(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘルスケア用のウェアラブル装置及びそのための方法に関し、利用者の健康データを測定するために指に装着する装置を提供する。【解決手段】ヘルスケア用ウェアラブル装置１００は、心拍数、血中酸素飽和度および心拍変動の１つ以上から選ばれる利用者の健康データを測定するために指１０５に装着される。測定されたデータに基づいて、睡眠の質を監視し記録することができ、睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）などの障害を決定することができる。ウェアラブル装置は本体１０３と結合された又はその中に組み込まれた光学センサ１０１を含み、光学センサは指の長さ方向に沿って配置された可視光発光素子、赤外光発光素子及び検出器を含むことができる。ウェアラブル装置の動作中、検出された光信号に基づいて心拍数が監視される。心拍数が適応閾値より高いとき、心拍及び血中酸素飽和度の両方が監視される。【選択図】図１
2020142134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の指に第１の光を放射する第１の発光素子と、
前記指に第２の光を放射する第２の発光素子と、
前記指から反射された前記第１の光及び第２の光を検出する光検出器と、
を備え、前記第１及び第２の発光素子と前記光検出器は、前記利用者の生理学的情報を測定する間、前記指の長さ方向に実質的に沿って配置される、
ウェアラブル電子装置。
【請求項２】
前記発光素子及び前記光検出器は、前記装置が装着されるとき、前記発光素子及び前記光検出器が前記指の掌面に前記指の側面に対して所定のオフセット角で設置されるように構成されている、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項３】
前記発光素子及び前記光検出器は、前記発光素子及び前記光検出器が前記指の掌面に前記指の側面に対して２０度から５０度のオフセット角で設置されるように構成されている、請求項２に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項４】
前記第１の発光素子と前記光検出器の間の距離は前記第２の発光素子と前記光検出器の間の距離に実質的に同じである、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の光の波長は異なる、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項６】
前記光検出器は複数の生理学的信号を検出するとともにプロセッサと通信し、前記プロセッサは、
前記生理学的信号をいくつかのデータセグメントにセグメント化し、
前記データセグメントの特徴を抽出し、
前記データセグメントの前記抽出した特徴に基づいて睡眠状態をセグメント評価モデルによって評価し、
前記データセグメントの前記評価した睡眠状態を統合評価モデルによって全て統合する、
請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項７】
前記光検出器はプロセッサと通信し、前記プロセッサは、
前記利用者から反射された前記第１の光に少なくとも部分的に基づいて第１の生理学的信号を検出し、
前記第１の生理学的信号が前記第１の所定の閾値に等しいかそれより低い場合には、第１の段階にとどまり、第１の生理学的信号を測定しつづけ、
前記第１の生理学的信号が前記第１の所定の閾値より高い場合には、第２の段階に入り、前記利用者から反射される前記第１及び第２の光信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１の生理学的信号及び第２の生理学的信号を検出する、
ように構成されている、
請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項８】
前記第１の生理学的信号は心拍信号を含み、前記第２の生理学的信号は血中酸素飽和度信号を含む、請求項７に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項９】
ウェアラブル装置であって、前記ウェアラブル装置は、
利用者の第１の指に少なくとも部分的に装着されるように構成された本体と、
前記本体に結合又は埋め込まれた、前記第１の指の血管から利用者の生理学的情報を検出する光学センサと、
前記本体に結合され且つ利用者が前記ウェアラブル装置を前記第１の指に正しく設置するのを援助するとともに前記ウェアラブル装置の動きを抑制するように作動する合致部と、
を備える、ウェアラブル装置。
【請求項１０】
前記光学センサは、
第１の光を放射する第１の発光素子と、
第２の光を放射する第２の発光素子と、
前記第１の指から反射された前記第１及び第２の光を検出する光検出器と、
を備え、
前記発光素子と前記検出器は前記第１の指の長さ方向に沿って配置されている、
請求項９に記載のウェアラブル装置。
【請求項１１】
前記合致部は前記第１の指に隣接する第２の指を保持するための２つの延長部を備える、請求項９に記載のウェアラブル装置。
【請求項１２】
前記本体に結合される機能コンポーネントを更に備え、前記光学センサが前記機能コン
ポーネントに装着又はそれに内蔵されている、請求項９に記載のウェアラブル装置。
【請求項１３】
前記第１の指に隣接する第２の指を保持する少なくとも１つの延長部を備え、前記機能コンポーネントは、測定中前記第１の指の側面の近くに、前記第１の指に隣接する第３の指に向いて設置されるように構成されている、請求項１２に記載のウェアラブル装置。
【請求項１４】
センサアセンブリであって、前記センサアセンブリは、
利用者の指に少なくとも部分的に装着されるように構成された本体と、
前記本体に装着され且つ前記指の所定の側面領域内の位置で前記利用者の生理学的情報を検出するための少なくとも１つの生理学的センサと、
を備え、
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき、前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように設計された所定の形状を有する、
センサアセンブリ。
【請求項１５】
前記生理学的センサは、前記本体が前記指に装着されたとき、前記指の掌面に前記指の側面に対して所定のオフセットで設置される、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記本体は、前記指の付け根に装着される、開口部のある又はないループ構造を有する、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１７】
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように、所定の方向に配置された軸を有する楕円形である、請求項１４に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記楕円の軸は前記光検出器を通る、請求項１７に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１９】
センサアセンブリを使用する方法であって、前記方法は、
前記センサアセンブリのセンサを指の所定の側面領域内の位置に位置させるために、前記センサアセンブリを前記利用者の指に前記センサアセンブリの本体によって装着するステップと、
前記センサによって前記位置で前記利用者の生理学的情報を検出するステップと、
を備え、
前記本体は、前記指を前記所定の側面領域に向けて圧迫する力を発生するように構成されている、
方法。
【請求項２０】
センサをアセンブルする方法であって、前記方法は、
利用者の指に少なくとも部分的に装着されるように作動する本体を用意するステップと、
前記指の所定の側面領域内の位置で前記利用者の生理学的情報を検出するために少なくとも１つの生理学的センサを前記本体に装着するステップと、
を備え、
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき、前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように設計された所定の形状に構成されている、
方法。
【請求項２１】
請求項６に記載のウェアラブル電子装置から前記セグメント評価モデル及び前記統合評価モデルを構築する方法であって、前記方法は
１つ以上のセンサにより複数の生理学的信号を検出するステップと、
前記生理学的信号をいくつかのデータセグメントにセグメント化するステップと、
前記セグメント化されたデータを複数のデータセットにランダムに分割するステップと、
各データセットの前記データセグメントの特徴を抽出するステップと、
前記複数のデータセットとそのデータセグメントの抽出された特徴に基づいて、前記セグメント評価モデルを生成するステップと、
