(57)【要約】【課題】高い信頼性及び反復可能性で電気分解の損害を被らない、皮膚コンダクタンスを測定可能な新しいシステム、デバイス及び方法を提供する。【解決手段】皮膚電気活動を測定する装置は、角質層の第１の部分と接触する第１の電極及び第２の部分と接触する第２の電極を含むことができる。処理モジュールは電極に電気的に結合され、(a)第１の電極に第１の電圧V+で及び第２の電極に第２の電圧V-でバイアスをかけること、(b)第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を測定することであって電流は角質層のコンダクタンスに対応すること、(c)測定された電流から補償電流を減じること、(d)結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、(e)角質層のコンダクタンスを測定すること、及び、(f)第１の電圧、第２の電圧及び補償電流のうちの少なくとも１つを出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皮膚電気活動を測定するための装置であって、
皮膚の角質層の第１の部分と接触する第１の電極と、
前記角質層の第２の部分と接触し前記角質層を介して前記第１の電極と電子的に連絡する第２の電極と、
前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に結合され、（ａ）前記第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び前記第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、前記電流は前記角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）前記測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）前記角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）前記第１の電圧、前記第２の電圧、及び前記補償電流のうちの少なくとも１つを、前記出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能な処理モジュールと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記処理モジュールは、前記角質層の前記コンダクタンスが低すぎる場合、前記補償電流を調節するように更に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理モジュールは、持続性レベル・コンダクタンスが除去されるコンダクタンスの補償済み値を測定するように更に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記処理モジュールは、電気分解を大幅に低減するために、所定の期間後に前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１つの極性を反転させるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記処理モジュールは、増幅される前に前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流から減じられる前記補償電流の調整を可能にするように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記角質層は、ヒトの皮膚の任意の部分の角質層である、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、約０．０５μＳから約５０μＳの範囲内の前記角質層の持続性レベル・コンダクタンスを測定するように構成される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記装置は、０．０００１μＳの解像度で前記角質層の前記コンダクタンスを測定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイスであって、
ユーザの皮膚に取り外し可能に関連付けられるように構成されたハウジングと、
第１の電極であって、前記第１の電極の少なくとも一部が前記ハウジングの外側に配設され、前記ハウジングが前記ユーザに関連付けられた場合、皮膚の角質層の第１の部分と接するように構成される、第１の電極と、
第２の電極であって、前記第１の電極の少なくとも一部が前記ハウジングの外側に配設され、前記ハウジングが前記ユーザに関連付けられた場合、前記皮膚の前記角質層の第２の部分と接するように構成される、第２の電極と、
前記ハウジング内に配設され、前記第１の電極及び前記第２の電極に電気的に結合された処理モジュールであって、（ａ）前記第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び前記第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、前記電流は前記角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）前記測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）前記角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）前記第１の電圧、前記第２の電圧、及び前記補償電流のうちの少なくとも１つを、前記出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能な、処理モジュールと、
