(57)【要約】  例えば身体活動中または静止時に、筋肉内部の対象となるパラメータを光学的に検出する装着可能型光学装置が記載される。対象となるパラメータは、いくつかの状況での酸素化レベル及び／またはヘモグロビン濃度を含む。検出されたパラメータ、例えば酸素化レベルを使用して、身体能力、例えば筋肉が有酸素または無酸素プロセスを利用している程度を評価し得る。検出された光学信号から対象となるパラメータ、例えば酸素化レベルを判定するための方法がさらに記載され、フィードバックは、ユーザに提供され得る。【選択図】図１Ｄ
2019512364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置であって、
装着可能型ハウジングと、
複数の光学源を含む、前記装着可能型ハウジング内の光学源アレイと、
略線形配置に配置された少なくとも３つの光学検出器を含む、前記装着可能型ハウジング内の複数の光学検出器であって、前記少なくとも３つの光学検出器が、前記光学源アレイから第１の距離に配設された第１の光学検出器と、前記光学源アレイから前記第１の距離を上回る第２の距離に配設された第２の光学検出器と、前記光学源アレイから前記第２の距離を上回る第３の距離に配設された第３の光学検出器とを含む、複数の光学検出器と、を備える光学装置。
【請求項２】
前記複数の光学源が、互いに対して略線形配置に配置され、前記複数の光学源の前記線形配置が、前記少なくとも３つの光学検出器の前記線形配置に対して略直角である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第２の光学検出器が、前記第１の光学検出器よりも大きい、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第３の光学検出器が、前記第２の光学検出器よりも大きい、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記装着可能型ハウジングが、前記光学源アレイ及び前記複数の光学検出器を取り囲む外周部を形成する隆起したリングを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学ハウジング上に、またはその内部に配設され、無線充電信号を受信するように構成されたコイルをさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
前記装着可能型ハウジングが、前記光学源アレイが前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記光学源アレイを配設するくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
前記装着可能型ハウジングが、前記複数の光学源が前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記複数の光学源を配設するそれぞれのくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項９】
前記装着可能型ハウジングが、前記複数の光学検出器が前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記複数の光学検出器を配設するそれぞれのくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記装着可能型ハウジングが添着される調節可能なストラップをさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記複数の光学源が、互いに対して略線形配置に配置され、前記複数の光学源の前記線形配置が、前記少なくとも３つの光学検出器の前記線形配置に対して略直角であり、前記第１の光学検出器が、前記第２の光学検出器及び前記第３の光学検出器よりも小さい、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記装着可能型ハウジング内部に配設され、前記複数の光学検出器の出力部に結合された処理装置をさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記複数の光学検出器によって生成された信号を示すデータを無線送信するように構成された無線通信回路をさらに備える、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
装着可能型光学モニタであって、
着用物品と、
前記着用物品に埋め込まれ、光学検出器の線形配置を含む光学検出器モジュールと、
前記光学検出器モジュールに結合され、前記光学検出器モジュールの前記光学検出器からの出力信号を受信するように構成された制御モジュールと、を備える、装着可能型光学モニタ。
【請求項１５】
前記光学検出器モジュールが、前記光学検出器が配設される可撓性の基板を備える、請求項１４に記載の装着可能型光学モニタ。
【請求項１６】
前記光学検出器モジュールが、２つ以上の波長の放射を発するように構成された光学エミッタをさらに備える、請求項１５に記載の装着可能型光学モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
［0001］  本出願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §  １１９（ｅ）の下で、２０１６年３月３日に出願された米国仮特許出願番号第６２／３０３，３１９号、代理人整理番号Ｄ０７８４．７００００ＵＳ００及び発明の名称「Ｔｉｓｓｕｅ  Ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の利益を主張し、その全体が本書において参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
［0002］  また、本出願は、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．  §  １１９（ｅ）の下で、２０１６年１０月１７日に出願された米国仮特許出願番号第６２／４０９，３１４号、代理人整理番号Ｄ０７８４．７００００ＵＳ０１及び発明の名称「Ｔｉｓｓｕｅ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」の利益を主張し、その全体が本書において参照により本明細書に組み入れられる。
【０００３】
［0003］  本出願は、筋肉酸素飽和及び関連する身体能力の監視、及びそれに加えて関連する機器及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
［0004］  酸素は、細胞が酸化的リン酸化と呼ばれるプロセスにおいてエネルギを生成するために必要とされる。ヘモグロビンは、肺からすべての組織への運搬のために酸素分子を結合する赤血球内のたんぱく質であり、２つの状態、酸化及び脱酸化で存在する。酸素飽和（ＳＯ２）は、現在の総ヘモグロビンのうち酸化ヘモグロビンのパーセンテージを意味する。筋肉酸素化（ＳｍＯ２）は、本明細書においては、筋肉における酸素飽和を示すために使用される用語である。
【０００５】
［0005］  筋肉は、常時、特に運動時、エネルギ生成のために酸素を必要とし、したがって、ＳｍＯ２は、筋肉の代謝状態を要約するパラメータである。特に、どの程度酸素が筋肉内に存在するか、及びいつ酸素の消費が供給を上回るかを表す。血中に蓄積した乳酸は、筋肉が無酸素状態になった後の酸素不足の間接的な測定であるが、これは、無酸素の解糖が、結果として血流内に乳酸を排出するためである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［0006］  本出願の一態様によれば、光学装置が提供され、装着可能型ハウジングと、装着可能型ハウジング内の複数の光学源と、略線形配置に配置された少なくとも３つの光学検出器を含む、装着可能型ハウジング内の複数の光学検出器とを備える。
【０００７】
［0007］  本発明の一態様によれば、光学装置が提供され、第１の方向に沿って略線形配置に配置された複数の光学源と、第１の方向に対して略垂直な第２の方向に沿って略線形配置に配置された複数の光学検出器とを備える。光学装置によって検出された信号に基づいてヘモグロビン濃度を評価する方法がさらに提供される。
【０００８】
［0008］  本出願の一態様によれば、光学装置が提供され、装着可能型ハウジングと、複数の光学源を含む、装着可能型ハウジング内の光学源アレイと、略線形配置に配置された少なくとも３つの光学検出器を含む、装着可能型ハウジング内の複数の光学検出器とを備える。少なくとも３つの光学検出器は、光学源アレイから第１の距離に配設された第１の光学検出器と、光学源アレイから前記第１の距離を上回る第２の距離に配設された第２の光学検出器と、光学源アレイから前記第２の距離を上回る第３の距離に配設された第３の光学検出器とを含む。
【０００９】
［0009］  本出願の一態様によれば、装着可能型光学モニタが提供され、着用物品と、着用物品に埋め込まれ、光学検出器の線形配置を含む光学検出器モジュールと、光学検出器モジュールに結合され、前記光学検出器モジュールの前記光学検出器からの出力信号を受信するように構成された制御モジュールと、を備える。
【００１０】
［0010］  本出願のさまざまな態様及び実施形態は、以下の図面を参照して記載される。図面は必ずしも縮尺通りではないことが理解されるべきである。多くの図面に現れるアイテムは、それらが現れるすべての図面において同じ参照番号によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】［0011］本出願の非限定的な実施形態による、筋肉酸素化を示す光学信号を検出するための光学装置の第１の観点からの略図である。
【図１Ｂ】［0012］反対の視点からの図１Ａの光学装置の略図である。
【図１Ｃ】［0013］図１Ａの光学装置の斜視図である。
【図１Ｄ】［0014］図１Ａの光学装置の分解組立図である。
【図２Ａ】［0015］本出願の非限定的な実施形態による、図１Ａに示されたタイプの光学装置のためのエミッタ構成の簡略化された斜視図を示す。
【図２Ｂ】［0016］本出願の一態様による、エミッタからの放出の断面図を示す。
【図２Ｃ】本出願の一態様による、エミッタからの放出の断面図を示す。
【図３Ａ】［0017］本出願の２つの非限定的な代替の実施形態による、図１Ａに示されたタイプの光学装置の回路のブロック図である。
【図３Ｂ】本出願の２つの非限定的な代替の実施形態による、図１Ａに示されたタイプの光学装置の回路のブロック図である。
【図４Ａ】［0018］本出願の非限定的な実施形態による、装置１００を固定するためのストラップ１０５を有する例証的な装着可能型光学装置１００を示す。
【図４Ｂ】［0019］個人に固定された図４Ａの装着可能型光学装置１００を図示する。
【図５】［0020］本出願の非限定的な実施形態による、ユーザと接触している、図１Ａに図示されたタイプの光学装置の断面図である。
【図６】［0021］本明細書に記載されたタイプの光学装置の動作の一つの様式のためのタイミング図を図示する。
【図７】［0022］エミッタ／検出器ストリップ及び制御モジュールを含む分散型光学装置を図示する。
【図８Ａ】［0023］ユーザに身体活動に関する入力を提供するために、処理装置上で実施され得るダッシュボードの例を図示する。
【図８Ｂ】ユーザに身体活動に関する入力を提供するために、処理装置上で実施され得るダッシュボードの例を図示する。
【図８Ｃ】ユーザに身体活動に関する入力を提供するために、処理装置上で実施され得るダッシュボードの例を図示する。
【図８Ｄ】ユーザに身体活動に関する入力を提供するために、処理装置上で実施され得るダッシュボードの例を図示する。