前記セグメント評価モデルの評価結果を全て統合して前記統合評価モデルを生成するステップと、
を備える方法。
【請求項２２】
前記セグメント化されたデータは、訓練データセット、検証データセット、及び試験データセットにランダムに分割され、前記セグメント評価モデルは、
前記セグメント評価モデルを生成するためにニューラルネットワークを前記訓練及び検証データセットからの前記データセグメントの抽出された特徴を用いて訓練し、
前記生成されたセグメント評価モデルを前記試験データセットからの前記データセグメントの抽出された特徴に基づいて試験することによって、
生成される、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、概して、利用者の健康状態を監視する装置、方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ヘルスケア産業の分野では様々な健康ツールとの一体化技術が非常にポピュラーになってきている。ウェアラブル装置はこのような技術の一カテゴリーである。消費者のために個人的決定のみならず臨床的決定も知らせるために利用し得る多量の健康データを提供するウェアラブル装置の多くが、拡大し続ける利用可能なツールを利用している。一般的に、健康ツールを備えたウェアラブル装置は、非侵襲的方法により利用者の心拍数（ＨＲ）、心拍変動（ＨＲＶ）、血中酸素飽和度、温度、動き、及び／又は他の生態情報を測定することができる。
【０００３】
一つの主な応用分野では、健康ツールはスマートウォッチ又はブレスレットに組み込まれている。しかしながら、スマートウォッチ又はブレスレットはかさばり、長時間の装着に不快になり得る。別の応用分野では、パルス酸素計が利用者の健康データを指先で測定するために使用され得る。スマートウォッチ又はブレスレットと比較して、指先に装着されるパルス酸素計ははるかに軽い。しかしながら、パルス酸素計は特に睡眠中の長時間の指先装着に対して不便で不安定である。
【０００４】
従って、すこしも不便や不快感を利用者に生じさせることなく利用者の健康データを長時間測定し健康状態を監視するために使用されるヘルスケア装置が必要とされている。
【０００５】
本発明の利点は下記の代表的な実施形態の詳細な説明から明らかになり、その詳細な説明は添付図面と併せて検討されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態による、ウェアラブル装置１００の概略図を示す。
【図２】正常な人の手２００の構造を示す。
【図３】人の手の掌面及び背面の皮膚の色の違いを示す。
【図４】本発明の一実施形態による、指に配置されるセンサ１０１の設置範囲を示す。
【図５ａ】一実施形態による、指に対するセンサ１０１の配置の一例を示す。
【図５ｂ】代替実施形態による、指に対するセンサ１０１の配置の別の例を示す。
【図５ｃ】本発明の一実施形態による、センサ１０１と曲げた指との間の接触への影響が小さいことを示す。
【図６】図６ａ−６ｃは、代替実施形態による、異なる形状の合致部を有する３つのタイプのウェアラブル装置１００を示す。
【図７】一実施形態による、ウェアラブル装置１００の好ましい装着方法を示す。
【図８ａ】一実施形態による、圧力制御ユニットを有するウェアラブル装置の概略図を示す。
【図８ｂ】代替実施形態による、別の圧力制御ユニットを有するウェアラブル装置の概略図を示す。
【図９】図９ａ及び９ｂは、一実施形態による、ウェアラブル装置の側面図を示す。
【図１０】一実施形態による、無線通信ユニットを有するウェアラブル装置の動作フローチャート１０００を示す。
【図１１】一実施形態による、ウェアラブル装置の動作フローチャート１１００を示す。
【図１２】一実施形態による、上記のウェアラブル装置の機能コンポーネントの概略構造を示す。
【図１３】一つの代表的な実施形態による、取り外し可能な機能コンポーネントを有するウェアラブル装置の構造を示す。
【図１４ａ】一実施形態による、機能を拡張するために１つ以上の拡張可能なインタフェースを有するウェアラブル装置の構造を示す。
【図１４ｂ】別の実施形態による、機能を拡張するために１つ以上の拡張可能なインタフェースを有するウェアラブル装置の構造を示す。
【図１５】一実施形態による、ウェアラブル装置のためのアプリケーションシステム１５００の概略図を示す。
【図１６】一実施形態による、睡眠状態を評価するフローチャート１６００である。
【図１７】一実施形態による、睡眠状態を評価するよう作動する評価モデルの構築を示すフローチャートである。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ヘルスケア用のウェアラブル装置及びそのための方法に関する。より詳しくは、このウェアラブル装置は利用者の健康データ（限定されないが、心拍数、血中酸素飽和度等）を測定するために指に装着される。測定されたデータに基づいて、睡眠の質及び障害状態、例えば閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）、を監視し、記録することができる。
【０００８】
一実施形態では、利用者用の電子装置は、利用者の指に第１の光を放出する第１の発光素子と、前記指に第２の光を放出する第２の発光素子と、前記指から反射される第１及び第２の光を検出する光検出器とを備え、前記第１及び第２の発光素子と前記光検出器は指の長手方向に沿って配置される。
【０００９】
別の実施形態では、利用者の生理学的情報を検出するウェアラブル装置は、利用者の指に少なくとも部分的に装着されるように構成された本体と、該本体に結合又は内蔵された、指の血管から生理学的情報を検出する光学トランスデューサと、利用者がウェアラブル装置を正しく装着するように案内し且つウェアラブル装置の動きを抑制するように作動する合致部とを備える。
【００１０】
別の実施形態では、利用者の生理学的情報を検出する方法は、第１の段階において、利用者から反射された第１の光に少なくとも部分的に基づいて利用者の第１の生理学的信号を決定するステップと、第１の生理学的信号が第１の所定の閾値より高く増加したかどうかを決定し、そうであれば第２の段階に進み、そうでなければ第１の段階に戻るステップと、第２の段階において、利用者から反射された第１の光及び第２の光に少なくとも部分的に基づいて第１の生理学的信号及び第２の生理学的信号を検出するステップを備える。
【００１１】
別の実施形態では、利用者を目覚めさせる方法は、利用者の心拍数及び心拍変動を監視するステップと、検出された心拍数及び心拍変動がそれぞれの閾値より高いとき、利用者を目覚めさせるステップとを備える。
【００１２】
別の実施形態では、利用者のためのウェアラブルシステムアセンブリは、該ウェアラブル装置は、利用者の指に第１及び第２の光をそれぞれ放射する第１及び第２の発光素子と、前記指から反射される第１及び第２の光を検出する光検出器とを含み、前記第１及び第
２の発光素子と前記光検出器は指の長手方向に沿って配置された、利用者の生理学的情報を検出するウェアラブル装置と、前記ウェアラブル装置を格納し充電するドッキングステーションとを備える。
【００１３】
別の実施形態では、利用者のためのアプリケーションシステムは、利用者の生理学的情報を検出する電子デバイスと、センサ、データベース、エンターテイメント、及び／又はショー者ルネットワークを含む１つ以上の機能ノードと、データ収集及び解析のためにウェアラブル装置及び機能ノードと無線又は有線伝送を介して通信するベースサーバとを備える。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について詳しく言及する。本発明をこれらの実施形態と関連して説明するが、それらは本発明を限定することを意図するものではない。本発明は添付の請求の範囲に含まれる代替例、変更例及び同等例を含むものである。
【００１５】
更に、本発明の以下の詳細な説明において、本発明の完全な理解を提供するために多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、本発明はこれらの具体的な詳細なしでも実施することができることは当業者なら理解されよう。場合により、本発明の特徴を不必要に不明確にしないように、周知の方法、手順、コンポーネント、及び回路は詳細に記載していない。以上の背景を考慮すると、本発明の目的は利用者の健康状態を監視するウェアラブル装置を提供することになる。
【００１６】