前記ハウジング内に配設された通信モジュールであって、前記処理モジュールに結合され、前記ユーザの皮膚電気活動を表示するように、及び、皮膚電気活動データを前記処理モジュールから外部デバイスに通信するように、構成される、通信モジュールと、
前記ハウジング内に配設され前記処理モジュール及び前記通信モジュールに電力を提供するように構成される電源と、
を備える、ウェアラブル・デバイス。
【請求項１０】
前記処理モジュールは、前記角質層の前記コンダクタンスが低すぎる場合、前記補償電流を減少させるように更に構成される、請求項９に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１１】
前記ウェアラブル・デバイスは、リスト・バンドである、請求項１０に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１２】
前記処理モジュールは、約０．０５μＳから約５０μＳの範囲内の前記ユーザの前記手首の前記角質層の持続性レベル・コンダクタンスを測定するように構成される、請求項１１に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１３】
前記ウェアラブル・デバイスは、ヘッド・バンド、アーム・バンド、フット・バンド、アンクル・バンド、及び指輪のうちの少なくとも１つである、請求項１９に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１４】
前記処理モジュールは、電気分解を大幅に低減するために、所定の期間後に、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１つの極性を反転させるように更に構成される、請求項９に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１５】
心拍センサを更に備える、請求項９に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１６】
加速度計、温度センサ、血中酸素センサ、及びグルコース・センサのうちの少なくとも１つを更に備える、請求項１５に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１７】
前記通信モジュールは、心拍データ、加速度計データ、温度データ、血中酸素データ、及びグルコース・データのうちの少なくとも１つを前記外部デバイスに送るように構成される、請求項１６に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１８】
前記通信モジュールは、ＵＳＢ、ＵＳＢ２．０、ＩＥＥＥ１３９４、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、低電力ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、及びＷｉ−Ｆｉのうちの少なくとも１つを介して、前記外部デバイスと通信するように構成される、請求項１７に記載のウェアラブル・デバイス。
【請求項１９】
ユーザの角質層上に第１の電極及び第２の電極を配設すること、
前記第１の電極に第１の電圧で及び第２の電極に第２の電圧でバイアスをかけること、
前記第１の電極と前記第２の電極との間を流れる電流を測定すること、
入力電流を獲得するために、前記第１の電極と前記第２の電極との間を流れる前記電流から補償電流を減じること、
前記入力電流を増幅された出力電圧に変換すること、
出力電圧を測定すること、
前記角質層のコンダクタンスを測定すること、
前記出力電圧が飽和されるかどうかを判別すること、及び、
前記出力電圧が飽和されないように前記出力電圧を変更するために、前記補償電流を増加させること、
を含む、皮膚電気活動を測定するための方法。
【請求項２０】
前記角質層の前記コンダクタンスが低すぎるかどうかを判別すること、及び、
前記コンダクタンスが低すぎる場合、前記補償電流を減少させること、
を更に含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記測定されたコンダクタンスは、約０．０５μＳから約５０μＳの範囲内の値を有する持続性レベル・コンダクタンスである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記測定されたコンダクタンスは、０．０００１μＳまでの解像度を有する一過性レベル・コンダクタンスである、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[0001]  
