(57)【要約】      （修正有）【課題】健康に関連するパラメータ測定値を導出する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）に関する。【解決手段】信号取得装置は、部位に光を届ける光エミッタと、部位を通して伝達又は散乱される光を検出する光検出器と、２つ以上の光学セルとを有する血液光センサを備える。光学セルの少なくとも１つは検体を含むか又はその吸収スペクトルを模倣し、部位を通して伝達又は散乱された光は、光検出器に到達する前に光学セルを通り、プロセッサは、各光検出器から受信する信号を処理して検体セルの透過光と非検体セルの透過光の強度差を計算して脈拍と相関付ける。部位での動脈が各脈拍中に閉塞から開放に変わるように圧力をかけ、各脈拍中の動脈の内腔面積の変化の測定値を導出し、血液光センサの信号を、脈拍および動脈の内腔面積の変化に相関付けて、動脈血内の検体の濃度の測定値を提供するよう個人ハンドヘルドモニタ。【選択図】図３
2019069153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）であって、
前記信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける１つまたは複数の光エミッタと、
前記人体部位を通して伝達されるか又は前記人体部位で散乱された光を検出する１つまたは複数の光検出器と、
２つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
前記光学セルのうちの少なくとも１つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の前記検体の吸収スペクトルを模倣し、
前記人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は前記人体部位で散乱されたか若しくは散乱される前記光は、前記光検出器又は各光検出器に到達する前に前記光学セルを通り、
前記ＰＨＨＭのプロセッサは、
前記光検出器または各光検出器から受信する前記信号を処理して、検体セルまたは各検体セルを透過した光と、非検体セルまたは各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、前記ユーザの脈拍を特定し、かつ、
前記光センサから得られる前記信号を前記ユーザの前記脈拍に相関付ける
ように構成され、
前記ＰＨＨＭは、使用に際して、前記人体部位での動脈が各脈拍中に閉塞から開放に変わるように、前記人体部位に圧力をかけるか、又は前記人体部位によって前記ＰＨＨＭに圧力をかけるように構成され、
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、
各脈拍中の前記動脈の内腔面積の変化の測定値を導出し、かつ、
前記血液光センサから受信される前記信号を、前記脈拍および前記動脈の前記内腔面積の前記変化に相関付けて、動脈血内の前記検体の濃度の測定値を提供する
ように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）。
【請求項２】
前記ＰＨＨＭは、前記人体部位に押しつけられるか、またはユーザにより前記人体部位を前記ＰＨＨＭに押しつけて、前記動脈の前記内腔面積を変えるように構成される、請求項１に記載のＰＨＨＭ。
【請求項３】
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、視覚的指示および／または聴覚的指示を前記ユーザに提供して、各脈拍に伴う前記動脈の内腔面積の前記変化が最大になるように、前記人体部位にかけられる前記圧力または前記人体部位によってかけられる前記圧力を変更するように構成される、請求項２に記載のＰＨＨＭ。
【請求項４】
前記光エミッタまたは各光エミッタは熱エミッタである、請求項１〜３の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項５】
各光エミッタの温度は、前記光エミッタを通る電流または前記光エミッタにわたる電圧を調整するフィードバックによって制御される、請求項４に記載のＰＨＨＭ。
【請求項６】
前記光は、前記人体部位に、および／または前記人体部位から、光ファイバによって伝達される、請求項１〜５の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項７】
前記光エミッタまたは各光エミッタによって発せられる前記光を部分的または完全に減衰させる手段を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項８】
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、
前記光センサからの前記信号、
前記光エミッタが完全に減衰されたときの前記光センサからの前記信号、
前記人体部位が存在しないときの前記光センサからの同様の信号、および
前記動脈の内腔面積の前記変化の検出に使用される手段から導出される任意の信号
のそれぞれの測定される値を考慮に入れることにより、
前記光センサからの前記信号間の計算される差を正規化するように構成される、