本発明の以下の実施形態は、利用者の生理学的情報を測定する、ユーザ装着用のウェアラブル装置について記載する。一実施形態では、ウェアラブル装置は、利用者の健康状態を監視するために利用者の体の一部に少なくとも部分的に装着される。好ましい実施形態では、ウェアラブル装置は、利用者の生理学的情報、例えば心拍数、心拍変動、血中酸素飽和度、ＰＰＧ（フォトプレチスモグラフィ）信号、及び／又はストレス、を測定するために、手足の１つ以上の指に少なくとも部分的に装着される。一実施形態では、手足の指は手の指及び／又は足の指、例えば手の指（ｆｉｎｇｅｒ）又は足の指（ｔｏｅ）を表すが、これに限定されない。好ましい実施形態では、ウェアラブル装置は利用者の健康状態を監視するために指の付け根近くの位置に少なくとも部分的に装着される。例えば、ウェアラブル装置は、一実施形態では、指の基節骨の上に少なくとも部分的に装着される。別の好ましい実施形態では、ウェアラブル装置は容易且つ快適な装着のために利用者の人差し指に装着される。
【００１７】
図１は一実施形態によるウェアラブル装置１００の概略図を示す。一般的に言えば、ウェアラブル装置１００は指に装着できるという要件を満足する限り任意の形状にすることができる。
【００１８】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００は異なるサイズの指に適合するように開いたループを有する本体１０３を備える。更に、ウェアラブル装置１００は本体１０３に装着されたセンサ１０１を備え、該センサ１０１は、ウェアラブル装置１００が利用者の指１０５及び／又は他の同様の部位に本体１０３によって装着されると、利用者の生体情報を検出するように動作し得る。図１の実施形態は説明のためであって、ウェアラブル装置１００の構造及び装着方法はこの実施形態に限定されない。一実施形態では、センサ１０１は、第１の発光素子、第２の発光素子及び少なくとも１つの光検出器を備える光学センサである。一実施形態では、第１の発光素子から発生される第１の光の波長は８５０−１０００ｎｍの範囲内で、例えばＩＲ光であり、第２の発光素子から発生される第２の光の波長は６００−７５０ｎｍの範囲内で、例えば可視光である。第１及び第２の発光素子は第１及び第２の光を指内の血管に放射し、光検出器は指内の血管により反射された第１及び
第２の光を検出するように動作し得る。一実施形態では、血管は指の動脈、例えば親指に沿って走る母指主動脈、人差し指に沿って走る示指とう側動脈、及び／又は他の指に沿って走る指動脈とし得る。利用者の健康状態を伝達する検出された第１及び第２の光信号は更に、利用者の健康データ、例えばＰＰＧ信号、心拍数、心拍変動、及び血中酸素飽和度、を計算し、利用者の健康状態を決定するために使用される。一実施形態では、心拍数及び心拍変動はＰＰＧ信号に基づいて決定される。
【００１９】
一実施形態では、血中酸素飽和度を測定するセンサ１０１の原理は、酸化ヘモグロビン及び脱酸素化ヘモグロビンの第１及び第２の光吸収特性に基づくものである。酸化ヘモグロビンは第１の光をより多く吸収し、第２の光をより多く通す。脱酸素化（又は還元）ヘモグロビンは第２の光をより多く吸収し、第１の光をより多く通す。血中酸素飽和度を決定するために、指１０５の血管により反射され且つ光検出器により検出された第１及び第２の光に基づいて、１Ｎ２／ＩＮ１比が計算され、ここで、ＩＮ１は検出された第１の光の強さを表し、１Ｎ２は検出された第２の光の強さを表す。更に、利用者の心拍数及び心拍変動も第１の光に基づいて検出することができる。第１の光が指１０５の血管により反射されるとき、反射される第１の光の強さは血管内の血液量とともに変化する。それゆえ、心拍ごとに、血管内の血液量が僅かに変化し、それによって検出器により検出される第１の光の強さが変化する。従って、心拍数及び心拍変動は検出される第１の光信号の強さの変化に基づいて決定することができる。代替実施形態では、第１及び第２の発光素子は１つのユニットに組み込み、制御信号に基づいて個別に発光し得るものとする。センサ１０１のこれらの実施形態は説明のためであり、発光素子及び検出器を含む照明装置はこれらの実施形態に限定されない。
【００２０】
図２は正常な人の手２００の構造を示す。図２を図１と組み合わせて説明する。図２に示すように、主血管は手２００の指の側面の近くで、指掌面（指腹面）に対して少しずれた位置にある。従来、ウェアラブル装置は指の先端２１４には多くの毛細血管が存在するために指の先端２１４に装着され、その結果生体情報を比較的容易に検出できる。しかしながら、前述したように、ウェアラブル装置の指先への装着は長時間の装着に対して不快で、不便で、不安定である。それゆえ、ウェアラブル装置１００は、より快適で便利で安定な長時間装着のためには、利用者の指の中間部２１３又は基部２１２に装着するのが好ましい。しかしながら、指先２１４と比較して、指の中間部又は基部は毛細血管が少ない。指の血管からより多くの生理学的情報を得るためには、センサ１０１は主血管２１１の近くに位置させるが好ましい。一実施形態では、健康情報を動脈から検出するためにセンサ１０１は指の動脈の近くに位置させる。動作中、測定の正確さを確保するためにウェアラブル装置１００のセンサ１０１は主血管２１１に近接して固定することが重要である。
【００２１】
更に、図３に示すように、人の手の掌面３２２の皮膚の色は背面３２１より一般的に明るい。そして、異なる人々の中で、特に異なる人種に対して、手の背面３２１の皮膚の色は掌面３２２と比較して遥かに多様である。一般に知られているように、皮膚の色の主な決定因子はメラニンである。皮膚中のメラニンの量が多いほど、皮膚の色は暗くなる。動作中に、光は皮膚のメラニンにより部分的に吸収される。更に、光の吸収率は皮膚中のメラニン量の増加とともに増加する。言い換えれば、光は皮膚の通過中により暗い皮膚によってより多く吸収される。それゆえ、光は指の掌面３２２よりも指の背面３２１により多く吸収され、吸収率は一人一人異なる。更に、第１の光及び第２の光の吸収率はそれらの異なる波長に起因して異なる。一実施形態では、８５０−１０００ｎｍの範囲内の波長を有する第２の光が６００−７５０ｎｍの範囲内の波長を有する第１の光より多くメラニンにより多く吸収される。上述したように、血中酸素飽和度は酸化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの第１及び第２の光吸収特性に基づいて計算されるので、人の皮膚色の変動に起因する背面３２１における不確実で不均等な第１及び第２の光の吸収率のために、センサ１０１の測定精度は背面３２１に装着された場合に大きく影響される。
【００２２】
上述した測定精度への影響を低減し、測定精度を高めるために、センサ１０１は指の所定の側面領域内に置き、主血管２１１に近接して位置させるのが好ましい。一実施形態では、所定の側面領域は側面の近くの領域である。特定の実施形態では、円３２３で模範として示すように、所定の側面領域は指の掌面３２２の上で側面の近くに位置する。図４は、本発明の一実施形態による、センサ１０１が設置される指の側面領域を示す。図４を図１−３と組み合わせて説明する。図４に示すように、指１０５は主に骨４３２と、主血管２１１を含む血管と、腱４３３を含み、主血管２１１は側面の近くに、掌面３２２に対して少しオフセットして位置する。一実施形態では、主血管２１１からより多くの情報を得るために、センサ１０１は掌面３２２に隣接し且つ指１０５の側面の下部（即ち、図４の領域ＩＩ及び／又はＩＩＩ）に設置されるように構成される。好ましい実施形態では、センサ１０１から放出され／センサ１０１へと反射される光が主血管により近くなるように、側面領域の境界と側面との間の角度範囲は２０度から５０度である。
【００２３】
更に、センサ１０１は、指の緯度方向の不均一な皮膚色に起因する皮膚通過光への影響が最小になるように指の長さ方向に沿って位置させるのが好ましい。長さ方向はほぼ指の付け根から指先（又はその逆）までの方向である。緯度方向は長さ方向に対してほぼ直角であり、指の周りに広がる。図５ａは一実施形態によるセンサ１０１の指に対する構成を示す。図５ｂは代替実施形態によるセンサ１０１の指に対する別の構成を示す。図５ａ及び５ｂを図１−４と組み合わせて説明する。図５ａに示すように、センサ１０１は指の長さ方向５４４に沿って設置される。好ましい実施形態では、センサ１０１は掌面３２２に、指側面の下方に血管２１１に隣接して設置される。更に具体的には、センサ１０１は、利用者の健康情報を血管２１１から検出するために長さ方向５４４に沿って設置された第１及び第２の（又は逆の順序の）発光素子５４１及び５４２及び光検出器５４３を備える。好ましい実施形態では、第１の発光素子５４１と光検出器５４３の間の距離は第２の発光素子５４２と光検出器５４３の間の距離にほぼ等しい。図５ｂを参照すると、発光素子５４１及び５４２は光検出器５４３よりかなり小さいため、発光素子５４１及び５４２と光検出器５４３の各々は指の長さ方向５４４に沿って配置され、第１及び第２の発光素子５４１及び５４２は光検出器５４３の同じ側に互いに近接して配置される。好ましい実施形態では、第１の発光素子５４１と光検出器５４３の間の距離は第２の発光素子５４２と光検出器５４３の間の距離にほぼ同じである。当業者なら理解できるように、ウェアラブル装置のこれらの詳細は単なる例示であり、請求の範囲に記載の発明の要旨を限定するものではない。例えば、第１及び第２の発光素子５４１及び５４２は光検出器のいずれの側に配置してもよく、また第１及び第２の発光素子のいずれか１つを他の１つの上に配置してもよい。