本願は、２０１３年３月１６日出願の「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｄｅｒｍａｌ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｗｉｔｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」という名称の米国仮特許出願第６１／８０２５００号、及び、２０１３年３月１６日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ  Ｈｕｍａｎ  Ｗｅｌｌ−ｂｅｉｎｇ  Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｈｅａｒｔ  Ｒａｔｅ  Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ」という名称の米国仮特許出願第６１／８０２５１９号への、優先権及び利益を主張し、その開示は参照によりそれらの全文が本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  本明細書で説明される実施形態は、一般に、皮膚電気活動を測定するためのデバイス、システム、及び方法に関し、具体的には、ユーザの皮膚の皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイス及び方法に関する。
【０００３】
[0003]  ヒトの皮膚は異なる組織層からなる。これらの組織層は、例えば身体の内部と外部との間にインターフェースを形成するいくつかの機能を実行し、保護機構として働き、体温調節機能を有し、皮膚を介した流体の交換を可能にする。ヒトの皮膚は、汗を生成する汗腺も含む。汗は、皮膚を介して電流を伝導させることが可能な様々な電解質を含む。例えば、例えば銀（Ａｇ）電極などの自由イオンを生成することが可能な２つの電極が皮膚上に配設された場合、自由イオンは皮膚を介して２つの電極間で電子的に連絡することができる。
【０００４】
[0004]  一般に皮膚電気活動と呼ばれる皮膚のコンダクタンスは極端に低く、一般にジーメンス（Ｓ）単位で測定される。皮膚のコンダクタンスは角質層の厚みに依存する。皮膚の内部層は、サイズが変化するポテンシャル障壁を作成し、角質層内でより制約的又は非制約的に電流を流すことができる。角質層が薄いほど、コンダクタンスは高くなる。例えば指先の皮膚のコンダクタンスは約０．５μＳから約５０μＳの範囲内であり得、手首の皮膚のコンダクタンスは約０．０５μＳから約８０μＳの範囲内であり得る。これらの変動は、個人、温度、皮膚構造、及び自律神経系（ＡＮＳ）活動の生理機能を含む、多くの要因に依存し得る。
【０００５】
[0005]  皮膚電気活動信号は、一般に、持続性レベル及び一過性レベルという、２つのインターリーブ信号を含む。持続性レベル（本明細書では「持続性レベル・コンダクタンス」とも呼ばれる）は、いずれの外部又は環境刺激もない皮膚コンダクタンスであり、緩やかに変化し（すなわち低周波であり）、本明細書で説明するヒトの生理的因子によって生じる。持続性レベルは、ユーザの手首で約０．０５μＳから約５０μＳの範囲を有することができる。
【０００６】
[0006]  一過性レベル（本明細書では「一過性レベル・コンダクタンス」とも呼ばれる）は、短期的イベントであり、例えば、予測、意思決定などのイベントに先行する視覚、音声、臭い、認知過程などの、離散環境刺激の存在で発生する。一過性変化は、通常、皮膚コンダクタンスにおける急激な増加、又は皮膚コンダクタンスにおける「ピーク」として現れる。
【０００７】
[0007]  システム及びデバイスは、ユーザの皮膚を介して、又はユーザ皮膚下の血液中で、心拍数変動（ＨＲＶ）を測定するために、使用することも可能である。ＨＲＶは、心拍数の拍動間間隔の変動として定義される。変化が大きいほど、ＨＲＶは大きくなる。ＨＲＶは、心筋梗塞での死亡の知られた予測因子であり、鬱血性心不全、糖尿病性神経障害、心臓移植後鬱病、乳幼児突然死症候群（ＳＩＤＳ）に対する脆弱性、及び未熟児の低生存率を含む、他の病的状態も、（通常はより低く）修正されたＨＲＶに関連付けることができる。ＨＲＶは、感情喚起にも関係付けられる。ＨＲＶは、急性の時間的制約及び精神的負担の状態時、不安レベルの上昇、又は、頻繁かつ持続する日常の悩みを訴える個人において、減少することがわかっている。
【０００８】
[0008]  ＨＲＶは、高周波（ＨＦ）振動とも呼ばれる呼吸性洞性不整脈（ＲＳＡ）、及び低周波（ＬＦ）振動という、２つの主要な構成要素を含む。ＨＦ振動は呼吸に関連付けられ、周波数領域全体にわたって呼吸数を追跡し、低周波振動は血圧のマイヤー波（トラウベ・へリング・マイヤー波）に関連付けられる。これらのスペクトル帯とそれらにエネルギーが割り振られる方法との組み合わせによって含まれる総エネルギーは、中枢神経によって与えられる心拍数調整パターンのインジケーション、及び精神及び肉体的健康状態のインジケーションを与える。
【０００９】
[0009]  しかしながら、ＨＲＶを決定するための心拍データ及びヒトの精神物理学的状態を分析するための知られた方法は、しばしば、ヒトの真の精神及び肉体的状態を決定するのに失敗する。いくつかの知られたＨＲＶスペクトル分析方法は、ノンパラメトリック法（例えば高速フーリエ変換）又はパラメトリック法を用いる。これらの戦略は、タコグラムが一定周波数で「サンプリング」される近似値に依拠する。こうした知られた方法は、心拍データの紛失又は心拍データにおける高変動性の影響を受けやすい。更に、高活動は、知られた方法によって適切に分析することが不可能な、心拍データにおける高変動性につながる可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