請求項１〜７の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項９】
前記セルは回転ディスクを備え、
前記回転ディスクのうちの１つまたは複数の部分は、前記検体の溶液若しくは前記検体の前記吸収スペクトルを模倣する溶液でコーティングされるか、または前記溶液内に保持され、
前記回転ディスクのうちの他の部分は、前記溶液でコーティングされないか、または前記溶液内に保持されない、
請求項１〜８の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１０】
１つまたは複数のシャッタを使用して、前記血液光センサを通る前記光の経路を選択する、請求項１〜９の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１１】
前記光学シャッタは電気光学装置である、請求項１０に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１２】
前記光検出器または各光検出器はＩｎＧａＡｓで形成される、請求項１〜１１の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１３】
前記検体はグルコース、エタノール、ヘモグロビン、クレアチニン、またはコレステロールである、請求項１〜１２の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１４】
前記検体は不法または他に禁止されている薬剤または覚醒剤である、請求項１〜１２の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１５】
光学システムが統合される、請求項１〜１４の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１６】
互いに電気的に絶縁されるとともに、例えば一方の手の指と他方の手の指等のユーザの体の２つの別個の部位によって接触されるように配置される少なくとも第１および第２の電極を備える電気センサを含み、
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、前記電気センサからの前記信号を分析して、前記ユーザの前記脈拍を特定するように構成される、
請求項１〜１５の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１７】
自己完結型であり、プロセッサと、ディスプレイと、制御装置と、通信装置と、記憶手段とを含み、前記ユーザの血液中の前記検体の前記濃度の測定値を提供する、請求項１〜１６の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１８】
前記信号取得装置は、個人ハンドヘルド計算装置（ＰＨＨＣＤ）に統合される、請求項１〜１７の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液中の検体の濃度を測定するように構成される個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ：ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ  ｍｏｎｉｔｏｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液中の検体の濃度を測定することが望ましい多くの状況がある。最も重要なものの１つは、糖尿病の管理に極めて重要な血糖濃度の測定である。
Ｄａｎａｅｉら（非特許文献１）により、世界中で３億７千万人が糖尿病に罹患していると推定され、ＷＨＯは、糖尿病が２０３０年での死因の第７位になると予測している（非特許文献２）。
現在、糖尿病患者がその血糖濃度を測定する正確で安価な唯一の方法は、通常、指を刺し、１滴の血液をテストストリップに配置することにより、血液試料をとることによるものである。ストリップの色変化の測定または血液試料適用後のストリップでの酸化還元反応の測定が、血糖濃度の指標を提供する。
【０００３】
色変化または電気化学反応を推定する安価な自動機器が存在するが、血液試料を採取せずに測定を行うことが可能な消費者用機器はなく、多くの糖尿病患者は、血液試料の採取を１日に数回行う必要がある。
【０００４】
アルコール、ヘモグロビン、クレアチニン、コレステロール、覚醒剤、または不法物質もしくは他に禁止されている物質を含む他の薬剤等の他の検体も重要であり、ここでも、それらの濃度を非侵襲的に推定する正確で確実かつ安価な方法はない。
【０００５】
原理上、吸光分光法は、検体の濃度を推定する良好な方法である。しかし、吸光分光法は、検体からの吸収への寄与が血液および組織内の他の物質による吸収と比較して小さいとき、特に使用可能な近赤外線（ＮＩＲ）内に幅の狭い吸収帯を検体が少数しか有さないか若しくは全く有さない場合、かつ／またはそれらの帯が血液および組織の主成分である水の帯に重複する場合、生体内では難しい。
例えば、Ｋｌｏｎｏｆｆ（非特許文献３）は、「グルコースは、体によって吸収されるＮＩＲの０．１％未満を占める。水分、脂肪、皮膚、筋肉、および骨がＮＩＲ吸収の大部分を占める。これらの物質の量が変動すると、ＮＩＲ吸収が変化し、ひいては、吸光を血糖濃度に相関付ける較正式が無効になるおそれがある．．．」と述べている。