【図８Ｅ】ユーザに身体活動に関する入力を提供するために、処理装置上で実施され得るダッシュボードの例を図示する。
【図９Ａ】［0024］本明細書に記載されたタイプの光学装置を充電するための無線充電器を図示する。
【図９Ｂ】［0025］図９Ａの充電器に結合された光学装置を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［0026］  本出願の態様は、筋肉酸素化を検出するための装着可能型光学装置、光学装置によって検出された光学信号に基づいて筋肉酸素化を判定するためのプロセス、及び光学装置によって生成されたデータに基づいて身体能力を監視し、例えば身体活動に従事しているとき、または静止時にユーザに入力を提供するための機器及ならびに方法に関する。出願人は、身体活動中の筋肉酸素化を監視することは、特に高持久力活動、例えば長距離走、サイクリング、及び水泳に携わっている人に対し、身体能力への有益な洞察を提供し得ることを理解した。筋肉酸素化は、筋肉が有酸素であるか、無酸素閾値に近いか、または無酸素であるかの指標を提供し得、ゆえにアスリートが最適なパフォーマンスを行っているかに関連し得る。対照的に、心拍数の監視を含む身体能力を評価するための従来の手法は、異なる情報を提供し、筋肉の性能を評価するためには不適切である。
【００１３】
［0027］  出願人はさらに、酸素化を評価するための従来の手法、例えばパルスオキシメトリは、筋肉酸素化を評価するためには不適切であることを理解している。したがって、本出願の一態様は、身体活動中の筋肉酸素化及び／またはヘモグロビン濃度を表すデータを収集するために好適な光学装置を提供する。光学装置は、少なくともいくつかの実施形態では、装着可能型である。例えば、ユーザの脚または腕に位置付けられていることができる。このように、本出願の態様は、ユーザの筋肉酸素化及び／またはヘモグロビン濃度を評価し得、それによってユーザの身体的状況及び性能の指標を提供し得る装着可能型フィットネスセンサを提供する。
【００１４】
［0028］  本出願の態様は、ユーザの筋肉に光学信号を放出し、そのような放出に応答した帰還信号を収集するように構成された装着可能型光学装置に関する。装着可能型光学装置は、少なくともいくつかの実施形態では、組織内部のヘモグロビン及び／または酸素化レベルに関する情報を提供するように構成されているフィットネス装置の役割を果たし得る。ヘモグロビン及び／または酸素化レベルに関する情報は、いくつかの実施形態では、乳酸レベルに関し得、これは性能基準値として機能し得る。
【００１５】
［0029］  本出願の態様は、光学センサによって検出された光学信号を、ＳｍＯ２、酸化ヘモグロビン濃度（ＨｂＯ２）、脱酸素化ヘモグロビン濃度（Ｈｂ）、または総ヘモグロビン濃度（ＨｂＴ）のうちのいずれか１つ以上の指標に変換するための処理装置及び処理手法を提供する。ＳｍＯ２は、ＨｂＯ２／ＨｂＴの比率を表す。光学センサは、本明細書に記載されたタイプのものであり得るが、代替が可能である。いくつかの実施形態では，処理装置は、光学センサの一部であり得るが、他の実施形態では、光学センサによって収集されたデータは、外部処理装置、例えばコンピュータ、スマートフォン、タブレット、スポーツウォッチ、または他の処理装置に転送され得る。処理は、光学源（本明細書では「エミッタ」とも称される）及び光学センサの光学検出器の位置付けを含む、光学センサの構造的特徴を考慮に入れ得る。
【００１６】
［0030］  本出願の態様は、個人に対する身体能力に関する入力を提供するための機器及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、個人に対して、身体能力の評価に基づくプランが提供される。本明細書に記載されたタイプの装着可能型光学センサは、ＳｍＯ２、ＨｂＯ２、Ｈｂ、またはＨｂＴのうちのいずれか１つ以上を示すデータを収集するために使用され得るが、いくつかの実施形態では、代替の設計のセンサを使用してもよい。データを受信することに応答して、身体能力の評価がなされ得、将来の活動のためにプランが作成される。性能及びプランの評価は、個人に対して、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、または他の好適な装置上に提示されてもよく、少なくともいくつかの実施形態では、運動中になされ得る。評価は、視覚的に、聴覚的に、二者の組み合わせを使用して、または任意の他の好適な方法で提示され得る。このように、アスリートは、最大効率のために、彼らのトレーニング及び他の活動を適切に調整し得る。
【００１７】
［0031］  上述の態様及び実施形態に加えて、付加的な態様及び実施形態が以下にさらに記載される。これらの態様及び／または実施形態は、本出願がこの点におい限定されない限りは、個々に、まとめて、または２つ以上の任意の組み合わせで使用されてもよい。
【００１８】
［0032］  上述のように、本出願の一態様によれば、ＳｍＯ２、Ｈｂ、ＨｂＯ２、またはＨｂＴのうちのいずれか１つ以上を示す光学信号を検出するための装着可能型光学センサが提供される。図１Ａ及び１Ｂは、本出願の非限定的な実施形態による装着可能型光学装置１００の対向する側の図を図示し、図１Ｃは斜視図を提供し、図１Ｄは分解組立図を提供する。装着可能型光学装置１００は、人間のユーザがユーザの体の一部、例えば足にケーシング１０７を装着することができるようなサイズを有するケーシング１０７を含む。例えば、ケーシング１０７は、最大寸法２０ｃｍ未満、１５ｃｍ未満、１０ｃｍ未満、８０ｍｍ未満、６０ｍｍ未満またはそのような範囲内の任意の値もしくは値の範囲を有し得る。センサの位置付けの一例が、図４Ｂに関連して図示され、以下にさらに記載される。ケーシング１０７は、使用中にユーザの体の近位にある後面側１０１と、ユーザの体の遠位にある前面側１０６とを有する。
【００１９】
［0033］  図１Ｂは、装着可能型光学装置１００の後面側１０１を示す。光学装置は、多数の光学源と、多数の光学検出器とを含む。図示された非限定的な実施形態では、装着可能型光学装置１００は、後面側１０１に配設された光源アレイ１０２及び検出器アレイ１０３を含む。後面側１０１は、操作中、ユーザの皮膚の表面と接触し、装着可能型光学装置が皮膚表面直下の筋肉組織に光学信号を送信し、筋肉組織から光学信号を収集することを可能にし得る。
【００２０】
［0034］  図示された実施形態では、光学エミッタは、ユーザに接触する後面側１０１の表面に対して凹み得る。図１Ｂの非限定的な例に関して、光源アレイ１０２は、エミッタくぼみ１０２ａ内部に配設されたエミッタアレイ１０２ｂを形成する１つ以上のエミッタを含む。代替の実施では、エミッタは、それらが内部に配設されるそれぞれのくぼみを有し得る。エミッタくぼみ１０２ａは、エミッタを検出器から光学的に隔離し得、それによって、エミッタアレイ１０２ｂから送信された光学信号が、ユーザの組織を通過することなく、検出器アレイ１０３の検出器に直接入力されないようにする。いくつかの実施形態では、エミッタくぼみ１０２ａの壁は、後面側１０１の構成要素間に改善された光隔離を提供するための光隔離材料を含み得る。いくつかの実施形態では、光隔離材料は、圧縮発泡材を含み得るが、他の材料が可能である。
【００２１】
［0035］  一実施形態によれば、エミッタを覆う、例えばエミッタアレイ１０２ｂを覆うフィルタが配設されてもよい。例えば、フィルタは、エミッタくぼみ１０２ａを覆ってもよい。フィルタは、ウィンドウまたはカバーを考慮してもよく、所望の光学的機能、例えば望ましくない放射のフィルタリングまたは放射光の拡散を行い得る。非限定的な例が、図２Ａに関連して記載される。
【００２２】
［0036］  図２Ａは、図１Ａの例証的なエミッタくぼみ１０２ａの簡略化された斜視図を示す。本例では、ウィンドウフィルタ２０１は、エミッタくぼみの開口に取り付けられ、エミッタアレイ１０２ｂから放出された光学信号２０３を任意の好適な方法で選択的に改変し、スペクトル測定を容易にするように構成される。一実施形態では、ウィンドウフィルタ２０１は、ユーザに放出された光学信号のスペクトルを改変するための着色されたフィルタを含み得る。別の実施形態では、ウィンドウフィルタ２０１は、光信号２０４がウィンドウフィルタに対して垂直な軸２０５を基準とした複数の出力角度Ａｅｘｉｔに沿ってウィンドウフィルタから出力されるように散乱させることによって光学信号２０３を拡散させるような粗くされたテクスチャを含み得る。複数の出力角度Ａｅｘｉｔは、少なくとも３０度、少なくとも４５度、少なくとも６０度、少なくとも９０度、２０度と９０度との間、またはそのような範囲内の任意の値もしくは値の範囲の最大角度を有し得る。
【００２３】
［0037］  先に記載されたように、光学装置１００は、少なくともいくつかの実施形態では、使用中にユーザに接触する。例えば、光学装置１００は、使用時に後面側１０１がユーザの皮膚に接触するように構成され得る。図２Ｂ及び２Ｃは、ウィンドウフィルタ２０１なし（図２Ｂ）及びウィンドウフィルタ２０１有り（図２Ｃ）の両方の光源１０２から媒体２０６、例えば人間の組織（例えば、筋肉）に放出される光学信号２０４の断面図を示す。図示された例では、ウィンドウフィルタ２０１は、拡散器であることが想定されるが、すべての実施形態がこの点において限定されるものではない。
【００２４】
［0038］  図２Ｂ及び２Ｃから理解されるように、ウィンドウフィルタ２０１がない場合、放出された光信号２０４は、比較的狭い出力円錐の最大出射角Ａｅｘｉｔ（図２Ｂ）全体にわたって集束し得る。比較すると、ウィンドウフィルタ２０１の使用は、光信号２０４を拡散させ、結果として光信号２０４が、ウィンドウフィルタ２０１がない場合よりも大きな最大範囲出射角Ａｅｘｉｔを呈する（図２Ｃ）。例えば、図２Ｃの文脈では、Ａｅｘｉｔは、最大でおよそ９０度まで拡張し得、相同媒体内の点光源から散乱した均一な半球形光をシミュレートし得る。図２Ｃのより拡散された光信号２０４は、同じ表面２０７に沿った検出器アレイ１０３の方向に向かう、媒体２０６の表面２０７に沿った放出方向を有するさらなる多くの光成分を含み、検出器アレイ１０３に到達するために散乱距離をあまり必要としない。
【００２５】
［0039］  光学的機能を行うことに加えて、ウィンドウフィルタ２０１は、エミッタアレイを収容するキャビティを物理的に封止し得、こうして、湿気等の環境要因による損傷からエミッタアレイを保護し得る。一実施形態では、ウィンドウフィルタは、光学のりまたは任意の他の好適な光学的透明接着剤または固定具を使用して、エミッタくぼみ１０２ａに取り付けられ得る。代替の実施形態では、ウィンドウフィルタは、ハウジングの中に直接成形され、ウィンドウフィルタ及びハウジングの適切な設計による機械的接合に加えて、成形プロセス中のプラスチックの接着を通して達成される化学的接合を達成し得る。
【００２６】
［0040］  エミッタアレイ１０２ｂは、くぼみ１０２ａ内部に嵌合するように配置された複数の個々の光エミッタを含み得る。エミッタは、任意の好適なタイプのエミッタ、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。いくつかの実施形態では、エミッタアレイ１０２ｂのエミッタは、狭帯域光源であり得る。本明細書で使用される場合、「狭帯域」は、光学信号エネルギのほぼすべてが、１つのピーク波長の周囲に中心が置かれた１つの狭波長帯域に集中することを意味する。例えば、９０％を上回る信号強度は、標準ピーク波長の±１０％以内、またはそれ以下（例えば、＋１〜６％）である。一実施形態では、エミッタアレイ１０２ｂは、複数のピーク波長を有する光信号を放出し、複数色の照明を提供する狭帯域光源であり得る。スペクトル情報を得るための分光計を有する広帯域光源を使用することとは対照的に、本出願の実施形態は、多数の異なる色の狭帯域光源、例えば狭帯域ＬＥＤを使用する。多数の狭帯域光源の使用は、広帯域光源を有する従来の大規模かつ高価な分光計を使用することなく、スペクトル情報の収集を考慮している。