[0010]  したがって、高い信頼性、反復可能性で、電気分解の損害を被らない、皮膚コンダクタンスを測定可能な、新しいシステム、デバイス、及び方法が求められている。更に、心拍データを分析し、心拍数変動を介してヒトの健全性を決定するための、新しい方法も求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
[0011]  本明細書で説明される実施形態は、一般に、皮膚電気活動を測定するためのデバイス、システム、及び方法に関し、具体的には、ユーザの皮膚の皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイス及び方法に関する。いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するための装置は、皮膚の角質層の第１の部分と接触する第１の電極及び角質層の第２の部分と接触する第２の電極を含むことができる。第１の電極は、角質層を介して第２の電極と電子的に連絡することができる。処理モジュールが、第１の電極及び第２の電極に電気的に結合される。処理モジュールは、（ａ）第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、電流は角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）第１の電圧、第２の電圧、及び補償電流のうちの少なくとも１つを、出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】[0012]第１の厚みで第１のコンダクタンスを有する皮膚の角質層を備える、ヒトの皮膚の断面図である。
【図１Ｂ】[0012]第２の厚みで第２のコンダクタンスを有する角質層を示す皮膚の断面図である。
【図２Ａ】[0013]持続性レベル・コンダクタンス及び一過性レベル・コンダクタンスを含む、皮膚上で測定された皮膚電気活動信号のプロットである。
【図２Ｂ】[0014]低値から高値までの範囲の典型的な皮膚電気活動信号のプロットである。
【図３】[0015]実施形態に従った、皮膚電気活動を測定するための装置の概略ブロック図を示す。
【図４】[0016]実施形態に従った、皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイスの底面斜視図を示す。
【図５】[0017]図４に示される線５−５に沿った、図３のウェアラブル・デバイスの側断面図を示す。
【図６】[0018]電流補償及び極性反転に使用可能な、図３のウェアラブル・デバイスに含められる処理モジュールの回路図を示す。
【図７】[0019]図３のウェアラブル・デバイスに含められる処理モジュールの全体概略図を示す。
【図８】[0020]リアル・コンダクタンス・レベル、出力電圧ＶＯＵＴ、及び補償電圧ＶＤＡＣを含む、ウェアラブル・センサの皮膚電気活動感知性能を示すプロットである。
【図９】[0021]実施形態に従った、皮膚電気活動を測定する方法を示す。
【図１０】[0022]実施形態に従った、皮膚電気活動センサ及び心拍センサを含むウェアラブル・デバイスの底面斜視図を示す。
【図１１】[0023]図１０に示される線１１−１１に沿った、図１０のウェアラブル・デバイスの側断面図を示す。
【図１２】[0024]実施形態に従った、ウェアラブル活動センサによって測定される心拍数変動を使用してヒトの健全性を決定するための方法を示す。
【図１３】[0025]拍動間間隔（ＩＢＩ）の時系列を示す。
【図１４】[0026]心拍の拍動間間隔（ＩＢＩ）で測定されるアーチファクトを除去するための、１段階選択フィルタの視覚表現を示す。
【図１５】[0027]心拍のＩＢＩで測定されるアーチファクトを除去するための２段階選択フィルタの視覚表現を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0028]  本明細書で説明される実施形態は、一般に、皮膚電気活動を測定するためのデバイス、システム、及び方法に関し、具体的には、ユーザの皮膚の皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイス及び方法に関する。ヒトの皮膚電気活動を定義する２つの異なる周波数コンダクタンスの測定は困難な可能性がある。持続性レベルは、従来の皮膚電気活動モニタを用いて包含することは困難な可能性のある広い範囲を有する。更に、一過性レベルは高速で変化し、従来の皮膚電気活動モニタを用いて解像することは困難な可能性がある。
【００１４】
[0029]  皮膚電気感知に使用される電極は、皮膚上に電気分解を施すこともできる。電流が皮膚を介して流れると、電極（例えば銀電極）は金属イオンを失う可能性があり、これが皮膚上に堆積される可能性がある。これが電極の腐食につながり、金属イオンによる皮膚炎につながる可能性もある。
【００１５】
[0030]  従来の皮膚電気活動センサは、ＤＣ電流センサ又はＡＣ電流センサとすることができる。ＤＣ電流ベースの皮膚電気活動センサは、一般に、持続性レベル・コンダクタンス及び一過性レベル・コンダクタンスの両方の測定において良好な性能を与えるが、電気分解から損害を被る可能性がある。これに対して、ＡＣ電流ベースの皮膚電気活動センサは持続性レベル・コンダクタンスの測定において良好な性能を与え、電気分解はわずかであるか又は全く無いが、一過性レベル・コンダクタンスの測定においては性能不良を示す。