【０００６】
これを解消することができる場合であっても、特定の吸収の測定では、安価にかつ信頼性が高いように製造することが容易ではない精密な分光計が必要とされる。
【０００７】
１９８９年の特許文献１には、「非分散相関赤外線分光法」を利用する発明が開示されている。この開示によれば、広域スペクトルＮＩＲ光が、人体部位を透過するか、または人体部位によって散乱する。出射光は２つの光線に分けられる。一方の光線は、検体の溶液からなるフィルタを透過し、他方の光線は減光フィルタを透過する。検体フィルタは、第１の光線から、検体のスペクトル吸収帯内の略全ての光を吸収する。減光フィルタは、第２の光線の光量を、第１の光線の光量に類似するように低減する。２つの光線の光量のいかなる差も、専ら人体部位内の検体によって吸収された光の量に起因するものである。
【０００８】
この米国特許は、分散要素（分光計）の必要なくスペクトル特異性が達成されるが、これは２つの光線のバランスと減光フィルタの厳密な特性とに大きく依存すると主張している。この米国特許はまた、血液中の検体を、組織の表層内の検体と区別もしていない。実際にはこれは、装置の信頼性または精度を高めることを妨げる可能性が高い。
【０００９】
Ｆｉｎｅ（非特許文献４の第９章）は、凝集赤血球の光学散乱の変化によって血糖濃度を推定する技法を記載している。この技法は、パルスオキシメータとの類似(analogy)を用い、心臓が拍動する際の動脈の面積の変動に散乱信号を相関付け、したがって、動脈血中のグルコースに対して信号が選択的に感度を有するようにする。しかし、Ｆｉｎｅは、一部には動脈面積の変化が比較的小さいことから、この技法は有効ではないと結論付けている。
【００１０】
特許文献２には、特許文献１の大きな改良が開示されている。
特許文献２の請求項２５は、ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）に関する。信号取得装置は、個人ハンドヘルド計算装置（ＰＨＨＣＤ）に統合される。信号取得装置は、ユーザの人体部位に光を届ける光エミッタを有する血液光センサと、人体部位を通して伝達されるか又は散乱された光を検出する光検出器と光学セルとを備えている。光学セルは、検出対象の検体を含む。人体部位を通るか又は人体部位によって散乱された光は、光検出器に到達する前に光学セルを通る。ＰＨＨＭのプロセッサは、人体部位がある場合に光センサから得られる信号と、人体部位がない場合に光センサから得られる信号とを処理し、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供する。特許文献２は、一方は検体を含むセルを透過する２つの光線の原理の使用も開示し、各光線での光量を比較する。
【００１１】
特許文献２の図９および図１１と同一である添付図面の図１および図２は、特許文献２の請求項２５において特許請求されるＰＨＨＭで使用される血液光センサの２つの構成を示している。このＰＭＭＨは、ＰＨＨＣＤに組み込んでもよく、ＰＨＨＣＤに接続してもよく、またはそれ自体のユーザインタフェース、電源、並びに他の電子構成要素および機械的構成要素を有するスタンドアロン装置として構築してもよい。
【００１２】
図１に示されるように、光エミッタ（８１）が光線を伝達する。光線は、使用される光のスペクトル帯を選択するフィルタ（８２）を透過する。スペクトル帯は、検体に関する感度および識別を最大にしながら、安価な構成要素および材料の使用を可能にするように選択される。光線は、レンズ（８３）によってコリメートされ、指（８４）等の人体部位を通して輝く。ビームスプリッタ（８５）が光線を非検体セル（８６）と検体セル（８７）とに分ける。光検出器（８８）は、光線が各セルを透過した後、光線の強度を測定する。差動増幅器を使用して、２つの光検出器からの信号差を増幅し得る。
【００１３】
図２は、別の構成を示す。図２の構成では、光エミッタおよび光検出器が人体部位の同じ側にあり、人体部位から散乱して戻った光に対して光検出器が高感度とされている。可動式ミラー（１０１）は、２つの固定ミラー（１０２）のそれぞれに、ひいては非検体セル（８６）または検体セルに光を順次反射する。光検出器（１０８）は、セルを透過した光線の強度を測定する。
【００１４】
これらの測定のそれぞれで、光線が非検体セルを透過した場合の強度と、検体セルを透過した場合の強度との差は、人体部位内の検体による吸収量の大きさである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第４，８８２，４９２号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレット
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】“Ｎａｔｉｏｎａｌ，ｒｅｇｉｏｎａｌ，ａｎｄ  ｇｌｏｂａｌ  ｔｒｅｎｄｓ  ｉｎ  ｆａｓｔｉｎｇ  ｐｌａｓｍａ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ａｎｄ  ｄｉａｂｅｔｅｓ  ｐｒｅｖａｌｅｎｃｅ  ｓｉｎｃｅ  １９８０：ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｈｅａｌｔｈ  ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｓｕｒｖｅｙｓ  ａｎｄ  ｅｐｉｄｅｍｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｗｉｔｈ  ３７０  ｃｏｕｎｔｒｙ−ｙｅａｒｓ  ａｎｄ  ２．７  ｍｉｌｌｉｏｎ  ｐａｒｔｉｃｉｐａｎｔｓ”，Ｌａｎｃｅｔ，２０１１，３７８（９７８５）：３１−４０
【非特許文献２】“Ｇｌｏｂａｌ  ｓｔａｔｕｓ  ｒｅｐｏｒｔ  ｏｎ  ｎｏｎ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｂｌｅ  ｄｉｓｅａｓｅｓ  ２０１０”，ＷＨＯ  ２０１１
【非特許文献３】“Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｂｌｏｏｄ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ”，Ｄｉａｂｅｔｅｓ  Ｃａｒｅ，２０，３，４３５−４３７  １９９７
【非特許文献４】Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  ｇｌｕｃｏｓｅ  ｉｎ  ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆｌｕｉｄｓ  ａｎｄ  ｔｉｓｓｕｅｓ，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレット（特許文献２）に開示されている発明は、非侵襲的で安価であり、正確かつ信頼性の高いセンサという目標に向けて幾らか近づく。しかし、信号が周囲組織内の検体によっても影響を受けるため、この発明は血液に含まれる検体に固有ではない。実施コストを低減し、精度を向上させるためにも、更なる改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットの請求項２５のＰＨＨＭの性能を大きく改善する。本発明は、二次相関をより効率的に利用して、特異性を改善する。
【００１９】
第１の態様によれば、本発明は、
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）であって、信号取得装置は個人ハンドヘルド計算装置（ＰＨＨＣＤ）に統合されており、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける１つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されるか又は人体部位で散乱された光を検出する１つまたは複数の光検出器と、
２つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも１つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位で散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器又は各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
ＰＨＨＭのプロセッサは、
光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セルまたは各検体セルを透過した光と、非検体セルまたは各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、かつ
、
人体部位がある場合に光センサから得られる信号と人体部位がない場合に光センサから得られる信号とを処理し、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供する
ように構成された、
個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）を提供する。
【００２０】
好ましくは、本発明の第１の態様のＰＨＨＭのプロセッサは、ユーザの脈拍を特定し、ユーザの血液中の検体の測定値を提供するに当たり、光センサから得られる信号をユーザの脈拍に相関付けるように構成される。
ＰＨＨＭのプロセッサは、血液光センサから受信される信号を分析して、ユーザの脈拍を特定するように構成し得る。
代替的には、ＰＨＨＭは、互いに電気的に絶縁されるとともに、例えば一方の手の指と他方の手の指等のユーザの体の２つの別個の部位によって接触されるように配置される少なくとも第１および第２の電極を備える電気センサを含むことができ、ＰＨＨＭのプロセッサは、電気センサからの信号を分析して、ユーザの脈拍を特定するように構成される。そのような電気センサは、国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットに開示されている。
【００２１】
第２の態様によれば、本発明は、
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）であって、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける１つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されか又は人体部位で散乱された光を検出する１つまたは複数の光検出器と、
２つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも１つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位で散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器又は各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
ＰＨＨＭのプロセッサは、
光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セル又は各検体セルを透過した光と、非検体セル又は各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、ユーザの脈拍を特定し、かつ、
人体部位がある場合に光センサから得られる信号と人体部位がない場合に光センサから得られる信号とをユーザの脈拍に相関付けて、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供するように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）を提供する。
【００２２】
本発明のこの態様では、ＰＨＨＭのプロセッサは、血液光センサから受信される信号を分析して脈拍を特定するように構成し得るか、またはＰＨＨＭは上述したような電気センサを含み得る。
【００２３】
好ましくは、本発明の第２の態様のＰＨＨＭは、自己完結型であり、プロセッサと、ディスプレイと、制御装置と、通信装置と、記憶手段とを含み、ユーザの血液中の検体の濃度の測定値を提供する。代替的には、信号取得装置は、個人ハンドヘルド計算装置（ＰＨＨＣＤ）に統合される。
【００２４】
好ましくは、血液中の検体の濃度への感度を更に改善するために、ＰＨＨＭのプロセッサは、光電式容積脈波記録法(photoplethysmography)（ＰＰＧ）で使用する光線の強度を測定して、人体部位での動脈が心収縮に起因して拡張する時を識別するように構成される。
この時点での吸収の変化は専ら、人体部位で血液量が追加された結果である。
図５は、この関係を示しており、この好ましい特徴の性能の数学的モデルから導出されるグラフを示す。横軸は、血液中の検体の濃度、この場合ではグルコースとして示される検体の濃度であり、縦軸は、光エミッタからの光の強度および人体部位内の散乱に現実的な値を使用しての、動脈が閉塞された時および動脈が開放された時の２つのセルの信号差の変化である。
【００２５】
この信号差の変化は、ＰＨＨＭの視野内の血液中の例えばグルコース等の検体の総量に比例する。図５では、動脈サイズの典型的な値が仮定された。これを濃度に変換するために、ＰＨＨＭは、光線の強度変化から、その追加の血液量を推定するようにも構成される。
【００２６】
好ましくは、ＰＨＨＭの各光エミッタは電気的に加熱される要素からなる熱エミッタであり、電気的に加熱される要素の温度はフィードバックループによって安定化され、フィードバックループでは、一定の抵抗を維持するように調整される要素を通る電流及び要素の電気抵抗を測定することによって要素の温度が見つけられる。好ましくは、ＰＨＨＭの処理手段は、ＰＨＨＣＤの部分であってもよく、分析および制御を実行して、フィードバックループを実施するように構成される。
【００２７】
光エミッタからの光は、２つの湾曲ミラーによってセルに集束し、各ミラーの後にはシャッタが配置される。処理手段は、シャッタを操作して、人体部位を照明する光がどのシャッタを透過したかを選択するように構成され、シャッタ透過後、光は光検出器または各光検出器によって検出される。シャッタまたは各シャッタは、機械的な装置であってもよく、または液晶等の電気光学的装置であってもよい。
【００２８】
光エミッタまたは各光エミッタからの光は、光ファイバによって人体部位に届けられ、好都合には、光学的構成要素および電気的構成要素を人体部位から離すことができる。光は、人体部位を突き抜け、人体部位内の組織および血管によって散乱するか、または組織および血管によって伝達され、次に、１つまたは複数の更なる光ファイバ装置によって収集し得る。
【００２９】
光が透過するように向けるために使用されるセルおよび要素を、光が人体部位を透過する前若しくは後、または光が人体部位によって散乱される前若しくは後に配置し得ることが明らかである。
【００３０】
セルは、光エミッタまたは各光エミッタと、光検出器または各光検出器との間に配置された回転ディスク上のエリアを含む。
回転ディスクの幾つかのエリアは、検体でコーティングされるか、または検体の吸収スペクトルを模倣するように構成され、他のエリアは、コーティングされなくてよく、または検体の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを有する材料でコーティングし得る。
この場合、ＰＨＨＭのプロセッサは、光検出器または各光検出器から受信される信号を、ディスクの回転位置と調整するように構成される。これにより、ＰＨＨＭは、１つの光検出器を利用し、光学部品の複雑性を低減することができるが、可動部品が導入されるという犠牲がある。