【００２７】
［0041］  非限定的な例として、エミッタアレイ１０２ｂは、赤色／赤外線スペクトルにおける６６０ｎｍ及び８５５ｎｍの２つのピーク波長を有する光信号を放出する複数の狭帯域ＬＥＤを含み得る。これらの波長は、酸化及び脱酸化ヘモグロビンに対するヘモグロビン吸収スペクトルに基づいて選択され得る。他の実施形態では、より多くのピーク波長を使用して、より高品質のスペクトルをより少ないノイズで得る。例えば、エミッタアレイ１０２ｂは、２つ、３つ、４つ、または５つの異なるピーク波長を含む光信号を放出する狭帯域ＬＥＤであってもよい。
【００２８】
［0042］  ６６０ｎｍ及び８５５ｎｍは、２つの非限定的な例であるが、他の波長を使用してもよいことが理解されるべきである。例えば、６５０ｎｍ〜７１０ｎｍの範囲内の１つの波長を使用してもよく、８２０ｎｍ〜８６０ｎｍの範囲内の別の波長を使用してもよい。いくつかの実施形態では、それらの範囲の各々のうちの１つを超える波長を使用し得る。いくつかの実施形態では、９５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内のさらなる波長を使用し得る。さらなる他の波長の組み合わせが可能である。
【００２９】
［0043］  狭帯域光源を使用する場合、一例として、単一の波長が一度に放出されてもよい。検出器を使用して、その波長に対する試験対象からの反射光の強度を測定し得る。そして、異なる波長を放出し得、該対象から反射された光が測定される。このように、光学装置は、反射スペクトルの一部（いくつかの実施形態では「スライス」と称される場合がある）の測定値を提供し得る。また、一実施形態では、光学装置１００を使用して、距離に依存して検出された光のスペクトルを収集し得る。狭帯域光源からの光信号を対象に向けて照らし、皮膚に沿った光源からのさまざまな距離（例えば、図１Ｂの距離Ｄ１〜Ｄ４）  による数個の異なる箇所において、皮膚直下の筋肉組織から反射された光信号の強度を測定することによって、スペクトルのさまざまな部分に対応するスペクトル強度が、各測定箇所で得られ、これは、光源からの距離と組み合わせられると、ヘモグロビン及び／または筋肉酸素化レベルの判定を可能にする。
【００３０】
［0044］  いくつかの実施形態では、エミッタアレイ１０２ｂのエミッタは、プリント回路基板（ＰＣＢ）、例えば図１Ｄ及び図２Ａに示されたＰＣＢ２０２に取り付けられ得る。一実施形態では、エミッタアレイ１０２ｂは、ＰＣＢ２０２上の調節可能な電流源としての低ノイズアナログＬＥＤドライバによって電力供給され、放出された光の強度レベルを設定する狭帯域ＬＥＤであってもよい。光学装置１００内部にエミッタを収納するための他の方法もまた可能である。
【００３１】
［0045］  エミッタアレイ１０２ｂのエミッタは、エミッタと光学装置１００の検出器との間の所望の距離を提供するために好適に配置され得る。例えば、エミッタアレイ１０２ｂのエミッタは、いくつかの実施形態では、発光源として効果的に機能するように、ともに近づけて配置され得る。すなわち、エミッタは、光学装置の単一の位置を占め得、検出器は、さまざまな距離にわたって散在する。エミッタアレイは、いくつかの実施形態では２０ｍｍ未満、いくつかの実施形態では１０ｍｍ未満、または発光源として効果的に機能する他のサイズを占め得る。例えば、２つのエミッタのエミッタアレイは、いくつかの実施形態では、１０ｍｍ以下の横方向範囲を有し得る。他の実施形態では、エミッタアレイ１０２ｂのエミッタは、直線的に配置され、例えば総横方向範囲２０ｍｍ未満またはその範囲内の任意の値を占める。非限定的な例として、エミッタアレイ１０２ｂは、直線的に配置された４つのエミッタを含み得、エミッタの線形配置は、光学検出器の線形配置に対して角度を付けられている。例えば、エミッタは、それに沿って検出器が配置される線に対して略直角な線に配置され得る。いくつかの実施形態では、エミッタは、光学装置１００の縁に向かって位置付けられ得、検出器は中心に位置し、それによって、エミッタから検出器までの経路が内側を指すようにされる。そのような構成は、迷光の衝撃を低減し得る。
【００３２】
［0046］  光学装置１００の検出器は、光学エミッタを基準とした所望の距離を提供するように好適に配置され得る。図ｌＢ及び１Ｃの例では、エミッタアレイ１０２ｂの箇所に端を発する経路上に略直線的に配置された複数の検出器１０３ｂ１、１０３ｂ２、１０３ｂ３、及び１０３ｂ４を含む検出器アレイ１０３が設けられる。図示された例では、検出器の線形配置は、光学エミッタの線形配置に対して略直角である。４つの検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４が示されているが、任意の他の好適な数が含まれてもよい。いくつかの実施形態では、含まれる検出器の数は、少なくとも３つの別個のエミッタ−検出器の距離を提供するように選択される。例えば、検出器１０３ｂ２は、検出器１０３ｂ１とは異なり（距離Ｄｌだけエミッタからずれている）、かつまた検出器１０３ｂ３（距離Ｄ３だけエミッタからずれている）及び検出器１０３ｂ４（距離Ｄ４だけエミッタからずれている）とは異なる、エミッタアレイ１０２ｂからの距離Ｄ２にある。３つ以上のエミッタ−検出器距離は、ＳｍＯ２、ＨｂＯ２、Ｈｂ、及び／またはＨｂＴの判定を容易にし得る。距離Ｄ１〜Ｄ４は、所望の特性（例えば、ＳｍＯ２）の判定を容易にするための任意の好適な値を仮定し得、一方で、少なくともいくつかの実施形態では、装着可能型ハウジングに実装するために好適なコンパクトなサイズを提供し得る。例えば、いくつかの実施形態では、Ｄｌは、５ｍｍを上回ってもよく、Ｄ４は、５０ｍｍ未満であってもよく、Ｄ２及びＤ３は、任意の好適な間隔でそれらの範囲内に含まれてもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、Ｄ１〜Ｄ４の各々が、５ｍｍ〜５０ｍｍの間であってもよいが、いくつかの実施形態では、他の値が可能である。いくつかの実施形態では、光学装置１００は、５つ以下の検出器を含み、いくつかの実施形態では、検出器は４つのみである。
【００３３】
［0047］  代替の配置では、検出器は、ＬＥＤの両側に異なる間隔をもって設けられ得る。さらなる代替によれば、多数の直線状検出器アレイは、異なる空間的方向で設けられ得る。これは、組織のより大きな部分を検査するための、筋肉全体にわたる筋肉酸素化及び／または  ヘモグロビン濃度の空間的分布のマッピングを可能にし得る。これはまた、例えば静脈瘤からの散乱を平均化することによって、より良好なＳＮＲを提供し得、表皮病変の存在におけるロバストな測定を提供し得、組織内のＳｍＯ２（またはＨｂもしくはＨｂＯ２もしくはＨｂＴ）分布の不均質性を検査し得る。
【００３４】
［0048］  本例では、各検出器は、光信号の検出のための検出器を露出させるような検出器くぼみ、例えば１０３ａ１の内部に配設される。それぞれのくぼみ、例えば１０３ａ１〜１０３ａ４が設けられ得る。また、検出器くぼみ、例えば１０３ａ１は、後面側１０１上に露出させた他の構成要素から検出器に入信する光学信号の光隔離を提供し得る。いくつかの実施形態では、検出器アレイ１０３が、皮膚表面（または、より一般的には、組織）からの光信号を実質的に収集すると同時に、エミッタアレイ１０２ｂから検出器アレイ１０３に直接送信された光を最小限にし、迷走バックグラウンド信号を最小限にすることが好ましい場合がある。さらなるいくつかの実施形態によれば、特定の検出器に入信するすべての光信号が、検出器が配設されている検出器くぼみのすぐ隣の試験対象面から反射された光信号に実質的に対応し、検出器信号に対する検出器箇所のより正確な対応関係を提供することが好ましい場合がある。したがって、異なる検出器くぼみ間の迷光量を最小限にすることが好ましい場合がある。図示されていないが、検出器くぼみ、例えば１０３ａ１の壁は、各検出器間に、及び検出器とエミッタアレイとの間に、改善された光隔離を提供するための光絶縁材料を含み得る。いくつかの実施形態では、光絶縁材料は、圧縮発泡材を含み得る。いくつかの実施形態では、図１Ｂに示されるように、隔離壁１１０は、任意にはエミッタアレイ１０２ｂ及び検出器  アレイ１０３の検出器を取り囲み、光隔離を提供し得る。壁１１０は、その任意の性質に起因して破線で示される。壁１１０は、ケーシング材から、または光を遮るための任意の他の好適な材料から形成され得る。
【００３５】
［0049］  図１Ｂの例では、各検出器くぼみ、例えば１０３ａ１は、検出器くぼみの開口領域を覆い、検出器、例えば１０３ｂ１を収容するためのキャビティを形成するウィンドウフィルタを含み得る。ウィンドウフィルタは、任意の好適な方法で検出器、例えば検出器１０３ｂ１に入信する光学信号を改変し、スペクトル測定を容易にするように構成され得、またいくつかの実施形態ではそのように構成される。一実施形態では、ウィンドウフィルタは、通過させて送信された光学信号のスペクトルを改変するための色付きのフィルタを含み得る。いくつかの実施形態では、ウィンドウフィルタは、任意には、集束（例えば、フレネルレンズ）及びビームステアリング／空間フィルタリングからの１つ以上の付加的機能を含み得る。含まれる場合、ウィンドウフィルタもまた、検出器を収容するキャビティを物理的に封止し、湿気等の環境要因による損傷から検出器を保護する。一実施形態では、各ウィンドウフィルタは、光学のりまたは他の好適な接着剤または固定具を使用して、検出器くぼみに取り付けられ得る。代替の実施形態では、ウィンドウフィルタは、ハウジングの中に成形されてもよく、ウィンドウフィルタ及びハウジングの適切な設計による機械的接合に加えて、成形プロセス中のプラスチックの接着を通して達成される化学的接合を達成し得る。
【００３６】
［0050］  光学検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４は、光信号の強度を測定する。検出器は、半導体接合部に入信する光信号を電気エネルギに変換した後、検出された光信号強度「カウント」として出力するオンボードのアナログ・デジタル変換を有する光学受信機であってもよい。いくつかの実施形態では、検出器は、すべての波長におよぶ総光信号強度をカウントに変換し得る。一例として、検出器は、フォトダイオードであってもよい。検出器は、オンボードのアナログ・デジタル変換を備える光検出器を組み込んでいてもよいが、代替が可能である。別の非限定的な例では、検出器は、ＴＳＬ２５９１光デジタル変換器であり得る。検出器は、筋肉の動きの影響を軽減するために好適な周波数でサンプリングされ得る。例えば、検出器は、１０Ｈｚ未満、５Ｈｚ未満、３Ｈｚ未満、２Ｈｚ未満で、またはそのような範囲内の任意のサンプリングレートでサンプリングされ得る。代替の実施形態では、検出器は、フォトダイオードからの測定された電流をカウントに変換するための、アナログ・デジタル変換器を有する測光フロントエンドを使用して達成されるアナログ・デジタル変換を有するシリコンフォトダイオードであってもよい。非限定的な一例では、測光フロントエンドは、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｎｏｒｗｏｏｄ，  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓより入手可能なＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ＡＤＰＤ１０３であって  本例では、光検出器は、４０００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１００Ｈｚ、０．１Ｈｚ、４０００Ｈｚ未満、１００Ｈｚ未満またはそのような範囲内の任意のサンプリングレートでサンプリングされ得る。別の非限定的な例では、フォトダイオードは、Ｅｖｅｒ光  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｉｎｃ．  ｏｆ  Ｃａｒｒｏｌｌｔｏｎ，  Ｔｅｘａｓより入手可能なＥｖｅｒ光  ＰＤ１５−２２Ｃ／ＴＲ８であってもよい。