【００１６】
[0031]  本明細書で説明されるシステム、デバイス、及び方法の実施形態は、皮膚のコンダクタンスの持続性レベル及び一過性レベルを高信頼性で測定するための補償機構を提供することができる。本明細書で説明される皮膚電気活動測定のシステム、デバイス、及び方法は、例えば、（１）予測される持続性レベル・コンダクタンスの全範囲をカバーする広範囲にわたって皮膚電気活動を測定する能力、（２）高解像度で一過性レベル・コンダクタンスを測定する能力、（３）感知電極の電気分解の低減、及び（４）例えばリスト・バンドなどのウェアラブル・デバイスへの統合によるリアルタイムでの皮膚電気活動測定の可能化、を含む従来の皮膚電気活動センサに勝るいくつかの利点を提供する。
【００１７】
[0032]  いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するための装置は、角質層の第１の部分と接触する第１の電極、及び角質層の第２の部分と接触する第２の電極を含むことができる。第１の電極は、角質層を介して第２の電極と電子的に連絡することができる。処理モジュールは、第１の電極及び第２の電極に電気的に結合される。処理モジュールは、（ａ）第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、電流は角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）第１の電圧、第２の電圧、及び補償電流のうちの少なくとも１つを、出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能である。
【００１８】
[0033]  いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイスは、ユーザの皮膚に取り外し可能に関連付けられるように構成されたハウジングを含むことができる。第１の電極及び第２の電極は、第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部がハウジングの外側に配設されるように、デバイス内に含められる。ハウジングがユーザに関連付けられた場合、第１の電極は皮膚の角質層の第１の部分と接するように構成され、第２の電極は皮膚の角質層の第２の部分と接するように構成される。処理モジュールもハウジング内に配設され、第１の電極及び第２の電極に結合される。処理モジュールは、（ａ）第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、電流は角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）第１の電圧、第２の電圧、及び補償電流のうちの少なくとも１つを、出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能である。通信モジュールもハウジング内に配設され、処理モジュールに結合される。通信モジュールは、ユーザの皮膚電気活動を表示するように構成し、皮膚電気活動データを処理モジュールから外部デバイスに通信することが可能である。電源もハウジング内に配設され、処理モジュール及び通信モジュールに電力を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、ウェアラブル・デバイスはリスト・バンドとすることができる。
【００１９】
[0034]  いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するための方法は、ユーザの角質層上に第１の電極及び第２の電極を配設することを含むことができる。第１の電極は第１の電圧でバイアスをかけられ、第２の電極は第２の電圧でバイアスをかけられる。皮膚を介して流れる電流に比例する出力電圧が測定される。方法は、出力電圧をコンダクタンス・レベルに変換し、飽和されているか否かを判別する。出力電圧が低飽和されている場合、補償電流が増加されるか、又は、出力電圧が飽和されないように変更するために２つの電極間の電圧の差異が低減される。出力電圧が高飽和されている場合、補償電流が低減されるか、又は、出力電圧が飽和されないように変更するために２つの電極間の電圧の差異が増加される。いくつかの実施形態において、測定されたコンダクタンスは、約０．０５μＳから約５０μＳの範囲内の値を有する持続性レベル・コンダクタンスである。
【００２０】
[0035]  本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明確に示していない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば用語「ａ  ｍｅｍｂｅｒ」は、単一のメンバ又はメンバの組み合わせを意味することが意図され、「ａ  ｍａｔｅｒｉａｌ」は、１つ以上の材料或いはそれらの組み合わせを意味することが意図される。
【００２１】
[0036]  本明細書で使用される場合、「約」及び「ほぼ」という用語は、一般に、示された値のプラスマイナス１０％を意味する。例えば、約０．５は０．４５及び０．５５を含み、約１０は９から１１を含み、約１０００は９００から１１００を含むことになる。
【００２２】