【００３１】
図１および図２に示される非検体セルおよび検体セルは、複数のそのようなセルで置換して、光が完全にはコリメートされず、人体部位を通るか、または人体部位へおよび人体部位から異なる経路をとる場合に生じるエラーを最小に抑え得る。複数の光検出器を利用し得、または２つ以上の非検体セルを通る光を１つの光検出器によって収集し、２つ以上の検体セルを通る光も同様に収集し得る。
【００３２】
国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットには、人体部位が存在する場合の信号と、人体部位が存在しない場合の信号とを区別するように構成されるＰＨＨＭが開示されている。国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットには、脈拍サイクル中の動脈の属性を利用し得る方法も開示されている。動脈の内腔面積が、動脈血圧と、周囲組織によって動脈壁に付与される圧力との圧力差の関数として変化することはよく知られている。これは、リバロッチ（Ｒｉｖａ−Ｒｏｃｃｉ）血圧計の原理である。これは、国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットでの開示の基礎である。加えて、内腔面積変化の大きさは、付与される圧力が、動脈内の拡張期血圧に近いか、又は動脈内の拡張期血圧よりもわずかにより大きい場合に最大である。
【００３３】
好ましくは、本発明のＰＨＨＭは、
人体部位の動脈領域に圧力をかける手段と、
各脈拍での内腔面積の変化を測定する手段と、
付与される圧力を拡張期血圧に近づけて内腔面積の変化を最大にするように、付与される圧力を調整する手段と
を含む。
ＰＨＨＭのプロセッサは、
動脈が開放されているとき（すなわち、動脈圧が付与圧力を超えるため、動脈が拡大する心収縮期）の光センサからの信号と、
閉塞されるとき（すなわち、動脈圧が付与圧力未満であるため、動脈が収縮する心拡張期）の光センサからの信号と
の差を検出するように構成される。
【００３４】
したがって、本発明の好ましい態様のＰＨＨＭの信号分析は、ユーザの脈拍に整合する。
【００３５】
本発明の第３の態様によれば、
ユーザの健康に関連するパラメータの測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）であって、
信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける１つまたは複数の光エミッタと、
人体部位を通して伝達されるか又は人体部位で散乱された光を検出する１つまたは複数の光検出器と、
２つ以上の光学セルと
を有する血液光センサを備え、
光学セルのうちの少なくとも１つは、検出対象の検体を含むか、又は検出対象の検体の吸収スペクトルを模倣し、
人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は人体部位によって散乱されたか若しくは散乱される光は、光検出器または各光検出器に到達する前に光学セルを通り、
ＰＨＨＭのプロセッサは、
前記光検出器または各光検出器から受信する信号を処理して、検体セル又は各検体セルを透過した光と、非検体セル又は各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、ユーザの脈拍を特定し、かつ、
光センサから得られる信号をユーザの脈拍に相関付ける
ように構成され、
ＰＨＨＭは、使用に際して、人体部位での動脈が各脈拍中に閉塞から開放に変わるように、人体部位に圧力をかけるか、又は人体部位によってＰＨＨＭに圧力をかけるように構成され、
ＰＨＨＭのプロセッサは、
各脈拍中の動脈の内腔面積の変化の測定値を導出し、かつ、
血液光センサから受信される信号を、脈拍および動脈の内腔面積の変化に相関付けて、動脈血内の検体の濃度の測定値を提供するように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）が提供される。
【００３６】
外圧を人体部位にかける手段および各脈拍での内腔面積の変化を検出する手段は、国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットに記載される光学センサを備え得る。
【００３７】
好ましくは、ＰＨＨＭの処理手段は、聴覚的または視覚的フィードバックをユーザに提供し、それにより、ＰＨＨＭを人体部位に押しつけるか、または人体部位をＰＨＨＭに押しつけるかの何れかによって、外圧がユーザの行動によってかけられるとともに維持され得るように更に構成される。
【００３８】
本発明のこの好ましい特徴には、測定を実施する方法を簡易化するという利点があるが、それのみならず、測定される信号間の差が有効に動脈血内の検体の数量のみに依存し、周囲組織内の検体の数量に依存しないことも保証する。
【００３９】
好ましくは、光検出器または各光検出器はＩｎＧａＡｓ光検出器である。これらは、従来提案されている光検出器よりも改善された信号対雑音比を提供する。
【００４０】