【００３７】
［0051］  図１Ｂの例では、複数の検出器、例えば１０３ｂ１〜１０３ｂ４は、エミッタアレイ１０２ｂからの様々な箇所において光信号を測定するために、エミッタアレイ１０２ｂの箇所に端を発する経路上に略直線的に配置される。４つの検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４が示されているが、任意の他の好適な数が含まれてもよい。好ましい実施形態では、少なくとも３つの検出器を使用して、エミッタアレイからの少なくとも３つの異なる距離について光信号の強度を測定し、測定された強度に基づいて、ＳｍＯ２、Ｈｂ、ＨｂＯ２、またはＨｂＴのうちのいずれか１つ以上を提供するために使用されるモデルによって、距離に応じて測定された信号の改善されたフィッティングを提供する。図１Ｂの非限定的な一例では、検出器−エミッタ距離Ｄ１〜Ｄ４は、Ｄ４＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ１のようにされる。３つを超える検出器を設けることは、測定データの質をさらに向上させ得る。
【００３８】
［0052］  いくつかの実施形態では、検出器のうちの２つ以上が、互いに異なるサイズを有し得る。光強度は光源からの距離とともに低減するため、検出器１０３ｂ１は、検出器１０３ｂ２よりも大きな光強度を受信する可能性があり、一方検出器１０３ｂ２は、検出器１０３ｂ３よりも大きな光強度を受信する可能性があり、及び検出器１０３ｂ３は、検出器１０３ｂ４よりも大きな光強度を受信する可能性がある。このように、等しいサイズ及び感度の検出器を図１Ｂに示されたような構成で使用することは、結果として検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４が異なる出力信号の大きさを生成する可能性があり、検出器間において、検出器１０３ｂ１は、最大の大きさの出力信号を生成する可能性があり、検出器１０３ｂ４は、最も小さい大きさの出力信号を生成する可能性がある。出力信号大きさの相違は、いくつかの実施形態では大幅であり得、例えば大きさの程度またはそれ以上に達する。出願人は、そのような大きさの相違が、例えば略異なる大きさの信号を取り扱うための処理回路の能力に対する制約に起因して、受信信号の処理を困難にすることにつながる可能性があることを理解した。
【００３９】
［0053］  このように、本出願の一態様によれば、検出器は、互いの許容範囲内である大きさの出力信号を生成するようなサイズにされ得る。例えば、検出器は、エミッタアレイ１０２ｂから遠くなるほど、サイズが増大し得る。すなわち、検出器１０３ｂ２は、検出器１０３ｂ１よりも大きくなり得、検出器１０３ｂ３は、検出器１０３ｂ２よりも大きくなり得、検出器１０３ｂ４は、検出器１０３ｂ３よりも大きくなり得る。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの検出器は、エミッタアレイからより遠くに位置付けられた別の検出器よりもサイズが小さい。例えば、検出器１０３ｂ１は、検出器１０３ｂ２、検出器１０３ｂ３、または検出器１０３ｂ４のうちの１つ以上よりも小さくてもよい。いくつかの実施形態では、検出器１０３ｂ２、検出器１０３ｂ３、及び検出器１０３ｂ４は、等しいサイズにされ、すべて検出器１０３ｂ１よりも大きい。異なるサイズの検出器を使用することの代替として、検出器は、等しいサイズにされるが、エミッタアレイ１０２ｂから遠くなるほど増大する感度を有してもよい。このように、検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４は、互いに比較的類似した大きさである出力信号を生成し得、これは、処理回路による処理を簡略化し得る。検出器のサイズ及び／または感度の相違は、サイズ／感度における既知の相違に基づいて検出器出力信号をスケーリングすることによって説明され得る。例えば、検出器出力信号は、いくつかの実施形態では、標準化されてもよい。
【００４０】
［0054］  いくつかの実施形態では、光学検出器は、エミッタと同期して動作するように配置され、電子的に構成される。そのような動作のために使用され得る装置の例は、上記でリストアップされた、ＡＤＰＤ１０３測光フロントエンドである。いくつかの実施形態では、エミッタと測光フロントエンドの検出器または他の光学装置とを同期して動作させることは、光学信号の正確な測定のために、統合（時間）ウィンドウをエミッタ（時間）ウィンドウと整列させることを伴う。いくつかの実施形態では、エミッタ及び検出器は、精密に整列されていないエミッタウィンドウ及び統合ウィンドウと同期して動作し得、測定値は真値にマッピングされ得る。測光フロントエンドまたは他の光学装置の統合ウィンドウ及びエミッタウィンドウの整列のずれは、例えば測定チャネルのウィンドウが個々に制御可能ではなく、群として設定される場合に生じ得る。そのような状況では、統合及びエミッタウィンドウの整列は、１つ以上の測定チャネルに対して不正確である場合があり、結果として測定誤差となり、その度合いは、特定のチャネルに対する統合ウィンドウとエミッタウィンドウとの間の整列不良の度合いに依存し得る。統合ウィンドウ及びエミッタウィンドウが真値に対して整列不良であるときに測定された光学信号強度値をマッピングすることは、改善された性能を提供し得、システムの較正を表す。このマッピングの関数形は、多項式であってもよく、ここで、マッピングを達成する多項式の順序及び係数は、既知の光学的性質を有する試料に抗して、センサを較正することを通して判定されることができる。測定値及び真値における相違が、主として回路基板のルーティング等のハードウェア構成に起因する場合、その後、単一のユニットに対する上述のような構成（マッピング）が、すべての他の同じ種類のユニットに対し等しく十分に適用されてもよい。
【００４１】
［0055］  略直線経路上の各検出器の中心間の、及び複数の検出器の第１の検出器とエミッタアレイとの間の任意の好適な間隔または間隔の組み合わせは、装着可能型光学装置１００の後面側１０１に検出器及びエミッタアレイを配置するように提供され得る。非限定的な例では、検出器は、各隣接した検出器の中心間で、及び複数の検出器の第１の検出器の中心とエミッタアレイとの間で１０ｍｍ離れて間隔を置かれ得る。他の実施形態では、より狭い間隔、例えば８ｍｍの間隔を使用して、より多くの検出器を含むことを可能にし得る。例えば、図１Ｂの検出器は、エミッタからそれぞれ８ｍｍ、１６ｍｍ、２４ｍｍ、及び３２ｍｍだけ間隔を置かれ得る。いくつかの実施形態では、隣り合う検出器間の間隔は、５ｍｍ〜２０ｍｍの間、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満またはそのような範囲内の任意の距離または距離の範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、検出器は、撮像装置、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージャのピクセルであってもよい。
【００４２】
［0056］  検出器のうちの１つ以上は、基準信号を提供する役割を果たし得る。例えば、光学装置１００の文脈において、エミッタ１０３ｂ１に最も近い検出器は、それに抗して検出器１０３ｂ２〜１０３ｂ４によって測定された強度が測定される基準強度を提供し得る。このように、エミッタによって放出された信号の強度における変動の制御及び知識が提供され、装置設計及び動作を簡略化し得る。そのような構成では、基準として機能する検出器は、固有のエミッタ−検出器距離に寄与しない場合があるが、他の実施形態では、寄与する場合がある。すなわち、図１Ａの例では、３つの固有のエミッタ−検出器距離は、検出器１０３ｂ２〜１０３ｂ４によって提供され、一方で検出器１０３ｂ１は、他の検出器に対する基準（またはベースライン）を提供する。
【００４３】
［0057］  出願人は、迷光は、光学装置、例えば光学装置１００の性能に望ましくない影響を与え得ることを理解した。例えば、光学装置１００は、太陽光または他の環境光が存在する状況で使用されてもよい。そのような環境光の検出は、装置性能に負の影響を与える可能性がある。従って、図１Ｂ及び１Ｃに図示されるように、光学装置は、環境光または他の迷光が、光学装置１００の検出器によって意図せず検出されることを防止するように構成された封止リング１０４を含み得る。封止リング１０４は、ケーシング１０７の隆起部であり、示されるように、後面側１０１の外周まわりの連続的な隆起部によって形成され得る。封止リングの高さは、１ｍｍ未満、２ｍｍ未満、または任意の他の好適な高さであってもよい。封止リングは、後面側１０１のケーシング材料と略同じ材料から構築されてもよく、またはユーザの表面と接触したときに封止を提供するための任意の他の好適な材料から構築されてもよい。いくつかの実施形態では、封止リングは、装着可能型光学装置の全体的に略小さな設置面積を維持する寸法で構築される。いくつかの実施形態では、装着可能型光学装置がユーザ上で使用されると、後面側１０１は、ユーザの皮膚に面して位置し、封止リング１０４は、それによって、周囲光が１０３ｂ１等の検出器のいずれかに到達することがないようにユーザの皮膚と接触して間隙のない完全な封止を形成して、迷走バックグラウンド信号を低減し、検出された信号のＳＮＲを改善する。封止リングは、光学装置をユーザ上の適所に保持し、水分（例えば、汗または雨）が光学的動作、または他の機能と干渉することを防止することを助ける等の付加的な機能を果たし得る。
【００４４】
［0058］  光学装置１００の他の特徴は、光学ボタン、光、及びストラップまたは他の固定機構のための開口を含む。図１Ａを参照すると、光学装置１００は、ボタン、例えば、データの記録を可能にするための「記録」ボタン１１２、及び光学装置１００のオン／オフ状態を制御することを可能にするための「電源」ボタン１１３を含み得る。他のボタン、スイッチ、ノブ、またはユーザインターフェース要素が任意に含まれてもよい。
【００４５】
［0059］  光学装置１００は、任意には出力インジケータ、例えばライトを含み得る。図１Ｄは、ＬＥＤ状態インジケータライト１１４を図示する。
【００４６】
［0060］  図４Ａ及び４Ｂに関連して以下にさらに記載されるように、光学装置１００は、装着可能型であってもよく、ユーザに固定されることを可能にする特徴を含んでもよい。固定機構の一例は、ストラップであり、ゆえに、ケーシング１０７は、ストラップを保持するために好適な特徴、例えば１つ以上のスロット１０８を含み得る。いくつかの実施形態では、ストラップ１０５を使用して、装着可能型光学装置１００をユーザの皮膚に取り付け、封止リング１０４による密封を確実にするための圧縮力を提供する。
【００４７】
［0061］  図５は、ユーザと接触している光学装置１００の断面図を図示する。好適な固定機構、例えばストラップ１０５を、スロット１０８と組み合わせて使用して、光学装置１００を留め付け、それによって、後面側１０１の封止リング１０４が表面２０７（例えば、ユーザの皮膚）に押圧されてリングの圧痕を形成し、迷光が光学装置１００の後面側１０１の構成要素に入り込むことを防止する。図５の例における光学装置の動作中、エミッタアレイ１０２ｂから放出された光信号は、媒体２０６（例えば、ユーザの筋肉組織）に進入し、光拡散経路２０８を介して組織を通過して散乱し、その後、検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４によってさまざまな箇所において検出される。検出器１０３ｂ１〜１０３ｂ４及びエミッタアレイ１０２ｂは、動作中は表面２０７に近接し、光学ウィンドウ２０１は、検出器／エミッタアレイと皮膚との間にある。検出器及びエミッタアレイは、光学装置のケーシング１０７の内側のＰＣＢ２０２に物理的かつ電気的に接続される。
