使用されることができる。処理ユニット１４は、修正されたパルス信号２０に基づきパルス変動性及びパルス強度を決定し、パルス変動性及びパルス強度から痛み記述子４２、不快記述子４６及び／又はストレス記述子４４を得るよう構成される。痛み、不快感及びストレスの影響を明らかにする特徴の計算のため、呼吸の影響を除外した後、パルス変動性が用いられる。呼吸の影響は、約０.２Ｈｚ〜０.４Ｈｚの呼吸周波数の周りの周波数領域におけるノッチフィルタを使用することにより除外される。カルマンフィルタといったデータモデリング／トラッキング手法を使用して、正確な測定値を取得し、誤ったデータをフィルタリングすることにより、呼吸信号が連続的なウィンドウで追跡されることもできる。次のステップにおいて、修正されたパルス信号４０は、例えば視覚アナログスケールの特定の値に割り当てられる（図５）。ストレスを定量化するため、同じ又は類似のスケールが使用されることができる。修正されたパルス信号４０から得られた割り当てられた痛み記述子４２、不快記述子４６及び／又はストレス記述子４４がユーザ５０に示される。

デバイス１０は、例えば視覚的アナログスケールからの値及び／又はデバイス１０を訓練するための他の医療情報を入力するための較正ユニット１６を更に有することができる。結果、即ち痛み、不快感及び／又はストレス記述子４２,４４,４６が、ユーザ５０が経験する苦痛／不快感／ストレスを示すため、出力ユニット１８を介して表示されることができる。

図４は、パルス信号２０、パルス変動２４、活動レベル２６、及び呼吸数又は呼吸信号２２を提供する加速度計センサ３０を概略的に示す。デバイス１０は、加速度計センサ３０に加えて、ＧＰＳ追跡デバイス３２、パルス信号２４を提供するオプションの手段３４、及び／又は呼吸数／呼吸信号２２を提供する手段３６を更に有することができる。呼吸パターン２８を提供するため、手段３６が使用されることもできる。手段３４及び３６は、既知のセンサを有することができる。手段３４は例えば、フォトプレチスモグラフセンサである。手段３４、３６及びＧＰＳ追跡デバイス３２は、修正されたパルス信号４０の精度を改善するために使用される。ＧＰＳ追跡デバイス３２は、特に活動レベル２６の精度を向上させるのを助ける。手段３４は、呼吸信号２２の精度を向上させるために使用される。追加的に又は代替的に、ユーザ５０の呼吸パターン２８を提供するのに、手段３６が使用されることができる。パルス信号２０、パルス変動信号２４、活動レベル信号２６、呼吸信号２２、及び呼吸パターン２８は、更なる処理のため、適切な変換法に従わされることができる。更に、パラメータ２０、２２、２４、２６、２８が、異なる痛み／不快感／ストレス重症度レベル範囲内又は外であるかどうかが評価されることができる（ステップ６２）。これは、例えば、年齢、病歴、投薬などのデータを入力することによりユーザにより更に改善されることができる（ステップ６０）。このデータは、経験される特定の痛み／不快感／ストレスの重症度に関してユーザ５０により与えられる情報に関連して、異なる痛み／不快感／ストレス重症度レベル範囲を規定するのに使用される。パラメータは、痛みスコアを生成するため、例えば回帰を介して更に評価され、及び組み合わせられる（ステップ６４）。痛みスコアは、痛みスコア表（例えば、図５の痛みスコア表。そこでは、記号のそれぞれに対して、痛みの重症度の０〜１０の特定の程度が割り当てられる）の特定の値又は記号に対応することができる。スコア若しくは記号がステップ６６において、医師、介護者、患者及び／若しくは家族のいずれかに示され、並びに／又は代替的に、個別の痛み警告及びエスカレーション警告（ステップ６８）が、その必要性に応じてユーザに与えられる。不快感及び／又はストレススコアは、上記のステップ６４〜６８に示したのと同様に生成、評価及び表示されることができる。