非検体セルから得られる信号と検体セルから得られる信号との差から得られる信号、又は回転ディスクの異なる窓から得られる信号間の差から得られる信号は、動脈血中の検体の濃度を推定するために、正規化されなければならない。
この正規化は非線形であり得る。
好ましくは、正規化は、動脈が開放されている状態および動脈が閉塞している状態の両方での各セルからの信号の振幅と、人体部位がない場合の信号の振幅とを考慮に入れる。
好ましくは、正規化は、内腔面積を示す信号の振幅を更に考慮に入れて、センサの視野内の合計数量ではなく、検体の濃度を見つける。
好ましくは、ＰＨＨＭのプロセッサは、光エミッタ若しくは各光エミッタがオフであるときか又は光エミッタ若しくは各光エミッタから発せられる光が完全に遮蔽されるときに光センサから受信される信号を処理して、光エミッタからの光が人体部位を照明するときに受信される信号を周囲光に関して補償するように構成される。
【００４１】
本発明について、単なる例として添付図面を参照して以下に説明する。本発明は、添付図面に示される実施形態に限定されない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲において規定される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットに開示されるＰＨＨＭで使用される光学センサの構成を示す。
【図２】国際公開第２０１３／００１２６５号パンフレットに開示されるＰＨＨＭで使用される光学センサの構成を示す。
【図３】回転ディスクを使用する光学センサの構成を示す。
【図４】熱エミッタを使用する光学センサの構成を示す。
【図５】本発明の一実施形態の性能の数学的モデルから導出されるグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明のＰＨＨＭの一実施形態では、図３に示されるように、熱エミッタ（３０）と光検出器（３２）との間に回転ディスク（３１）が配置される。
光は、光ファイバ（３２）によって運ばれる。
回転ディスクの交互になったエリアは、検体でコーティングされ、他はそのまま残されるか又は検体とは異なる吸収スペクトルを有する材料でコーティングされる。
回転ディスク（３１）の瞬間向き(instantaneous orientation)は、光検出器からの信号と一緒にＰＨＨＭのプロセッサに通信される。
プロセッサは、光検出器からの信号の振幅をディスクの回転と一致して(coherently)検出するように構成される。
【００４４】
別の実施形態では、図１および図２に示されるような非検体セルおよび検体セルは、複数のそのようなセルで置換されて、光が完全にはコリメートされずに、人体部位を通して異なる経路をとる場合に生じるエラーを最小に抑える。複数の光センサを利用でき、または２つ以上の非検体セルを通る光を１つの光センサで収集でき、２つ以上の検体セルを通る光も同様に収集できる。
【００４５】
図４に示される別の実施形態では、熱エミッタ（４１）からの光が、２つの湾曲ミラー（４２）によってセル（４３および４４）に集束され、各ミラーの後にシャッタ（４５）が配置される。処理手段は、シャッタを操作して、人体部位（４６）を照明する光がどのシャッタを透過したかを選択するように構成され、シャッタ透過後、光は光検出器（４７）によって検出される。シャッタは、機械的な装置であってもよく、または液晶等の電気光学的装置であってもよい。
【図１】
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【図２】
2019069153.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019069153.tif 000006
【図５】
2019069153.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月22日(2019.1.22)
【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】
動脈血中の検体量の測定値を導出するために使用することができる信号を取得する信号取得装置を備える個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）であって、
前記信号取得装置は、
ユーザの人体部位に光を届ける１つまたは複数の光エミッタと、
前記人体部位を通して伝達されるか又は前記人体部位で散乱された光を検出する１つまたは複数の光検出器と、
２つ以上の光学セルと
を有する光センサを備え、
少なくとも１つの検体セルからなる前記光学セルは、検出対象の前記検体を含むか、又は検出対象の前記検体の吸収スペクトルを模倣し、又少なくとも１つの非検体セルは、検出対象の前記検体を含まずさらに検出対象の前記検体の吸収スペクトルを模倣せず、
前記人体部位を通して伝達されたか若しくは伝達される、又は前記人体部位で散乱されたか若しくは散乱される前記光は、前記光検出器又は各光検出器に到達する前に前記光学セルを通り、
前記ＰＨＨＭのプロセッサは、
前記光センサから受信する前記信号を処理して、検体セルまたは各検体セルを透過した光と、非検体セルまたは各非検体セルを透過した光との強度の差を計算し、前記ユーザの脈拍を特定し、かつ、
前記光センサから受け取った前記信号差を前記ユーザの前記脈拍に相関付ける