【００２４】
上述したように、第１及び第２の光の吸収率は指の背面３２１のメラニンにより大きく影響され、測定の精度に影響を及ぼし得る。図５ａに示す配置によれば、センサ１０１の構成は片側でよりコンパクトであり、掌面３２２内におけるセンサ１０１の指の周囲の回転の許容範囲が大きくなる。これは、発光素子と検出器が長さ方向に沿って、緯度方向に対して同じ高さに配置されるためである。発光素子と検出器が緯度方向に沿って配置される場合と比較すると、センサ１０１が指の周りを回転する場合、発光素子と検出器が回転中に掌面内に維持される許容範囲が大きくなる。更に、発光素子及び検出器５４１−５４３は側面のすぐ近くの掌面に長さ方向に沿って配置されるために、指が図５ｃに示すように折り曲げられたとき、押し出される掌面５４５がセンサ１０１と指の皮膚との接触に影響を与えない。
【００２５】
図１の実施形態では、ウェアラブル装置１００は、利用者がセンサ１０１を備えたウェアラブル装置１００を目標位置に正しく設置するよう案内し、長時間の装着及び測定中にウェアラブル装置１００が指１０５の周りを回転するのを抑制するために、合致部１０４
を更に含むことができる。一実施形態では、合致部１０４は、図１に示すように、本体１０３に結合された少なくとも１つの延長部を備える。一実施形態では、延長部は本体１０３の側面に構成された翼部を備える。合致部１０４の材料は所望の固定度に応じて剛性又は弾性材料としてよい。ウェアラブル装置１００を指１０５に装着するとき、対象の指１０５に隣の指１０６が合致部１０４と結合され、これが利用者のウェアラブル装置１００の正しい装着を案内し、ウェアラブル装置１００の回転を抑制する。好ましい実施形態では、ウェアラブル装置１００は安定性の向上のために隣の指を保持する２つの延長部を備える。合致部１０４は長時間の快適な装着のために指の形に対応するように設計される。代替実施形態では、合致部１０４は本体１０３に結合された開口部のある又はないループを備える。ウェアラブル装置１００が指１０５に装着されるとき、そのループは利用者のウェアラブル装置１００の正しい装着を案内し、ウェアラブル装置の回転を最低にするように構成される。
【００２６】
図６ａ−６ｃは、代替実施形態による、異なる形状の合致部１０４を有するウェアラブル装置１００を示す。図６ａでは、合致部１０４は、隣の指と結合するように本体１０３の側面に対称に構成された２つの延長部を備える。図６ｂでは、合致部１０４は、隣の指の形状及び構造に適合するように、本体１０３の側面に隣の指に向けてずらせて構成された２つの延長部を備える。このような構成によれば、ウェアラブル装置１００の長時間装着中、特に睡眠中に、利用者はより快適に感ずる。図６ｃでは、本体１０３に対する合致部１０４の構成は図６ｂに類似するが、その合致部１０４は隣の指と結合する開口部がある又はないループである。当業者なら理解されるように、図６ａ−６ｃで与えられる実施形態は例示であって、本体１０３及び合致部１０４の構造及び機構の限定を意図するものではない。一実施形態では、ウェアラブル装置１００は更に、センサ１０１に結合されたデータ処理のための処理装置を備える。別の実施形態では、センサ１０１は有線又は無線伝送により外部のプロセッサ又はサーバと通信可能である。
【００２７】
一実施形態では、ウェアラブル装置１０１は、図１に示すように機能コンポーネント１０２を含む。必要に応じ、機能コンポーネント１０２は、本体１０３に装着及びそれから取り外すことができるように、取り外し可能にすることができる。従って、利用者は同じ機能コンポーネント１０２を使用しながら、本体１０３を異なるヒトの指にフィットする別のサイズのものと取り替えることができる。センサ１０１を指の適切な面、即ち指１０５の掌面３２２の近くであって、側面から所定の角度、即ち２０−５０の角度オフセットした面に装着するために、本体１０３に装着されたセンサ１０１を有する機能コンポーネント１０２は、ウェアラブル１００が利用者の指１０５に装着されたとき、機能コンポーネント１０２が指１０５の側面に近接するように適切に構成される。一実施形態では、機能コンポーネント１０２は、ウェアラブル装置１００を正しい位置に装着するように利用者を案内するよう機能する。例えば、ウェアラブル青内１００が人差し指に装着され、機能コンポーネント１０２が親指の方へ突出する場合には、機能コンポーネント１０２の形状は親指の形状及び人差し指と親指との関係に適合するように設計される。
【００２８】
図７は、一実施形態によるウェアラブル装置１００の好ましい装着方法を示す。図７を図１と組み合わせて説明する。ウェアラブル装置１００が本体１０３によって人差し指１０５に装着されるとき、機能コンポーネント１０２は親指７０７に向かって置かれ、機能コンポーネント１０２の上面はユーザがウェアラブル装置１００を正しい位置に正しく装着するのを案内するように母指７０７の側面と整列する。好ましい実施形態では、ウェアラブル装置１００は容易で快適な装着のために人差し指７０５の基節骨に装着される。更に、合致部１０４は隣の指と結合され、ウェアラブル装置１００を正しい位置に整列させるとともに、長時間の装着及び測定中、特に睡眠中にウェアラブル装置１００が人差し指７０５の周りを回転するのを抑制する。
【００２９】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００は更に、ウェアラブル装置１００と指との間の圧力を制御する圧力制御構成を備える。使用中に、ウェアラブル装置１００の指への装着がきつすぎる場合、血流が妨げられ、測定の精度が影響を受ける。ウェアラブル装置１００の指への装着がゆるすぎる場合、光の漏れが生じ、測定精度に影響を及ぼす。図８ａは、一実施形態による圧力制御部を有するウェアラブル装置１００の概略図を示す。図８ｂは、代替実施形態による別の圧力制御部を有するウェアラブル装置１００の概略図を示す。図８ａ−８ｂを図１と組み合わせて説明する。図８ａ及び８ｂで与えられる実施形態は例示であって、圧力制御部の構造及び機構を限定するものではない。図８ａに示すように、所定の変形係数を有する屈曲可能部８７１が様々なサイズの指に装着するために本体１０３及び／又は合致部１０４内に埋め込まれる。ウェアラブル装置１００が指１０５に装着されるとき、屈曲可能部８７１は指１０５に適切な範囲内の締め付け圧を与える。図８ｂに示すように、１つ以上の突起８７２が本体１０３の内面に構成される。一実施形態では、少なくとも１つの突起８７２は弾性材料で形成される。別の実施形態では、本体１０３は、少なくとも部分的に、弾性材料で作られる。ウェアラブル装置１００が異なるサイズの異なる指に装着されるとき、突起８７２を有するウェアラブル装置１００は指に適切な範囲内の圧力を指に与える。他の実施形態では、ウェアラブル装置１００の締付け度は調整可能であり、ウェアラブル装置１００と指１０５との間の圧力を検出する圧力センサを更に備える。圧力センサが第１の閾値より高い圧力又は第２の閾値より低い圧力を検出する場合、ウェアラブル装置１００の締付け度は自動的に又は利用者により手動的に調整される。
【００３０】
図９ａは、一実施形態による圧力制御構成を有するウェアラブル装置１００の概略図を示す。図９ｂは、対象の実施形態による、ウェアラブル装置１００が指に装着される際に指に働く圧力を制御する方法を示す。図９ａ及び９ｂを図１と組み合わせて説明する。図９ａに示すように、本体１０３は、ウェアラブル装置１００が指に装着される際に指をセンサ１０１に押し付ける力が発生されるように構成されたループ構造を備える。
【００３１】
更に、指先に装着される従来のパルス酸素濃度計と異なり、ウェアラブル装置１００は指の基部に装着されるように設計される。２つの指の基部間の空間は指先間の空間より著しく小さいため、本体１０３の形状は、ウェアラブル装置１００が指に装着されるとき、隣の指の動きに影響を与えずに、指への力をセンサ１０１に向けて発生するように設計することができる。一つの好ましい実施形態では、本体１０３は変形可能材料で作り、本体１０３のループ構造は、ウェアラブル装置１００が指に装着されるとき指への標的力をセンサ１０１に向けて発生させるために、所定の方向に配置された軸を有する楕円形にする。もっと具体的な実施形態では、ループ構造の楕円形の軸はセンサ１０１を通過する。
【００３２】
図９ｂに示すように指がウェアラブル装置１００の本体１０３に挿入されるとき、特別形状の本体１０３は指に対して僅かに変形し、指をセンサ１０１に付着させることができる。指に対する本体１０３の変形によって矢印で示す指への力９０１が発生される。それゆえ、指はセンサ１０１にきつく付着されて光の漏洩及び周囲光の影響が避けられる。
【００３３】
一実施形態では、機能コンポーネント１０２は、内部の機能ユニット、例えばＰＣＢ及びセンサ１０１、を支持し保護するために少なくとも部分的に剛体材料で造られるが、本体１０３及び／又は合致部１０４は異なる指サイズに適合するように可撓性である。一実施形態では、機能コンポーネント１０２は、内部機能ユニットの筐体として内側に剛体層が配置され、使用中の剛体層の保護のために可撓性層が剛体層を覆う。