【００４８】
［0062］  図１Ｄは、ケーシング１０７の前面側及び後面側を含み、それらの間に回路基板２０２または他の基板がある光学装置１００の分解組立図を図示する。回路基板（例えば、プリント回路基板）は、光学装置の電子機器を支持し得る。回路の一例が、図３Ａ〜３Ｂに関連して記載されている。
【００４９】
［0063］  図３Ａは、装着可能型光学装置１００の内部構成を示すブロック図である。デジタル基板３００は、ケーシング１０７の内側に設けられ、基板上のさまざまな構成要素のための物理的支持及び電気接続を提供する。
【００５０】
［0064］  一実施形態では、デジタル基板３００は、マイクロコントローラ３０３との通信に基づいてエミッタアレイ１０２ｂに電力を選択的に提供するためのアナログエミッタソースドライバ３０１、例えばＬＥＤドライバを含み得る。非限定的な一例では、アナログエミッタソースドライバ３０１は、狭帯域ＬＥＤにおける放出光強度レベルを選択的に設定するための調整可能な電流源として、低ノイズアナログＬＥＤドライバを含み得る。
【００５１】
［0065］  図３Ａの例では、デジタル基板３００は、１０３における検出器の各々と通信し、各検出器１０３ｂからマイクロコントローラ３０３にカウントデータを選択的に送信するためのスイッチ／マルチプレクサ３０２を含む。一実施形態では、マルチプレクサは、マイクロコントローラ３０３と通信し、検出器データをマイクロコントローラ３０３に送るバスマルチプレクサであってもよい。非限定的な一例では、マルチプレクサは、Ｉ２Ｃ通信プロトコルに基づくバスマルチプレクサであってもよい。いくつかの実施形態では、マルチプレクサ３０２は、スイッチであり得る。
【００５２】
［0066］  図３Ａの例では、マイクロコントローラ３０３は、エミッタソースドライバ３０１と通信することによって、光源アレイ１０２の出力を制御するように構成される。マイクロコントローラ３０３は、スイッチ／マルチプレクサ３０２と通信することによって、検出器カウントを読み取って処理する。また、マイクロコントローラ３０３は、データを記憶し読み出すために、メモリ３０４、または他のオンボードの記憶装置とも通信する。
【００５３】
［0067］  図３Ａの例では、温度データを測定し、マイクロコントローラ３０３と温度データを通信するための少なくとも１つの温度センサ３０７が設けられ得る。温度センサは、皮膚温度、装置温度、及び／または周囲温度を検知し得る。温度データを使用して、装置の動作または対象の組織の光学的挙動における温度により誘起された変動の理由を明らかにし得る。例えば、温度は、出力電力の点においてエミッタ（例えば、ＬＥＤ）放射率に影響を及ぼし、放出されたスペクトル及び／またはバッテリ充電状態を変化させ得る。正確なバッテリモニタは、温度データからの恩恵を受け、どの程度の間バッテリが持つかを予測し得る。装置温度は、皮膚温度に関連させることができ、皮膚温度は、身体機能（例えば、血流）を抽出するために使用されるパラメータセットの一部であり得る。血流は、カロリー消費のようなさらなる身体パラメータを算出することを可能にしている。温度センサは、アナログ温度センサプローブと、温度センサプローブデータをマイクロコントローラ３０３と通信するために好適なデジタルデータに変換するためのアナログ・デジタル変換装置とを含み得る。
【００５４】
［0068］  任意には、追加のセンサ、例えば加速度計３２０、心拍数センサ３２２、または他のセンサが含まれ得る。そのようなセンサからのデータを、光学データと組み合わせて使用して、身体活動を評価し、以下にさらに記載されるように、ユーザに入力を提供し得る。加速度計３２０及び心拍数センサ３２２は、デジタル基板３００上に示されているが、代替の実施形態では、これらは分散型構成要素であってもよく、そのようなセンサからのデータは、マイクロコントローラまたは外部処理装置によって光学データと組み合わせられてもよい。
【００５５】
［0069］  一実施形態では、マイクロコントローラ３０３は、無線ネットワークインターフェース３０５を介して外部装置にデータを送信する。無線ネットワークインターフェースは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、アンテナ、または他の好適なインターフェースであってもよい。いくつかの実施形態では、送信データは、スイッチ／マルチプレクサ３０２または任意の他のセンサ、例えば温度センサ３０７から受信された生検出器データであり得る。他の実施形態では、送信データは、送信の前に、マイクロコントローラ３０３によって任意の好適な方法で処理され得る。外部装置は、マイクロコントローラからの送信データを記憶するためのデータ記憶装置、または送信データのインタラクティブな表示及び／またはさらなる処理のための処理装置及びユーザインターフェースを有する装置であってもよい。一実施形態では、無線ネットワークインターフェース３０５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）モジュールである。非限定的な一例では、無線ネットワークインターフェース３０５及びマイクロコントローラ３０３は、１つの単体の構成要素に統合されており、例えば内蔵ＢＬＥモジュールを有するＲＦｄｕｉｎｏマイクロコントローラ、Ｎｏｒｄｉｃ半導体マイクロコントローラ、またはＢＬＥモジュールを有するＣｙｐｒｅｓｓマイクロコントローラである。
【００５６】
［0070］  また、デジタル基板３００は、電力及び／またはデータを無線送受信するための少なくとも１つのアンテナ３０９を含む。例えば、アンテナ３０９は、無線ネットワークインターフェース３０５を介して、データを送信及び／または受信し得る。いくつかの実施形態では、無線ネットワークインターフェース３０５を介してデータを無線送受信することは、データを暗号化及び復号化することを含み、それによって、装置または装置上のデータに対する非認可アクセスを防止するようにされる。いくつかの実施形態では、データは、無線ネットワークインターフェース３０５を介して、マイクロコントローラ３０３に送信され得る。マイクロコントローラに送信されたデータは、マイクロコントローラを再構成するためのファームウェアを含んでもよい。
【００５７】
［0071］  一実施形態では、メモリ３０４は、マイクロコントローラ３０３から受信された、及び／または無線ネットワークインターフェース３０５を介して受信されたデータを
記憶するための任意の好適な記憶容量を有するオンボードのストレージチップである。
【００５８】
［0072］  図３Ａの例では、デジタル基板３００は、電源３０８をさらに含む。一実施形態では、電源３０８は、バッテリである。非限定的な一例では、電源３０８は、およそ３．７Ｖの電圧を有するポリマーリチウムイオン再充電可能バッテリである。
【００５９】
［0073］  いくつかの実施形態では、少なくとも１つのアンテナ３０９は、好適な外部無線充電源から電源３０８を充電するための無線電力受信機３１２を介して、電源３０８に結合された無線充電コイルを含む。無線電力受信機３１２は、Ｑｉ規格に準拠していてもよい。いくつかの実施形態では、電源３０８の電力出力を調整しコンディショニングするために、電圧レギュレータ３１０が設けられる。本装置の無線充電は、ケーシング１０７上の開口を設ける必要性をなくし得る。電力充電ケーブルがデジタル基板３００上のレセプタクルに係合し、それによって、水分等の破損を起こす環境要因への曝露を最小限にすることを可能にする。また、無線充電の性能は、プラギングの問題を取り除いてユーザに対する電力充電ケーブルをアンプラギングし、皮膚の炎症を生じさせ、腐食を経験させる可能性がある金属的接触を低減し、ひいては概して装置をよりロバストにし得る。
【００６０】
［0074］  いくつかの実施形態では、ＰＣＢ２０２上に、ケーシング１０７の外側にアクセス可能であり、ユーザが装置を動作させるためのインタラクティブ制御及びフィードバックを提供し得るボタン３１５ａ、３１５ｂ、ステータスＬＥＤ３１９及びバッテリ燃料ゲージ３１７が設けられ得る。
【００６１】
［0075］  デジタル基板３００のさまざまな代替が可能である。図３Ｂは、１つの非限定的な代替を図示する。デジタル基板３５０は、デジタル基板３００とはいくつかの点で異なる。ただ１つのボタン３１５ａがデジタル基板３５０上に設けられる。電源３０８は、バッテリ燃料ゲージ３１７に対する入力を提供するように構成される。温度センサ３０７、加速度計３２０、及び心拍数センサ３２２は省略される。デジタル基板３００のＬＥＤドライバ３０１及びスイッチ／マルチプレクサ３０２は、デジタル基板３５０の測光フロントエンド３５２によって置き換えられる。また、ステータスＬＥＤ３１９は、マイクロコントローラ３０３によって直接駆動される。さらなる代替が提供される。
【００６２】
［0076］  図４Ａは、ユーザの体、例えば、図４Ｂの例に示されるような大腿に装着するために、装置１００を固定するためのストラップ１０５を有する例示的な装着可能型光学装置１００を示す。ストラップは、装着可能型光学装置１００の相対位置を、身体の一部の動き、例えばウォーキング中、ランニング中、または取り付けられる身体の一部の動きを必要とする任意の活動中に関わらず、取り付けられる体の部位に固定し、それによって、装置上の検出器が、身体の一部上の固定箇所に略対応する信号を継続的に測定するようにされる。図４Ｂの例では、ストラップ１０５は、２つの端を含み、各々が、身体の一部の周囲に巻き付け得るループを形成するケーシング１０７の２つの反対側のうちの一方に取り付けられる。ストラップ１０５は、身体の一部に対する固定のためのループにすばやく近接し、身体の一部から取り除くためにループをすばやく開放するための１つ以上の機構、例えばフック及びループファスナを含み得る。すばやい開閉機構は、ユーザに、身体の他の部位における衣服または体のカバーを取り除く必要なく、装着可能型光学装置を曝露された皮膚を有する身体の一部にすばやく取り付けて固定するための利便性を提供する。ストラップ１０５の長さは、活動及び筋肉群使用頻度に依存して、さらなる収容または固定構成要素を購入する必要なく、身体の異なる部位の周囲にフィットするように調整可能であってもよい。例えば、あるアスリートが、ランニングまたはサイクリング中の大腿筋群の酸素化レベルを監視するための装着可能型光学装置を使用することを望むかもしれない一方で、同じアスリートが水泳中の腕で装置を使用することを望む場合がある。
【００６３】
［0077］  ストラップは、ユーザの身体の一部にしっかりと取り付けられると圧縮張力を提供するような可撓性材料で構成され得る。ストラップは、身体の一部への好適なレベルの固定と、ケーシング１０７の後面側１０１上の封止リング１０４とユーザの身体との間の好適な度合いの封止との両方を可能にするような、調整可能なレベルの圧縮を提供するための機構をさらに含み得る。また、ストラップの調整可能な性質は、快適なフィット感を達成することを容易にし得る。
【００６４】
［0078］  ストラップは、光学装置１００をユーザに固定するために使用されるとして図示されているが、光学装置をユーザに固定するための他の機構が、異なる実施形態で実施されてもよい。
【００６５】
［0079］  いくつかの実施形態では、ケーシング１０７及びストラップ１０５は、装着可能型光学装置１００が過酷な環境的状況で動作することを可能にするためのさらなる材料及び／または機構を含み得る。例えば、保護カバー、シーリング、または他の材料を使用して、水中、煙、ほこり、または高い湿度のある環境、もしくは高いＧ力を受ける環境において可能性のあるマイナスとなる動作結果を軽減し得る。付加的なカバー、シーリング、及び保護パーツをさらに使用して、周囲光を遮蔽し、高温または低温環境内での装置の好適な温度を維持し得る。