ように構成され、
前記ＰＨＨＭは、使用に際して、前記人体部位での動脈が心拡張期に閉塞され心収縮期に開放されるために前記人体部位によって前記ＰＨＨＭに圧力をかけるように構成され、
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、
各脈拍中の前記動脈の内腔面積の変化の測定値を前記光センサの前記信号から導出し、かつ、
前記光センサから受信される前記信号を、前記脈拍およびそれによる前記動脈の前記内腔面積の前記変化に相関付けて、
また前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは動脈血内の前記検体の濃度の測定値を提供するために前記動脈が閉塞され又拡張されたときに前記光センサから受信される前記信号を比較するように構成される、
個人ハンドヘルドモニタ（ＰＨＨＭ）。
【請求項２】
前記ＰＨＨＭは、前記人体部位に押しつけられるか、またはユーザにより前記人体部位を前記ＰＨＨＭに押しつけて、前記動脈の前記内腔面積を変えるように構成される、請求項１に記載のＰＨＨＭ。
【請求項３】
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、視覚的指示および／または聴覚的指示を前記ユーザに提供して、各脈拍に伴う前記動脈の内腔面積の前記変化が最大になるように、前記人体部位にかけられる前記圧力または前記人体部位によってかけられる前記圧力を変更するように構成される、請求項２に記載のＰＨＨＭ。
【請求項４】
前記光エミッタまたは各光エミッタは熱エミッタである、請求項１〜３の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項５】
各光エミッタの温度は、前記光エミッタを通る電流または前記光エミッタにわたる電圧を調整するフィードバックによって制御される、請求項４に記載のＰＨＨＭ。
【請求項６】
前記光は、前記人体部位に、および／または前記人体部位から、光ファイバによって伝達される、請求項１〜５の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項７】
前記光エミッタまたは各光エミッタによって発せられる前記光を部分的または完全に減衰させる手段を含む、請求項１〜６の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項８】
前記ＰＨＨＭの前記プロセッサは、
前記光センサからの前記信号、
前記光エミッタが完全に減衰されたとき及び前記人体部位が存在しないときの前記光センサからの同様の信号、
および
前記動脈の内腔面積の前記変化の検出に使用される手段から導出される任意の信号
の前記光学セル又は各光学セルからの信号の測定される値を考慮に入れることにより、
前記光センサからの前記信号間の絶対的な量よりも動脈における濃度を正規化するために構成される、
請求項１〜７の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項９】
前記光学セルは回転ディスクを備え、
区分に分割された前記回転ディスクのうちの１つまたは複数の区分は、前記検体の溶液若しくは前記検体の前記吸収スペクトルを模倣する溶液でコーティングされるか、または前記溶液内に保持され、
前記回転ディスクのうちの他の区分は、前記溶液でコーティングされないか、または前記溶液内に保持されない、
請求項１〜８の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１０】
１つまたは複数のシャッタを使用して、前記光センサを通る前記光の経路を選択する、請求項１〜９の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１１】
前記シャッタは電気光学装置である、請求項１０に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１２】
前記光検出器または各光検出器はＩｎＧａＡｓで形成される、請求項１〜１１の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１３】
前記検体はグルコース、エタノール、ヘモグロビン、クレアチニン、またはコレステロールである、請求項１〜１２の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１４】
光学センサが統合される、請求項１〜１３の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１５】
自己完結型であり、プロセッサと、ディスプレイと、制御装置と、通信装置と、記憶手段とを含み、前記ユーザの血液中の前記検体の前記濃度の測定値を提供する、請求項１〜１４の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【請求項１６】
前記信号取得装置は、携帯電話又はラップトップコンピュータなどの個人ハンドヘルド計算装置（ＰＨＨＣＤ）に統合される、請求項１〜１５の何れか一項に記載のＰＨＨＭ。
【外国語明細書】
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