【００３４】
ウェアラブル装置１００の組立プロセス中に、一実施形態では、最初に機能コンポーネント１０２の剛体層を形成し、その後可撓性材料を剛体層上に成形して保護層を形成し、さらに延長して本体１０３及び合致部１０４を形成する。その後、センサ１０１を含む機
能ユニットを剛性筐体内に組み立て、防水材料をセンサ１０１の周縁に配置する。ウェアラブル装置が装着される指から利用者の生理学的情報を検出するために検出表面を筐体の開口部を通して外部に露出させる。従って、機能ユニットは水密に封止される。
【００３５】
代替実施形態では、最初に機能コンポーネントの外部保護層、本体１０３及び合致部１０４を可撓性材料で形成する。その後、接着剤を保護層の内面の周囲に注入して剛体層を機能ユニットの筐体として形成する。その後、センサ１０１を含む機能ユニット１０１を剛性筐体の内部に組み付けるとともに、センサ１０１の検出面を筐体開口部で外部に露出させる。
【００３６】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００は更に、ウェアラブル装置１００からのデータを外部装置、例えば基地局サーバに、専用プロトコル又は非専用プロトコルを用いて無線周波数（ＲＦ）リンクで送信するよう動作する無線通信ユニットを備える。一実施形態では、無線通信ユニットは通信用に近距離無線通信（ＮＦＣ）チップを備える。動作中、ウェアラブル装置１００を特定の電子デバイス、例えばスマートフォン、に近づけると、電子デバイスは無線通信ユニットを介してウェアラブル装置１００を検出し、利用者の健康情報を指から測定するようにウェアラブル装置１００をトリガする。更に、ウェアラブル装置１００は測定結果を、更なる処理、記録及び／又は表示のために、無線通信ユニットを介して電子デバイスに転送する。一実施形態では、無線通信ユニットは利用者の識別情報（ＩＤ）を格納し、利用者情報の追加の入力操作なしに健康情報を利用者ＩＤとともに電子デバイスに送信する。代表的な実施形態では、特定アプリケーション（ＡＰＰ）がインストールされた電子デバイスが近くのウェアラブル装置１００を検出すると、電子デバイスはＡＰＰを介してウェアラブル装置１００の測定をトリガする。その後利用者の測定された健康データがウェアラブル装置１００からＡＰＰへ更なる処理のために送信される。一実施形態では、ＡＰＰは測定結果を更なる処理のためにクラウド又はデータベースにアップロードする。
【００３７】
一実施形態では、例えば機能ユニット１０２のメインパネルに指紋認証機能を設定するために指紋認証ユニットが機能コンポーネント１０２に組み込まれる。ウェアラブル装置１００を使用するつもりの人は、指、例えば親指を機能コンポーネント１０２のメインパネルに押し付けることによって指紋認証をパスしなければならない。認証をパスした人は通常の測定のためにウェアラブル装置１００にアクセスする又はウェアラブル装置１００を有効化することができる。
【００３８】
図１０は、一実施形態による、無線通信ユニットを有するウェアラブル装置１００の作動フローチャートを示す。図１０を図１と組み合わせて説明する。動作中、ステップ１０１において、利用者がウェアラブル装置１００を電子デバイスに近づけるとき、例えばウェアラブル装置１００を装着した利用者がスマートフォンを持ち上げるとき、ステップ１００２において、電子デバイスが更なる処理のために有効化される。その後、次のステップ１００３において、電子デバイスがウェアラブル装置１００をトリガして利用者の健康情報、例えば脈拍数及び／又はＰＰＧ信号及び／又は血中酸素飽和度及び／又はストレス、を１回以上測定させる。最後に、電子デバイスがステップ１００４においてウェアラブル装置１０００から測定された健康情報を利用者ＩＤとともに受信し、測定結果を利用者に表示する。動作中、電子デバイスは前回の測定が所定の期間中に完了したかどうかを検査する。そうであれば、電子デバイスはウェアラブル装置１００をトリガして次の測定を開始させる。そうでなければ、電子デバイスは所定の期間になるまでトリガを一時停止する。
【００３９】
一実施形態では、無線通信ユニットは低電力消費の受動電子コンポーネントである。ウェアラブル装置１００が電子デバイスに近づくと、無線通信ユニットと外部電子デバイス
との間の通信と同時に、いかなるボタンも押す必要なしにウェアラブル装置１００がトリガされて測定を開始する。従って、ウェアラブル装置１００のユーザインタフェースは特に高齢の利用者用に簡略化され、ウェアラブル装置１００の電力消費が低減される。一実施形態では、無線通信ユニットは電子キーを備え、電子デバイスを電子的にロック及び／又はアンロックするよう動作し得る。
【００４０】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００は更に、利用者の動きを検出するモーションセンサを備える。一実施形態では、利用者が目覚めると、ウェアラブル装置１００は、上述したように電子デバイスに近づくと同時に、例えば電子デバイスによりトリガされ、省電力のために所定の条件の下で健康データを測定するように有効化される。利用者が眠りに落ちると、多くの重篤な症状、例えば閉塞性睡眠時無呼吸、が睡眠中に無意識に起こり得るため、ウェアラブル装置１００は連続測定モードに入り、利用者の健康状態を連続的に監視する。一実施形態では、モーションセンサは利用者の体の姿勢及び／又は向き、例えば水平に横たわっている、直立している、又は利用者の手の位置等、を検出するために加速度計及び／又はジャイロスコープを備える。ウェアラブル装置１００が利用者の指に装着されているとき、モーションセンサは、利用者が睡眠状態であるかどうか、例えば動かずに水平に横になっているかどうか、又はまだ起きているかどうか、例えば直立している又は動いているかどうかを検出する。利用者が所定の時間中動かずに睡眠状態にあることをモーションセンサが検出する場合、利用者は眠っていると決定され、ウェアラブル装置１００は利用者の心拍数を連続的に測定し始める。睡眠中に、異常な症状、例えば睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）、が起こると、心拍数が急激に増加し、それに応じて血中酸素飽和度が減少し、利用者の健康に悪影響を及ぼす。正常閾値ＴＨＲを超える心拍数が検出されると、ウェアラブル装置１００は直ちに利用者の血中酸素飽和度を測定し始める。正常閾値ＴＨＲは正常呼吸下の心拍数に基づいて設定され、例えば正常閾値ＴＨＲは正常呼吸下の平均心拍数より１０％大きい。
【００４１】
図１１は、一実施形態によるウェアラブル装置１００の動作フローチャート１１００を示す。図１１を図１と組み合わせて説明する。ウェアラブル装置１００がステップ１１０１において有効化されると、ウェアラブル装置１００はステップ１１０２において指がウェアラブル装置１００に挿入されているかどうか検出し続ける。イエスであれば、ウェアラブル装置１００はステップ１１０３においてモーションセンサから利用者の動きデータを収集し始める。ノーであれば、ウェアラブル装置１００は、ステップ１１０４の指挿入の監視を維持しながら節電モードで何の測定もしないアイドル状態を維持する。ウェアラブル装置１００はステップ１１０３においてモーションセンサから動きデータを収集し、ステップ１１０５において所定の期間内に動きが検出されなければ、ウェアラブル装置１００は更にステップ１１０６において睡眠状態かどうかを決定する。ステップ１１０６において、利用者が睡眠状態であると決定されると、ウェアラブル装置１００はスリープモードに入り、ステップ１１０７において利用者の心拍数を連続的に測定し記録することを開始する。さもなければ、ウェアラブル装置１００はステップ１１０２に戻り、指がウェアラブル装置１００に挿入されるかどうかを検出する。ステップ１１０７中に、ウェアラブル装置１００はステップ１１０８において測定心拍数が正常閾値ＴＨＲを超えることを検出すると、更にステップ１１０９において心拍数のみならず血中酸素飽和度も測定し記録する。さもなければ、ウェアラブル装置１００はステップ１１０７において心拍数の監視及び記録を続ける。ステップ１１０９中に、測定血中酸素飽和度が所定の閾値ＴＢＯＳより高い場合、それは血中酸素飽和度がステップ１１１０において正常レベルに戻ったことを意味し、ウェアラブル装置１００はステップ１１０７に戻る。さもなければ、ウェアラブル装置１００はステップ１１０９において血中酸素飽和度及び心拍数の監視及び記録を続ける。
【００４２】
このような構成によれば、ウェアラブル装置１００の効率が増加し、その消費電力が減
少する。第１に、様々な状態の下での測定を制御するためにモーションセンサを採用して利用者の姿勢、体の向き、及び／又は動きを監視し、電力を節約している。第２に、血中酸素飽和度測定の電力消費は心拍数測定と比較してかなり高い。血中酸素飽和度の異常状態は心拍数の急上昇に関連して起こるため、ウェアラブル装置１００は心拍数が閾値ＴＨＲより高くなると同時に血中酸素飽和度の測定を開始して電力消費を最低にしている。