【００６６】
［0080］  ここで、光学装置１００の動作の一例が記載されるが、代替の方法が可能であることが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、装置の通常動作前に較正手順が行われる。放出された光の強度は、組織から反射されるときに測定されると、組織の表面に沿った距離が増大してエミッタから離れるため、減衰し得る。この減衰は、例えば指数的であることができる。このように、各測定箇所における光検出器が同じである場合、より近接したフォトダイオードで測定された強度は、より離れたフォトダイオードで測定されたものよりも大きい。異なる光検出器のアクティブ領域及びスペクトル感度を使用して、例えば先に説明したように、より小さな光検出器をより近接した距離で使用し、より大きなものをより離れて使用することによって、この効果をオフセットすることを助けることができる。しかしながら、光検出器の選択に関わらず、センサを異なるユーザに適用したときに、すべての検出器で十分な信号が検出され、しかしそれらが飽和することがないことを確実にするという点において、問題が生じる場合がある。固定された光検出器構成に対して、センサが異なるユーザに位置するため、エミッタの出力を変更することによって、信号が調整されることができる。較正アルゴリズムを用いて、エミッタを低電力構成で開始させることによってエミッタ強度の調整を自動化し、光検出器が飽和することがないようにし得る。すべての光検出器における測定は記録され、その後、エミッタ強度が以下のように調整される。光検出器のすべてにわたる最大測定値が特定のしきい値を下回ると同時に、固定量までエミッタの強度を増大させ、各光検出器において再測定し、強度を先の増分まで低減させる点において、任意の光検出器がしきい値を超えるまで繰り返す。このしきい値は、飽和限度の一定のパーセンテージ、例えば飽和限度の８０パーセント、７０％〜８５％の間、または任意の他のパーセンテージに設定されることができる。
【００６７】
［0081］  ここで、較正後の装置１００の動作の一例が記載される。一実施形態によれば、装着可能型光学装置１００の光源アレイ１０２は、いずれかの側においておよそ８００ｎｍの２つのピーク波長を有する光信号を放出する狭帯域ＬＥＤを含む。一例として、ＬＥＤは、６５０ｎｍ〜７１０ｎｍ（例えば、およそ６６０ｎｍ）のピークを有するＬＥＤと、８２０ｎｍ〜８６０ｎｍ（例えば、およそ８５５ｎｍ）のピークを有するＬＥＤとを含み得る。しかしながら、これらの波長範囲は例示であり、他の波長を使用してもよい。脱酸化血液は、酸化血液よりも強力な赤色光吸収体である。対照的に、酸化血液は、脱酸化血液よりも強力な近赤外（ＮＩＲ）光吸収体である。二者の吸収は、８００ｎｍあたりでほぼ同じである。筋肉は、血流中にＨｂ及びＨｂＯ２の混合物を含む。運動によって、Ｈｂ及びＨｂＯ２のパーセンテージが変化し得、結果として、光の吸収が変化し、したがって血液の色が変化する。この血液の色の変化は、例えば本明細書に記載されたタイプの好適な装置によって筋肉内部で測定されるときに、筋肉組織内の酸素化レベルを判定するために使用されることができる。このように、およそ８００ｎｍを下回り、また上回る波長の光の吸収を分析することによって、酸化及び脱酸化血液のパーセンテージの判定をなし得る。
【００６８】
［0082］  動作時、光学装置１００は、繰り返されて異なる波長のＬＥＤ（または他の光学エミッタ）をオフにし、一方ですべての検出器と同時に検出する。例えば、第１のサイクル中、第１の波長の１つ以上のＬＥＤがアクティブにされ得、光学装置のすべての検出器が放出された信号を検出し得る。この期間のあとには、すべてのＬＥＤがオフにされると、第１のポーズ期間が続き得る。次に、第２の波長の１つ以上のＬＥＤがオンにされ得、すべての検出器が、放出された信号を検出し得る。この期間のあとには、すべてのＬＥＤがオフにされると、第２のポーズ期間が続き得る。検出器は、任意のそのようなポーズ期間中に検出し得る。例が、図６に関連して記載される。
【００６９】
［0083］  図６は、本明細書に記載されたタイプの光学装置の動作のための１つの非限定的な実施形態のタイミング図を図示する。横軸は時間を表す。縦軸は、第１の波長（ＬＥＤλ１）のＬＥＤ、第２の波長（ＬＥＤλ２）のＬＥＤ、及び検出器のオンオフ状態を図示する。この非限定的な例では、すべてのＬＥＤ及び検出器は、最初は時間Ｔ０においてオフであり得る。この時間は、ユーザが光学装置の監視を開始する前の時間を表し得る。時間Ｔ１において、検出器がオンにされ得る。時間Ｔ２において、第１の波長のＬＥＤ（または他のエミッタ）が、Ｔ２〜Ｔ３の間にわたってアクティブにされ得る。ポーズ期間は、すべてのＬＥＤがオフにされると、Ｔ３〜Ｔ４まで続き得る。示されるように、検出器は、任意にはこのポーズ期間の間維持される。
【００７０】
［0084］  次に、Ｔ４において、第２の波長のＬＥＤ（または他のエミッタ）がアクティブにされ得、時間Ｔ５まで維持され得る。時間Ｔ５において、すべてのＬＥＤがオフにされる別のポーズ期間が生じ得る。検出器は、時間Ｔ６までオンに維持され得、それらがＬＥＤのオン存続期間全体から信号を取り込むことを確実にする。
【００７１】
［0085］  図６に示された動作方法の代替が可能である。さらに、図示された動作は、２つよりも多い波長が存在する場合エミッタのさらなる波長を進展させ得るが、いくつかの実施形態では、サイクル持続期間及びサイクルの順序は、変動してもよい。例えば、一実施形態では、順序は、「ＬＥＤ１ＯＮ」、「ＯＦＦ」、「ＬＥＤ２ＯＮ」、「ＯＦＦ」等と順番づけられ得る。各ステップは、異なる統合時間及び検出器ゲイン設定、例えば３００ｍｓ、１００ｍｓ、２００ｍｓ、１００ｍｓ、等を有していた場合がある。いくつかの実施形態では、皮膚／組織内の水分量を測定するために、第３またはそれに続く波長（例えば、非限定的な例として、９５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内）であってもよい別の波長が加えられ得る。いくつかの実施形態では、バックグラウンドを継続的に測定するという単一の目的のために、別個の光検出器が含まれ得る。他の変形もまた可能である。
【００７２】
［0086］  ＬＥＤのいずれかの群がオンにされると、１０３の検出器は、光信号の強度を検出器１０３ｂの各々の異なる距離において測定されたとして記録する。いくつかの実施形態では、それぞれの検出器の各箇所で検出された光信号は、測定された反射強度を、光源からの距離の関数として表す。
【００７３】
［0087］  異なる波長に対して検出された強度は、任意の好適なアルゴリズム、例えば指数的アルゴリズムを使用して処理され得、そのような処理の一例が以下に記載される。いくつかの実施形態では、検出された信号強度の処理は、しきい値アルゴリズムを適用して、任意の所与の検出器からのデータが、規定の範囲内に含まれることによって、良好なデータであると見なされることを確実にすることを含む。例えば、最小許容可能しきい値は、検出器によって検出された信号に適用され得る。最小許容可能を下回る信号は、廃棄されるか、さもなければ次の処理から省略される場合がある。そのような実施形態では、最小しきい値は、次の処理のための最小許容可能性を表すと見なされる任意の好適な値として選択され得る。処理の結果、受信された強度は、筋肉内に存在する脱酸化及び酸化ヘモグロビンの指標を提供し得、ゆえにＳｍＯ２の指標を提供し得る。
【００７４】
［0088］  いくつかの実施形態では、検出器データは、検出器の各々において略同時に記録され、それによって、一時点での同じ筋肉組織でのＨｂ及びＨｂＯ２レベルの正確な算出を提供し、非限定的な例では、ドリフトによって生じるアーティファクトを低減させるために、筋肉組織状況が略不変に維持されることが好ましい。また、いくつかの実施形態では、データ点間のソフトウェア補間を使用して、信号対雑音比を改善させ、例えば暗測定データ（ポーズ中に取得される）を改善させる。
【００７５】
［0089］  いくつかの実施形態では、検出器データは、予め定義された周波数でサンプリングされる。各サンプリングにおいて、検出器データは、設定された短期間にわたって記録され、記録された小さなデータ群が処理されて単一のサンプリングデータ点を作り出し、ＳＮＲを改善させる。いくつかの実施形態では、データの処理は、平均化されるかまたは統合され得る。いくつかの実施形態では、サンプリング周波数は、運動の過程中のユーザの血液酸素化レベルにおける時間変化を反映するために十分に高速であるように選択される。いくつかの実施形態では、サンプリング周波数は、ユーザの動きに起因するゆらぎを平均化するために十分に低速であるように選択される。いくつかの実施形態では、サンプリング周波数及びデータ処理のレベルは、装着可能型光学装置のバッテリ寿命を延ばすため、マイクロコントローラの作業量を低減させるように選択され得る。非限定的な例では、検出器データは、周波数２Ｈｚでサンプリングされるが、他の周波数が代替的に使用されてもよく、周波数１０Ｈｚ未満、５Ｈｚ未満、３Ｈｚ未満、２Ｈｚ未満、またはそのような範囲内の任意のサンプリングレートを含む。いくつかの実施形態では、光検出器が自律的に動作し、データ取得時の間（例えば、１００ｍｓ）、ＢＬＥコントローラは、電力セーブモードに入る。取得後、コントローラは、値を読み出す。そのような動作は、バッテリ寿命を著しく延長させることができる。
【００７６】
［0090］  既知の関数形に基づく曲線は、２つの波長の各々において測定された反射強度対距離データを通してフィッティングされ、どのようにして筋肉組織を通した光が、２つの波長の各々において、距離とともに減衰されるかに関する情報を得る。いくつかの実施形態では、曲線は、指数の一部として距離を有する指数関数であり、拡散係数を乗じる。光源までの３つ以上の異なる距離を有する３つ以上の検出器の使用は、反射強度対距離データを曲線とフィッティングさせるために好ましい場合がある。より多数のエミッタ−検出器距離が使用されるほど、ノイズ低減を含む曲線フィッティングはより良好になる。２つの検出器−光源距離のみが設けられた場合、結果として得られる強度対距離データは、２つのデータ点のみを表す。指数的曲線等の曲線を、指数における距離とフィッティングさせるために２つのデータ点を使用することは、フィッティングされたデータの精度に悪影響を及ぼす著しいフィッティングの不確実性を招く恐れがあり、不正確となるおそれがある物理構成に関するさらなる大量の想定を必要とする場合がある。波長の各々における有効減衰係数を得るために、２つの異なるピーク波長を光源として使用し得る。しかし、他の実施形態では、より少ないノイズのより高品質のスペクトルを得るために、より多くのピーク波長を使用し得る。また、より多くの波長の使用は、皮膚／組織の水分量のフィッティングを許し、これは、代替的には水分量を一定であると仮定して行われ得る。
【００７７】
［0091］  曲線フィッティングプロセスは、ピーク波長を有するＬＥＤの異なる群が電源オンにされて、各ピーク波長での減衰係数を判定する各時間間隔の間繰り返されてもよい。すべてのＬＥＤがオフにされたときに該期間中に取られる測定値は、曲線フィッティングを行う前に、ＬＥＤがオンにされている間に取られた測定値から減算され得る。
【００７８】