結論として、本書に提示されるデバイス及び方法は、痛みだけでなく、ユーザのストレス及び／又は不快感を確実にモニタする。利点として、パルス信号及び呼吸信号の終了は、デバイスの低電力消費のため、限られた計算効果を伴う。単一加速度計センサの使用は、デバイスの低電力消費に更に寄与することができる。

本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示され及び説明されたが、斯かる図示及び説明は、説明的又は例示的であると考えられ、本発明を限定するものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。

請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。単一の要素又は他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体において格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。

請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. ユーザの痛みを監視するデバイスであって、
   前記ユーザにより着用される加速度計センサからの加速度計信号を受信する受信ユニットであって、前記加速度計信号が、パルス信号の成分と呼吸信号の成分とを含む、受信ユニットと、
   処理ユニットとを有し、前記処理ユニットが、
   前記加速度計信号から前記パルス信号及び前記呼吸信号を得て、
   前記パルス信号及び前記呼吸信号から前記呼吸信号を分離し、前記分離された呼吸信号に基づき前記パルス信号及び前記呼吸信号から前記呼吸信号を減算することにより、呼吸の影響をフィルタリングして前記パルス信号を得て、
   前記パルス信号から得られるパルス変動性及び／又は前記パルス信号のパルス強度に基づき痛みの尺度を得るよう構成される、デバイス。
2. 加速度計信号を測定する加速度計センサを更に有する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記処理ユニットが、前記加速度計信号からパルス信号及び呼吸信号を得るため、前記加速度計信号を周波数領域又は時間周波数領域に変換するよう更に構成される、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記処理ユニットが、前記加速度計信号から前記パルス信号及び前記呼吸信号を得るため、前記加速度計信号における１つ又は複数のピークを検出するよう構成される、請求項１乃至３の任意の一項に記載のデバイス。
5. 前記ユーザの追跡信号を提供するＧＰＳ追跡デバイスを更に有し、
   前記処理ユニットが更に、
   前記追跡信号及び前記加速度計信号に基づき前記ユーザの活動レベルを決定し、
   追加的に前記ユーザの活動レベルに基づき前記尺度を得るよう構成される、請求項１乃至４の任意の一項に記載のデバイス。
6. 前記処理ユニットが更に、
   前記呼吸信号に基づき呼吸数及び／又は呼吸パターンを決定し、追加的に前記呼吸速度及び／又は前記呼吸パターンに基づき前記尺度を得るよう構成される、請求項１乃至５の任意の一項に記載のデバイス。
7. 前記尺度を較正する較正ユニットを更に有する、請求項１乃至６の任意の一項に記載のデバイス。
8. 前記尺度を表示する出力ユニットを更に有する、請求項１乃至７の任意の一項に記載のデバイス。
9. ユーザの痛みを監視する装置の作動方法において、処理ユニットが、
   前記ユーザにより着用される加速度計センサから加速度計信号を受信するステップであって、前記加速度計信号が、パルス信号の成分と呼吸信号の成分とを含む、ステップと、
   前記加速度計信号から前記パルス信号及び前記呼吸信号を得るステップと、
   前記パルス信号及び前記呼吸信号から前記呼吸信号を分離し、前記分離された呼吸信号に基づき前記パルス信号及び前記呼吸信号から前記呼吸信号を減算することにより、呼吸の影響をフィルタリングして前記パルス信号を得るステップと、
   前記パルス信号から得られるパルス変動性及び／又は前記パルス信号のパルス強度に基づき痛みの尺度を得るステップとを有する、方法。
10. 前記加速度計信号から前記パルス信号及び前記呼吸信号を得るため、前記加速度計信号を記周波数領域又は時間−周波数領域に変換するステップを更に有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記加速度計信号から前記パルス信号及び前記呼吸信号を得るため、前記加速度計信号における１つ又は複数のピークを検出するステップを更に有する、請求項９又は１０に記載の方法。
12. コンピュータに請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法のステップを実行させるためのコンピュータプログラム。

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