【００４３】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００は測定した健康情報に基づいて利用者の睡眠サイクルを決定するように動作し得る。人は入眠時にレム（急速眼球運動）睡眠とノンレム睡眠を様々なサイクルで体験する。睡眠サイクルの開始段階Ｎ１はノンレム睡眠を含み、体は活動停止状態になる。この段階中は、人は騒音や思考により容易に目覚め得る。中間段階は軽い睡眠Ｎ２を含み、通常約１０−２５分間持続する。ノンレム睡眠は常にこの段階において起こる。深い睡眠Ｎ３はその後の段階において起こり、その段階中体の活動は低く、脳の活動は極めて高い。レム睡眠は睡眠サイクルの最後の段階において通常深い睡眠フェーズＮ３の後に約７０−９０分間起こる。レム睡眠は夢を見ることが起こる睡眠の段階である。この段階から起こされると、人は失見当識状態になり得る。利用者がレム段階で起き、失見当識状態になるのを回避するためには、利用者を睡眠サイクルの軽い睡眠段階、例えば段階Ｎ１等のノンレム段階で起こすのが好ましい。
【００４４】
動作中、ウェアラブル装置１００が、利用者の心拍数及び心拍変動のそれぞれの増分がそれぞれの所定の閾値より大きいことを検出するとき、利用者はノンレム段階、段階Ｎ１であると決定される。利用者がレム段階中に起きることにより生じる失見当識状態を避けるためには、利用者はノンレム段階であると決定されたとき、例えばモーニングコールによって起されるのがよい。好ましい実施形態では、ウェアラブル装置１００は更に利用者の体温を検出するための温度センサを備える。ウェアラブル装置１００が利用者の心拍数、心拍変動及び体温のそれぞれ増分がそれぞれの所定の閾値より大きいことを検出するとき、利用者は軽い睡眠段階であると決定される。体温のパラメータを付加することによって、軽い睡眠状態の決定がより正確になる。
【００４５】
図１２は、一実施形態による上述したウェアラブル装置１００の機能コンポーネント１０２の概略的構造である。図１２を図１と組み合わせて説明する。図１２に示すように、機能コンポーネント１０２は、指の長さ方向に沿って配置されたセンサ１０１と、センサ１０１に結合され、限定されないが、健康状態解析、ストレス解析及び睡眠の質解析などの更なる処理のために利用者の測定された健康情報を受信する処理ユニット１２９１とを備える。一実施形態では、機能コンポーネント１０２は更に、利用者の動き、体の向き、及び／又は姿勢を検出するモーションセンサ１２９２を備えることができる。モーションセンサ１２９２からの検出結果に基づいて、処理ユニット１２９１はセンサ１０１の連続測定をトリガするかどうかを決定する。更に、機能コンポーネント１０２は、１つ以上の外部電子デバイスと有線又は無線伝送を介して通信する有線又は無線通信ユニット１２９３と、ヘルスケアのために利用者の体温を検出する温度センサ１２９４と、より良い圧力制御のためにウェアラブル装置１００と指との間の圧力を検出する圧力センサ１２９５と、機能拡張のために１つ以上の外部機能ユニットと接続し得る１つ以上の拡張可能なインタフェース１２９６とを備えることができる。図１２に示す機能コンポーネント１０２の要素及び構成は説明のためであって、上記の実施形態に限定されないことは当業者に理解されよう。言い換えれば、機能コンポーネント１０２はもっと多くの又はもっと少ない機能ユニットを備えもよく、また機能ユニットのレイアウトを変更してもよい。
【００４６】
図１３は、一つの代替実施形態による取り外し可能な機能コンポーネント１０２を備えてウェアラブル装置１００の構造を示す。図１３に示すように、機能コンポーネント１０２は本体１０３に取り付けることができ且つ本体１０３から取り外すことができる。本体１０３、又は更に合致部１０４を備えた本体、は破線で部分的に省略されており、任意の
利用可能な形状としてよく、図１３に示すものに限定されない。取り外し可能な構造によれば、同じ機能コンポーネント１０２を使用しながら、利用者は本体１０３を異なる人の指に適合するように１つのサイズから別のサイズに容易に交換することができる。
更に、一実施形態では、取り外し可能な機能コンポーネント１０２は除去し、保存し、日中のアクティビティトラッキングに使用することもできる。
【００４７】
動作中、ウェアラブル装置と動作し得るいくつかの外部ユニット、例えば補助無線通信ユニット、インタラクティブユニット、メモリ、体重計、肺活量計等があるため、ウェアラブル装置は様々な機能をサポートしながら大幅に縮小することができる。一実施形態では、ウェアラブル装置はどの外部機能ユニットがその機能を自動的に起動するようにプラグ接続されたかを識別することができる。
【００４８】
図１４ａは、一実施形態による、機能を拡張するために１つ以上の拡張可能なインタフェースを備えたウェアラブル装置の構造を示す。図１４ａを図１及び図１２と組み合わせて説明する。図１４ａに示すように、ウェアラブル装置１００の取り外し可能な機能コンポーネント１０２は、図１２に示すようにセンサ１０１及びいくつかの機能ユニットを備え、それらは所定のレイアウトに配置される。機能コンポーネント１０２は更に１つ以上の外部機能ユニット１４０１を受け入れる１つ以上の拡張可能なインタフェース１１９６を備える。
【００４９】
一実施形態では、機能コンポーネント１０２は外部機能ユニット１４０１と結合する複数のピンを備える。１つの外部機能ユニット１４０１が機能コンポーネント１０２にプラグ結合されるとき、外部機能ユニット１４０１は各別の一組のピンに特定の方法で結合する。例えば、インタラクティブユニットに対して、第１及び第２のピンが結合され、無線通信ユニットに対して第３及び第４のピンが結合され、且つメモリに対して、第１及び第３のピンが結合される。外部機能ユニットを各別の一組のピンに結合することによって、機能コンポーネント１０２は外部機能ユニット１４０１を結合されたピンに基づいて識別することができる。代替実施形態では、外部機能ユニット１４０１がウェアラブル装置１００にプラグ結合されると、機能コンポーネント１０２は外部インタフェース１１９６を介して外部機能ユニット１４０１から識別情報をアナログ的に又はディジタル的にフェッチして外部機能ユニット１４０１を識別することができる。外部機能ユニット１４０１を対応するピン結合により識別する前実施形態と比較して、この実施形態の外部インタフェース１１９６の構成はシンプルでシームレスである。しかしながら、ウェアラブル装置１００は外部機能ユニット１４０１を前実施形態より急速に識別することができる。
【００５０】
加えて、図１３と同様に、本体１０３、又は更に合致部１０４を備えた本体、は破線で部分的に省略されており、それらは任意の利用可能な形状としてよく、図１４ａに示すものに限定されない。
【００５１】
図１４ｂは、別の実施形態による、機能を拡張するために１つ以上の拡張可能なインタフェースを備えたウェアラブル装置の構造を示す。図１４ｂを図１及び図１２と組み合わせて説明する。図１４ｂに示すように、いくつかの機能サブユニットを含む外部一体機能ユニット１４０２はウェアラブル装置１００の機能コンポーネント１０２に結合可能である。外部一体機能ユニット１４０２がウェアラブル装置１００に結合されたとき、外部一体機能ユニット１４０２は目標機能サブユニットを所定の方法で活性化するように構成される。一実施形態では、外部一体機能ユニット１４０２はいくつかの所定の角度位置、例えば９０度、１８０度、及び／又は２７０度位置、に回転して対応するサブユニットを有効化することができる。異なる角度設定で、機能コンポーネント１０２はどのサブユニットが有効化されるか識別し、それに応じて対応するサブユニットを活性化することができる。別の実施形態では、外部一体機能ユニット１４０２は更にサブユニットを選択し、そ
の選択をウェアラブル装置１００に知らせる選択パネルを備える。
【００５２】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００を格納するドッキングステーションはいくつかの機能をサポートするよう動作し、例えば、限定されないが、ウェアラブル装置１００のバッテリ充電器、ウェアラブル装置１００のみならず他の電子機器、例えばスマートフォンなどのウェアラブル装置１００による睡眠サイクルの監視結果に基づく目覚ましアラーム、異常状態／症状に関する異常状態アラーム、及び／又は利用者の睡眠状態の監視結果に基づいて制御されるマルチメディアプレーヤ等、も充電するよう動作するポータブルバッテリバンクもサポートする。例えば、ウェアラブル装置１００が利用者が睡眠状態であり且つ心拍数が睡眠時の閾値ＴＳＬＰより低いことを決定する場合には、利用者は眠っていると決定される。この時、マルチメディアプレーヤは静音及び節電を維持するためにターンオフされる。睡眠時閾値ＴＳＬＰは利用者の正常呼吸下の心拍数に基づいて決定され、例えば、閾値ＴＳＬＰは正常呼吸下の平均心拍数より１０％低い。更に、ウェアラブル装置１００の電池は小型のために制限されるため、ウェアラブル装置１００は周期的に充電することが重要である。一実施形態では、ウェアラブル装置１００がドッキングステーションに格納されているとき、ウェアラブル装置は内部バッテリバンク又は外部電源によりバッテリ充電器を介して自動的に充電される。一実施形態では、ウェアラブル装置１００が夜間の長時間使用後にドッキングステーションにより充電されるように、ドッキングステーションはウェアラブル装置１００をドッキングステーションに入れることによって目覚ましアラーム機能を非活性化するように設計される。更に、ドッキングステーションは、特に利用者がウェアラブル装置１００が正しい指に正しく装着されているかどうかをチェックするのを助けるように設計される。