［0092］  いくつかの実施形態では、光学装置の異なる検出器からのデータの異なる組み合わせを曲線フィッティングに使用して、対象となる組織（例えば、筋肉）内部の異なる深さにおける性質を評価し得る。実際、組織は、時として不均質であり、例えば皮膚表面からの深さが異なる。図５に示されるように、図１Ｂ〜１Ｃ及び５に示されたもの等の光学装置のさまざまな光学検出器によって検出された光は、組織内部の異なる深さまで移動する場合があった。このように、検出信号は、不均質な組織によって影響される場合がある。いくつかの実施形態では、検出データの曲線フィッティングは、検出器の異なる組み合わせをもって行われ、異なる深さに依存する組織特性の評価を提供し得る。検出器のうちの２つ以上の任意の組み合わせを使用してもよい。例えば、一実施形態では、検出器１０３ｂ１及び１０３ｂ２からのデータを、１つの第１の曲線フィッティング手順のために使用し得る。検出器１０３ｂ２及び１０３ｂ３を、別の曲線フィッティング手順のために使用し得る。検出器１０３ｂ３及び１０３ｂ４を、別の曲線フィッティング手順のために使用し得る。他の実施形態では、検出器のうちの２つ以上の代替の組み合わせを使用してもよい。これらの異なる曲線フィッティング手順は、対象となる組織内部の酸素化及び／またはヘモグロビン濃度に関する深さ依存の情報をもたらし得る。また、これらのさまざまな検出器組み合わせは、筋肉に対して表面近くに位置する脂肪性組織層の測定を行う場合、有益であり得るか、またはいくつかの実施形態では必要であり得る。深さ依存測定から集められた情報は、さらなる健康追跡の基準値、例えば浅在する脂肪含有量の監視を提供し得る。
【００７９】
［0093］  いくつかの実施形態では、減衰曲線及び筋肉組織の光学的性質に関する知識を使用して、組織内部の酸化及び脱酸化ヘモグロビンに起因する吸収係数が判定され得る。そのようなデータは、酸化及び脱酸化ヘモグロビンに対する既知の吸光係数と組み合わせられると、酸化されたヘモグロビンのパーセンテージの判定に至り得る。いくつかの実施形態では、ユーザにかかわらず、一定の組織散乱性質が評価され得る。このことは、いくつかの実施形態では、Ｈｂ及びＨｂＯ２の判定が近似値であり得ることを意味する。
【００８０】
［0094］  本出願の態様は、光学装置１００によって検出されたもの等の検出光学信号を処理し、ユーザの筋肉内部の酸素化レベル及び／または乳酸レベルを評価する方法に関する。いくつかの実施形態では、乳酸閾値と酸素化との間の相関が導き出され得る。筋肉を通した光の透過率は、距離にわたって減衰する指数的減衰量としてモデル化され得る。本出願の一態様によれば、光学強度は、光学エミッタからの３つ以上の距離で、そのような距離の各々に対して２つ以上の波長で検出される。２つ以上の波長が使用されるのは、２つの既知でないＨｂ及びＨｂＯ２に起因する。その検出データを使用して、筋肉内の酸化及び脱酸化ヘモグロビンのパーセンテージが判定され得、それによって、ＳｍＯ２の指標が提供される。
【００８１】
［0095］  データの処理は、例えばマイクロコントローラ３０３によって、光学装置１００上で行われ得る。代替の実施形態では、光学装置の光学検出器によって検出された生データは、外部処理装置、例えばスマートフォン、タブレット、コンピュータ、または筋肉内の酸化及び脱酸化ヘモグロビンのパーセンテージを算出し得る他の処理装置に送信され得る。該算出は、光学装置１００の使用中に略リアルタイムに、周期的な間隔の使用中、または使用に引き続いて行われ得る。
【００８２】
［0096］  上記の処理は、すばやく、かつ光学装置自体に行われることが可能であるように十分に簡潔であり得る。このように、光学装置１００は、身体能力に関するフィードバックをタイムリーに得る点において、ユーザ、例えばアスリートにとっての価値が増大し得る。該計算は、モンテカルロシミュレーション、大量の記憶データを必要とするルックアップテーブルの使用、またはプロセッサ集約型手法等の高価な演算を回避し得る。
【００８３】
［0097］  本出願の一態様によれば、Ｈｂ、ＨｂＯ２、ＨｂＴ、またはＳｍＯ２のうちのいずれか１つ以上を評価するために用いられ得る信号を検出するように構成された光学装置は、衣類、例えばシャツ内に組み込まれるように構成され得る。図７は、システム７００の一例を図示する。
【００８４】
［0098］  示されるように、光学検出システム７００は、１つ以上の光学エミッタ／検出器ストリップ７０２と、制御モジュール７０４とを含み得る。光学エミッタ／検出器ストリップ７０２は、図１Ｂ〜１Ｃに関して本明細書に記載されたタイプのエミッタアレイ及び複数の光学検出器を含み得る。例えば、図示されたエミッタ／検出器ストリップ７０２の各々は、複数の直線的に配置されたエミッタを含むエミッタアレイ７０６と、互いに対して直線的に配置された複数の検出器７０８とを含み得る。エミッタ／検出器ストリップ７０２は、エミッタアレイ７０６及び検出器７０８を支持するフレキシブル基板７０３を含み得る。フレキシブル基板の使用は、シャツ７１０または他の衣類内でエミッタ／検出器ストリップ７０２を用いることを容易にし得る。いくつかの実施形態では、エミッタ及び／または検出器は、衣類に、例えばフィットした運動用シャツに埋め込まれてもよい。
【００８５】
［0099］  制御モジュール７０４は、エミッタ／検出器ストリップ７０２の動作と、エミッタ／検出器ストリップ７０２の光学検出器によって生成された信号の処理とを制御し得る。例えば、制御モジュール７０４は、エミッタ及び検出器の他に、図３Ａに示された回路構成要素を含み得る。制御モジュールは、任意の好適なハウジング内に収容されてもよい。いくつかの実施形態では、制御モジュール７０４は、ユーザに結合され、例えば衣類に固着されるか、衣類のポケット内に保持されるか、さもなければ保持される。制御モジュール７０４は、好適なワイヤ７１２によって、及び／または無線接続によって、１つ以上のエミッタ／検出器ストリップ７０２に結合され得る。制御モジュール７０４及びエミッタ／検出器ストリップ７０２は無線結合され、そして各々が好適な無線通信回路を含み得る。
【００８６】
［0100］  図７の先の記載から、本出願のいくつかの実施形態は、分散型光学装置を提供することが理解されるべきである。分散型光学装置は、制御モジュールから分離され、それを基準として可動である多数のエミッタ及び／または検出器モジュールを含み得る。
【００８７】
［0101］  光学システム、例えば図７のシステム７００は、多種多様な環境での使用を見出し得る。いくつかの実施形態では、光学システム７００を使用して、筋力トレーニング等の短期間の身体活動を含む、ユーザに身体活動に関する入力を提供することを目的として、本明細書に記載された物理量のいずれかを評価し得る。光学エミッタ及び検出器は、特定の筋肉群、例えば二頭筋または腹部を監視するように位置付けられ得る。
【００８８】
［0102］  本出願の態様は、判定された酸素化レベルに鑑みて、どのようにユーザ活動を変更するかに関する入力をユーザに提供するための機器及び方法に関する。説明されたように、ＳｍＯ２、Ｈｂ、ＨｂＯ２、またはＨｂＴのうちのいずれか１つ以上を判定するための機器及び方法が提供される。この情報は、身体能力を評価する点においてユーザ、例えばアスリートにとって有用であり得る。本出願の一態様によれば、フィードバッは、ユーザに対して、例えばダッシュボードタイプのインターフェースを介した評価、及び／または推奨の形式で提供される。例えば、ユーザは、どのようにしてＳｍＯ２、Ｈｂ、及び／またはＨｂＯ２をｔｏａ目標閾値と比較するかに関して通知され得る。一例として、ＳｍＯ２、Ｈｂ、ＨｂＯ２、またはＨｂＴが増大しているか、横ばい状態であるか、または減少しているか、そしてあらゆる変化の大きさに依存して、ユーザに、使用が身体活動を増大させるべきかまたは減少させるべきかに関する推奨が提供され得る。
【００８９】
［0103］  フィードバックは、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、スポーツウォッチ、または他の好適な装置を介してユーザに提供され得、連続的に、リアルタイムで、周期的に、または活動に引き続いて提供され得る。例えば、図８Ａ〜８Ｅは、フィードバックの例を図示し、酸素化パーセンテージがｙ軸上に示され、時間がｘ軸上に示されて提供され得る。具体的には、図８Ａ〜８Ｃの非限定的な例では、電話８０１上に表示されたインターフェース８００は、身体活動の継続時間を示す時間ブロック８０２、活動中に移動した距離の指標を提供する距離インジケータ８０４、身体活動中の酸素化パーセンテージを図示するチャート８０６、ユーザの身体状態の評価を提供する評価ブロック８０８、及び酸素化パーセンテージのスライド指標を提供するスライドグラフ８１０を含み得る。
【００９０】
［0104］  図８Ｄは、その底部に、ユーザによって取られた経路のマップ８２２を表示するグラフィカルユーザインターフェース８２０を図示する。図８Ｅは、各状態においてユーザが費やす時間のパーセンテージ８２４、及び時間分割８２６を付加的に表示することによって、図８Ｄの底部をさらに詳細に説明している。すなわち、図８Ｅは、図８Ｄに示された画面の底部である。これら２つの画像は、活動の完了時にユーザに提供されることができる概要の一例を示している。この概要は、活動に関するさまざまな情報、例えば該活動をどちらかというと「持久力」または「インターバル」活動として分類し、ユーザの測定された労力レベルを、例えば所与の状態で費やされた活動の時間のパーセンテージ及び活動自体から導き出された多くの他の基準値を表示することによって定量化し、それに加えて、該活動を過去の活動と比較することを提供することができる。例えば、ユーザの能力が増大するか、減少するか、または各連続した活動とともに一定のままであるように見える場合である。任意には、情報を使用して、ユーザに対し、どの程度先に活動が改善された結果を達成するように調整されることができるかに関する推奨を生成し得る。
【００９１】
［0105］  本出願の態様は、筋肉酸素化を監視するという文脈で記載されてきたが、他の態様を使用して、筋肉代謝または性能をより一般的に評価してもよい。性能レベルを評価するためにＨｂ、ＨｂＯ２、及びＨｂＴを使用することをさらに行うことができる。加えて、これらの光学的に測定されたパラメータの大きさ及び傾向は、所与の時間ウィンドウ上で分析されることができる。選択された時間ウィンドウは、筋肉血行動態に関して重要な情報を提供し得、これは性能を示し得る。Ｈｂ、ＨｂＯ２、ＨｂＴ、及びＳｍＯ２を超えてすぐ、他のパラメータを使用して、アスリートのトレーニングを定量化するために使用され得る。例えば、動きに敏感な光学信号、またはセンサ内部の加速度計から律動を監視することができる。センサ、例えば外部心拍数モニタ、またはＧＰＳ装置と通信することができる他の周辺機器を使用して、他のパラメータを測定してもよい。記録されたパラメータの多様性を使用して、運動能力を査定することができる。活動中のユーザに関するさらなる情報を有することは、より完全なイメージを提供することを助けることができ、より正確なフィードバックを可能にする。例えば、戸外活動中のＧＰＳデータによって、ヘモグロビンパラメータがＧＰＳ追跡及び速度データによって調べられ、ユーザが上り坂、または下り坂を走ることにさらなる問題を有していないか、及びどの程度先にトレーニングをこれらの不備に対処するように調整することができるかをより良好に理解し得る。また、一定の生物学的システムにおける制限は、例えば心拍数を監視し、これをヘモグロビンパラメータと比較して、トレーニング勧告を再度通知することによって特定され得る。
【００９２】
［0106］  また、該技術のユーザは、いくつかの実施形態では人間であり得るが、他の実施形態では、本明細書に記載された態様は、ウマ等の動物の筋肉性能を評価するために使用されてもよい。
【００９３】
［0107］  本出願の態様は、本明細書に記載されたタイプの光学装置を充電するための充電器を提供する。図９Ａ〜９Ｂに関連して一例が記載される。
【００９４】