【００５３】
図１５は、一実施形態による、ウェアラブル装置１００のためのアプリケーションシステム１５００の概略図を示す。アプリケーションシステム１５００では、ウェアラブル装置１００はステーションサーバ１５０１と有線又は無線伝送を介して通信することができる。動作中、ウェアラブル装置１００は監視データをステーションサーバ１５０１に更なる処理、例えばクラウドコンピューティング又は解析、のために送信する。アプリケーションシステム１５００は、他の対象データ、例えばリストバンド又は他のウェアラブル装置からの健康情報、習慣データベース１５０３からの利用者の習慣情報、スケジュールデータベース１５０４からの利用者のスケジュールリスト、及び／又は環境センサ１５０５からの環境データ、を得るため及び／又は格納するために、他の機能ノードも備える。収集したデータに基づいて、ステーションサーバ１５０１は解析を行い、利用者に推奨／助言を提供することができる。
【００５４】
近年、睡眠中に正常な身体的、精神的、社会的及び感情的機能を著しく妨害し得る睡眠障害の問題を有する人の数が増加している。このような状態の下では、重篤な疾病を初期段階で診断及び／又は防止するために睡眠状態を全睡眠時間中監視し追跡する必要がある。図１６は、一実施形態による、ウェアラブル装置１００で睡眠状態を評価する動作フローチャート１６００を示す。図１６を図１と組み合わせて説明する。睡眠状態は睡眠障害及び睡眠状態の発生及び重症度を含み得る。
【００５５】
動作中、睡眠状態を評価するための複数の生理学的信号（以後「評価信号」という）がステップ１６０１において１つ以上のセンサによって検出される。一実施形態では、評価信号は心臓血管及び／又は動き信号を含み得る。一実施形態では、心臓血管信号は、限定されないが、血中酸素飽和度信号（ＳｐＯ２）、ＳｐＯ２変動、心拍数、心拍変動、及び／又はＰＰＧ波形を含み得る。一実施形態では、１つ以上のセンサは、限定されないが、ウェアラブル装置１００の光学センサ及びモーションセンサを含んでよい。ステップ１６０２において、生理学的信号は複数のプリプロセッサによって前処理される。一実施形態では、前処理動作は、限定されないが、それぞれの生理学的信号のフィルタリング、再計
算及び／又は変換を含み得る。ステップ１６０３において、処理された信号データはいくつかのセグメントに分割される。好ましい実施形態では、処理された信号データは１０−３０分の範囲内の時間周期を有する短いセグメントに分割される。より具体的な実施形態では、処理された信号データは１５分毎の時間インターバルの複数のセグメントに分割される。処理された信号データを１０−３０分の範囲内の時間周期を有する複数の短いセグメントに時間的に分割することによって、分割されたデータに基づく睡眠状態の評価結果はより正確になり得る。
【００５６】
その後、ステップ１６０４において、複数の特徴が分割されたデータから解析によって抽出される。一実施形態では、これらの特徴は、生理学的データを減少した一組の変量又は特徴にマッピングし集約して記録するために、生理学的データから所定の特徴抽出アルゴリズムに基づいて抽出される。一実施形態では、抽出された特徴は更なる評価処理のために生理学的信号の関連特性を測定する。抽出された特徴はその後睡眠状態を評価するために使用される評価モデルに送られる。より具体的には、一実施形態では、データセグメントの抽出された特徴はセグメント評価モデルに入力され、例えば毎１５分の時間間隔の各データセグメントに対応して、睡眠障害の発現、例えば呼吸低下又は無呼吸の発現、睡眠障害の重症度、例えば酸素飽和度、及び睡眠状態を評価する。その後、データセグメントの評価結果は、データセグメントの評価結果を全て統合して測定全体に亘る睡眠状態を示すために統合評価モデルに送られる。評価された睡眠状態は、睡眠障害指数データ、例えば無呼吸−呼吸低下指数及び／又は酸素飽和度低下指数、としてその後の診断用に出力される。
【００５７】
一実施形態では、ウェアラブル装置１００により測定された利用者の生理学的信号はリモートホスト、サーバ、クラウド及び／又はデータベースに送り、それらにあらかじめ決められた評価モデルに基づいて記録、解析及び診断を行ってよい。更に、評価モデルはより正確な評価結果を達成するために新たな測定信号で周期的に更新してよい。
【００５８】
図１７は、一実施形態による、睡眠状態を評価するよう動作し得る評価モデルを構築する動作フローチャート１７００を示す。図１７を図１及び図１６と組み合わせて説明する。動作中、複数の生理学的信号がステップ１７０１において１つ以上のセンサによって検出される。一実施形態では、複数の生理学的信号は、限定されないが、睡眠状態を評価するための第１群の信号、即ち評価信号と、睡眠状態を基準として示す第２群の信号（以後、「基準信号」）を含んでよく、評価信号は心臓血管及び／又は運動信号を含んでよく、基準信号は標準ポリソムノグラフ信号を含んでよい。基準信号は呼吸事象及び／又は睡眠状態の手動的に又は自動的に標識された注釈を含んでよい。一実施形態では、前記１つ以上のセンサは、限定されないが、ウェアラブル装置１００及び標準ポリソムノグラフィで使用されるセンサ、例えばＥＥＧ，ＥＭＧ，ＥＯＧ，ＥＣＧ及び鼻気流センサ、を含んでよい。ステップ１７０２において、生理学的信号は複数のプリプロセッサによって前処理される。ステップ１７０３において、処理された信号データはいくつかのセグメントにセグメント化される。
【００５９】
セグメント化されたデータは、ステップ１７０４において、ランダムに複数のセットに分割される。一実施形態では、セグメント化されたデータはランダムに３つのセット、即ち訓練セット１７０５ａ、検証セット１７０５ｂ、及び試験セット１７０５ｃ、に分割される。一実施形態では、訓練セットはデータセットの７０％を含むが、検証セットはその１５％を含み、試験セットはその１５％を含む。その後、ステップ１７０６において、対象データを解析することによって３つのセットのデータから複数の特徴が抽出される。一実施形態では、各セットは同じ特徴抽出アルゴリズムに適用される。
【００６０】
ステップ１７０７において、睡眠状態を評価するために使用される評価モデルが３つの
セットから抽出された特徴に基づいて訓練され、構築される。より具体的には、ブロック１７０８ａ内の訓練及び検証セットの特徴、即ちＸ＿ｔｒａｉｎｉｎｇ、Ｙ＿ｔｒａｉｎｉｎｇ，Ｘ＿ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ及びＹ＿ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ、はステップ１７０９において、マシン学習プロセスのために使用され、マシン学習モデル、例えば人口ニューラルネットワーク、を訓練し、Ｘ＿ｔｒａｉｎｉｎｇ及びＸ＿ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ特徴は評価信号に対応し、Ｙ＿ｔｒａｉｎｉｎｇ及びＹ＿ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ特徴は基準信号に対応する。このよく訓練されたマシン学習モデルはステップ１７１０におけるセグメント評価モデルの構築の中核をなす。ブロック１７０８ｂ内の試験セットの特徴、即ちＸ＿ｔｅｓｔｉｎｇ及びＹ＿ｔｅｓｔｉｎｇ、は訓練されたセグメント評価モデルの性能を試験するために使用され、Ｘ＿ｔｅｓｔｉｎｇ特徴は評価信号に対応し、Ｙ＿ｔｅｓｔｉｎｇ特徴は基準信号に対応する。一実施形態では、セグメント評価モデルの出力は対応するデータセグメントの睡眠状態を示す。
【００６１】
その後、ステップ１７１１においてデータセグメントの評価された睡眠状態を全て統合し、生成されるセグメント評価モデルの出力に基づいて統合評価モデルが生成される。ブロック１７１２内の睡眠状態基準信号はステップ１７１１において最終統合評価モデルの性能を試験するために使用される。一実施形態では、無呼吸−低呼吸指数は統合評価モデルの性能を試験するための基準信号の主パラメータである。セグメント評価モデル及び統合評価モデルなどの評価モデルはその後出力され、睡眠状態を全睡眠時の間評価するために図１６に示すような動作プロセスに供給される。
【００６２】
上述の説明及び図面は本発明の実施形態を提示するが、添付の請求項で特定される本発明の精神及び原理の範囲内において様々な追加、変更及び置換をなし得ることは理解されよい。当業者なら、本発明は、本発明の実施に際して使用される形態、構造、配置、比率、材料、要素、及びコンポーネント等の、特に本発明の原理から逸脱することなく特定の環境および動作要件に適合する多くの変更とともに使用し得ることは理解されよう。それゆえ、本開示の実施形態はあらゆる点で例示とみなされ、限定とみなされるべきでなく、本発明の範囲は添付の請求項及びそれらの同等物により特定され、以上の記載に限定されない。
【図１】
2020142134.tif 000003
【図２】
2020142134.tif 000004
【図３】
2020142134.tif 000005
【図４】
2020142134.tif 000006
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の指に第１の光を放射する第１の発光素子と、
前記指に第２の光を放射する第２の発光素子と、
前記指から反射された前記第１の光及び第２の光を検出する光検出器と、
を備え、前記第１及び第２の発光素子と前記光検出器は、前記利用者の生理学的情報を測定する間、前記指の長さ方向に実質的に沿って配置され、
前記発光素子及び前記光検出器は、前記装置が装着されるとき、前記発光素子及び前記光検出器が前記指の掌面に前記指の側面に対して所定のオフセット角で設置されるように構成されている、
ウェアラブル電子装置。
【請求項２】
前記発光素子及び前記光検出器は、前記発光素子及び前記光検出器が前記指の掌面に前記指の側面に対して２０度から５０度のオフセット角で設置されるように構成されている、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項３】
前記第１の発光素子と前記光検出器の間の距離は前記第２の発光素子と前記光検出器の間の距離に実質的に同じである、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の光の波長は異なる、請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項５】
前記光検出器は複数の生理学的信号を検出するとともにプロセッサと通信し、前記プロセッサは、
前記生理学的信号をいくつかのデータセグメントにセグメント化し、
前記データセグメントの特徴を抽出し、
前記データセグメントの前記抽出した特徴に基づいて睡眠状態をセグメント評価モデルによって評価し、
前記データセグメントの前記評価した睡眠状態を統合評価モデルによって全て統合する、
請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項６】
前記光検出器はプロセッサと通信し、前記プロセッサは、
前記利用者から反射された前記第１の光に少なくとも部分的に基づいて第１の生理学的信号を検出し、
前記第１の生理学的信号が前記第１の所定の閾値に等しいかそれより低い場合には、第１の段階にとどまり、第１の生理学的信号を測定しつづけ、
前記第１の生理学的信号が前記第１の所定の閾値より高い場合には、第２の段階に入り、前記利用者から反射される前記第１及び第２の光信号に少なくとも部分的に基づいて前記第１の生理学的信号及び第２の生理学的信号を検出する、
ように構成されている、
請求項１に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項７】
前記第１の生理学的信号は心拍信号を含み、前記第２の生理学的信号は血中酸素飽和度信号を含む、請求項６に記載のウェアラブル電子装置。
【請求項８】
ウェアラブル装置であって、前記ウェアラブル装置は、
利用者の第１の指に少なくとも部分的に装着されるように構成された本体と、
前記本体に結合又は埋め込まれた、前記第１の指の血管から利用者の生理学的情報を検出する光学センサと、
前記本体に結合され且つ利用者が前記ウェアラブル装置を前記第１の指に正しく設置するのを援助するとともに前記ウェアラブル装置の動きを抑制するように作動する合致部と、
を備える、ウェアラブル装置。
【請求項９】
前記光学センサは、
第１の光を放射する第１の発光素子と、
第２の光を放射する第２の発光素子と、
前記第１の指から反射された前記第１及び第２の光を検出する光検出器と、
を備え、
前記発光素子と前記検出器は前記第１の指の長さ方向に沿って配置され、
前記発光素子及び前記光検出器は、前記装置が装着されるとき、前記発光素子及び前記光検出器が前記指の掌面に前記第１の指の側面に対して所定のオフセット角で設置されるように構成されている、
請求項８に記載のウェアラブル装置。
【請求項１０】
前記合致部は前記第１の指に隣接する第２の指を保持するための２つの延長部を備える、請求項８に記載のウェアラブル装置。
【請求項１１】
前記本体に結合される機能コンポーネントを更に備え、前記光学センサが前記機能コン
ポーネントに装着又はそれに内蔵されている、請求項８に記載のウェアラブル装置。
【請求項１２】
前記第１の指に隣接する第２の指を保持する少なくとも１つの延長部を備え、前記機能コンポーネントは、測定中前記第１の指の側面の近くに、前記第１の指に隣接する第３の指に向いて設置されるように構成されている、請求項１１に記載のウェアラブル装置。
【請求項１３】
センサアセンブリであって、前記センサアセンブリは、
利用者の指に少なくとも部分的に装着されるように構成された本体と、
前記本体に装着され且つ前記指の所定の側面領域内の位置で前記利用者の生理学的情報を検出するための少なくとも１つの生理学的センサと、
を備え、
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき、前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように設計された所定の形状を有し、
前記生理学的センサは、前記本体が前記指に装着されたとき、前記指の掌面に前記指の側面に対して所定のオフセットで設置される、
センサアセンブリ。
【請求項１４】
前記本体は、前記指の付け根に装着される、開口部のある又はないループ構造を有する、請求項１３に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように、所定の方向に配置された軸を有する楕円形である、請求項１３に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記楕円の軸は前記光検出器を通る、請求項１５に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１７】
センサアセンブリを使用する方法であって、前記方法は、
前記センサアセンブリのセンサを指の所定の側面領域内の位置に位置させるために、前記センサアセンブリを前記利用者の指に前記センサアセンブリの本体によって装着するステップと、
前記センサによって前記位置で前記利用者の生理学的情報を検出するステップと、
を備え、
前記本体は、前記指を前記所定の側面領域に向けて圧迫する力を発生するように構成されている、
方法。
【請求項１８】
センサをアセンブルする方法であって、前記方法は、
利用者の指に少なくとも部分的に装着されるように作動する本体を用意するステップと、
前記指の所定の側面領域内の位置で前記利用者の生理学的情報を検出するために少なくとも１つの生理学的センサを前記本体に装着するステップと、
を備え、
前記本体は、前記本体が前記指に装着されたとき、前記所定の側面領域に向けて前記指への力を発生するように設計された所定の形状に構成されている、
方法。
【請求項１９】
請求項５に記載のウェアラブル電子装置から前記セグメント評価モデル及び前記統合評価モデルを構築する方法であって、前記方法は
１つ以上のセンサにより複数の生理学的信号を検出するステップと、
前記生理学的信号をいくつかのデータセグメントにセグメント化するステップと、
前記セグメント化されたデータを複数のデータセットにランダムに分割するステップと、
各データセットの前記データセグメントの特徴を抽出するステップと、
前記複数のデータセットとそのデータセグメントの抽出された特徴に基づいて、前記セグメント評価モデルを生成するステップと、
前記セグメント評価モデルの評価結果を全て統合して前記統合評価モデルを生成するステップと、
を備える方法。
【請求項２０】
前記セグメント化されたデータは、訓練データセット、検証データセット、及び試験データセットにランダムに分割され、前記セグメント評価モデルは、
前記セグメント評価モデルを生成するためにニューラルネットワークを前記訓練及び検証データセットからの前記データセグメントの抽出された特徴を用いて訓練し、
前記生成されたセグメント評価モデルを前記試験データセットからの前記データセグメントの抽出された特徴に基づいて試験することによって、
生成される、請求項１９に記載の方法。