［0108］  図９Ａに示されるように、充電器９００が提供されてもよい。充電器９００は、ワイヤまたはケーブル９０２を介して電源に結合可能であり得る。充電器９００は、光学装置を充電するために好適な回路配線、例えばピン、コイル、ポート、または他の構成要素を含み得る。いくつかの実施形態では、充電器９００は、本明細書に記載されたタイプの光学装置を無線で充電するように構成され、したがって、光学装置に好適な充電信号（または、電力信号）を送信するように構成された充電コイルを含み得る。
【００９５】
［0109］  充電器９００は、光学装置と嵌め合うか、そうでなければそれを充電するための任意の好適な形状を有し得る。例えば、図９Ａに示されるように、充電器９００は、光学装置に適合するような形状にされた凹みまたはくぼみ９０４を有し得る。図９Ｂに示されるように、光学装置９０６は、充電器９００に嵌入し得、充電信号は光学装置に無線送信され得る。
【００９６】
［0110］  このように、本出願の技術のいくつもの態様及び実施形態を記載してきたが、当業者においては、さまざまな代替、改変、及び改善が容易に行われることが理解されるものであろう。そのような代替、改変、及び改善は、本出願で記載された技術の本質及び範囲内であることが意図されている。したがって、先述の実施形態は、例示のみを目的として提示され、添付の請求項及びその等価物の範囲内で、発明の実施形態は、特に記載されたものとして以外に実践されてもよいことが理解されるものである。加えて、本明細書に記載された２つ以上の特徴、システム、物品、材料、キット、及び／または方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び／または方法が相互に整合しない場合、本開示の範囲内に含まれる。
【００９７】
［0111］  方法の性能を包含する本出願の１つ以上の態様及び実施形態は、該方法を行うか、またはその性能を制御するための装置(例えば、コンピュータ、プロセッサ、または他の装置)によって実行可能なプログラム命令を利用し得る。この点において、さまざまな発明的概念は、１つ以上のコンピュータまたは他のプロセッサ上で実行されると、上述のさまざまな実施形態のうちの１つ以上を実施する方法を行う１つ以上のプログラムでエンコードされたコンピュータ可読記憶媒体(または多数のコンピュータ可読記憶媒体)(例えば、コンピュータメモリ、１つ以上のフロッピーデイスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ、フィールドプログラマブルゲートアレイまたは他の半導体デバイス内の回路構成、または他の有形コンピュータ記憶媒体)として具現化され得る。コンピュータ可読媒体は、可搬式であることができ、それによって、それに記憶されたプログラムは、１つ以上の異なるコンピュータまたは他のプロセッサ上にロードされ、上述の態様のうちのさまざまなものを実施することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、非一時的媒体であってもよい。
【００９８】
［0112］  すべての定義は、本明細書で定義され使用される場合、辞書定義、参照により本書に組み入れられる定義、及び／または定義された用語の通常の意味合い全体にわたって制御することが理解されるべきである。
【００９９】
［0113］  不定冠詞「一つの（ａ）」及び「一つの（ａｎ）」は、本明細書において明細書及び請求項で使用される場合、反対であることが明確に示されない限り、「少なくとも１つの（ａｔｌｅａｓｔｏｎｅ）」を意味すると理解されるべきである。
【０１００】
［0114］  フレーズ「及び／または（ａｎｄ／ｏｒ）」は、本明細書及び請求項で使用される場合、そのように結合される要素、すなわち、いくつかのケースでは接続的に存在し、他のケースでは離接的に存在する要素の「いずれかまたは両方（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｒ  ｂｏｔｈ）」を意味すると理解されるべきである。
【０１０１】
［0115］  本明細書及び請求項で使用される場合、１つ以上の要素のリストに関した語句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」は、要素のリスト内の要素のうちのいずれか１つ以上から選択された少なくとも１つの要素であるが、必ずしも要素のリスト内に特にリストアップされたそれぞれ各自の要素のうちの少なくとも１つを含まず、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを除外しないことを意味すると理解されるべきである。また、この定義は、語句「少なくとも１つの」が言及する要素のリスト内で特に特定された要素以外に、特に特定されたそれらの要素に関連してもしなくても、要素が任意に存在し得ることを可能にする。
【０１０２】
［0116］  用語「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」及び「約（ａｂｏｕｔ）」は、いくつかの実施形態では目標値の＋２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の＋１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の＋５％以内、さらにいくつかの実施形態では目標値の＋２％以内を意味するために使用される場合がある。用語「およそ」及び「約」は、目標値を含む場合がある。
【０１０３】
［0117］  請求項に加えて、上記の明細書において、すべての移行句、例えば「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「包含する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「関与する（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保持する（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「構成される（ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ）」等は、容易に変更可能であるとして、すなわち、それを含むがそれに限定されないことを意味するとして理解されるべきである。移行句「構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」及び「基本的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、それぞれ排他的または半排他的な移行句であるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2019512364.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2019512364.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月3日(2018.1.3)
【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】
光学装置であって、
装着可能型ハウジングと、
複数の光学源を含む、前記装着可能型ハウジング内の光学源アレイと、
前記光学源アレイの同じ側に略線形配置に配置された少なくとも３つの光学検出器を含む、前記装着可能型ハウジング内の複数の光学検出器であって、前記少なくとも３つの光学検出器が、前記光学源アレイから第１の距離に配設された第１の光学検出器と、前記光学源アレイから前記第１の距離を上回る第２の距離に配設された第２の光学検出器と、前記光学源アレイから前記第２の距離を上回る第３の距離に配設された第３の光学検出器とを含む、複数の光学検出器と、を備え、
前記第１の光学検出器、前記第２の光学検出器、及び前記第３の光学検出器が、前記光学源アレイから放出された光学信号を検出するように構成される、光学装置。
【請求項２】
前記複数の光学源が、互いに対して略線形配置に配置され、前記複数の光学源の前記線形配置が、前記少なくとも３つの光学検出器の前記線形配置に対して略直角である、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第２の光学検出器が、前記第１の光学検出器よりも大きい、請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第３の光学検出器が、前記第２の光学検出器よりも大きい、請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記装着可能型ハウジングが、前記光学源アレイ及び前記複数の光学検出器を取り囲む外周部を形成する隆起したリングを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】
前記光学ハウジング上に、またはその内部に配設され、無線充電信号を受信するように構成されたコイルをさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】
前記装着可能型ハウジングが、前記光学源アレイが前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記光学源アレイを配設するくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項８】
前記装着可能型ハウジングが、前記複数の光学源が前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記複数の光学源を配設するくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項９】
前記装着可能型ハウジングが、前記複数の光学検出器が前記装着可能型ハウジングの表面の真下に位置するように、前記複数の光学検出器を配設するくぼみを含む、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記装着可能型ハウジングが添着される調節可能なストラップをさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記複数の光学源が、互いに対して略線形配置に配置され、前記複数の光学源の前記線形配置が、前記少なくとも３つの光学検出器の前記線形配置に対して略直角であり、前記第１の光学検出器が、前記第２の光学検出器及び前記第３の光学検出器よりも小さい、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１２】
前記装着可能型ハウジング内部に配設され、前記複数の光学検出器の出力部に結合された処理装置をさらに備える、請求項１に記載の光学装置。
【請求項１３】
前記複数の光学検出器によって生成された信号を示すデータを無線送信するように構成された無線通信回路をさらに備える、請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
装着可能型光学モニタであって、
着用物品と、
前記着用物品に埋め込まれ、光学検出器の線形配置と、前記線形配列の一端に配置された光学エミッタとを含む光学検出器モジュールと、
前記光学検出器モジュールに結合され、前記光学エミッタによって放出された光学信号に応答して、前記光学検出器モジュールの前記光学検出器からの出力信号を受信するように構成された制御モジュールと、を備える、装着可能型光学モニタ。
【請求項１５】
前記光学検出器モジュールが、前記光学検出器が配設される可撓性の基板を備える、請求項１４に記載の装着可能型光学モニタ。
【請求項１６】
前記光学エミッタが、２つ以上の波長の放射を発するように構成される、請求項１５に記載の装着可能型光学モニタ。
【国際調査報告】
2019512364.tif 000024