[0037]  本明細書で説明される実施形態は、皮膚の角質層の皮膚電気活動（すなわち、持続性レベル及び一過性レベルのコンダクタンスを含むコンダクタンス）を測定するために使用することができる。参考までに、図１Ａはヒトの皮膚の断面を示す。皮膚の最も外側の層は角質層である。角質層の下は透明層である。角質層と透明層の間にポテンシャル障壁が存在する。角質層の上面の約１００ｎＳから、ほぼ等しくポテンシャル面である皮膚の底面近くの約１ｍＳへの、矢印Ｇで示されるように、皮膚のコンダクタンスは変化する。図１Ａに示されるように、角質層は、角質層の上面からポテンシャル障壁まで測定される、第１の厚みｓ１を有することができる。電極のペア「ａ−ａ」が、電極間の距離が角質層の第１の厚みｓ１よりも大きいように、角質層と電子的に連絡しながら配置された場合、角質層は第１のコンダクタンスを有することができる。例えば個人の生理機能、温度、皮膚構造、及び自律神経系（ＡＮＳ）活動などの、皮膚のコンダクタンスに影響を与える様々な因子は、角質層の厚みを変えることによってそれを実行する。角質層は、本質的に、サイズ及び厚みが変化するポテンシャル障壁として働く。図１Ｂに示されるように、角質層の厚みは、ｓ１よりもかなり厚い第２の厚みｓ２まで増加させることができる。厚みの変化は、角質層のコンダクタンスも変化させる。角質層が薄いほど、コンダクタンスは高くなる。したがって、電極のペア「ａ−ａ」が、電極ａ−ａ間の距離が角質層の第２の厚みｓ２よりも大きいように、角質層と電子的に連絡しながら配置された場合、第１のコンダクタンスよりも小さい第２のコンダクタンスを測定することになる。したがって、角質層のコンダクタンスにおける変化は、ユーザの生理学的状態、例えばＡＮＳ活動と直接相関させることができる。
【００２３】
[0038]  図２Ａは、ヒトの持続性レベル及び一過性レベルのコンダクタンスにおける変化を示す、例示的な皮膚電気活動の測定を示す。持続性レベルは、「平滑な下位の緩やかに変化するコンダクタンス・レベル」として特徴付けることができる。一過性レベル・コンダクタンスは、「急速に変化するピーク」として特徴付けることができる。持続性レベルのコンダクタンス・レベルは、自分の生理学的状態、水和反応、皮膚の乾燥度、及び自律調節に依存する個人において、経時的に緩やかに変化することができる。皮膚のコンダクタンス・レベルにおける持続性変化は、典型的には、数十秒から数分の期間内に発生する。一過性レベル・コンダクタンスの測定値は、典型的には短期的イベントに関連付けられ、離散環境刺激（予測、意思決定などのイベントに先行する視覚、音声、臭い、認知過程）の存在で発生する。一過性変化は、通常、皮膚コンダクタンスにおける急激な増加、又は皮膚コンダクタンスにおける「ピーク」として現れる。図２Ｂは、低値から高値までの範囲の典型的な皮膚電気活動信号を示す。
【００２４】
[0039]  いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するための装置は、第１の電極及び第２の電極を含むことができる。次に図３を参照すると、皮膚電気活動を測定するための装置１００は、第１の電極１１０ａ、第２の電極１１０ｂ（集合的に「電極１１０」と呼ばれる）、及び処理モジュール１３０を含む。第１の電極１１０ａ及び第２の電極１１０ｂは、第１の電極１１０ａ及び第２の電極１１０ｂが角質層ＳＣを介して電子的に連絡し、角質層ＳＣのコンダクタンスを測定できるように、ターゲットの皮膚の角質層ＳＣ上に配設することができる。
【００２５】
[0040]  電極１１０は、角質層ＳＣを介して電子的に連絡し、角質層ＳＣのコンダクタンスを測定できる、任意の好適な電極を含むことができる。例えば、第１の電極１１０ａが角質層ＳＣを介して第２の電極１１０ｂと電子的に連絡するように、第１の電極１１０ａを皮膚の角質層ＳＣの第１の部分と接触させることが可能であり、第２の電極１１０ｂを角質層ＳＣの第２の部分と接触させることが可能である。電極１１０は任意の好適な形状を有することができる。例えば電極１１０は、ディスク、板、又は棒、（例えばＭＥＭＳデバイスで使用されるタイプの）ソリッド・ステート微細加工電極、或いはスクリーン印刷電極とすることができる。電極１１０は、例えば円形、正方形、長方形、楕円形、多角形、又は任意の他の好適な断面などの、任意の好適な断面を有することができる。いくつかの実施形態において、電極１１０の少なくとも一部は、例えばゴム、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、プラスチック、パリレン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、任意の他の好適な絶縁材料、又はそれらの組み合わせなどの、絶縁材料で絶縁することができる。絶縁材料は、例えば電極１１０の作用面積を画定するために使用可能である。いくつかの実施形態において、電極１１０は、例えばより大きな表面積を提供するように、電極１１０の表面積を修正するために表面修正プロセスを施すことができる。こうした表面修正プロセスは、例えばエッチング（例えば酸性又は塩基性溶液内でのエッチング）、電圧サイクリング（例えばサイクリック・ボルタンメトリ）、ナノ粒子の電着、及び／又は任意の他の好適な表面修正プロセス、或いはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００２６】
[0041]  電極１１０は、角質層を介して電子的連絡（すなわち、イオン及び電気通信）が可能な任意の好適な材料から形成され得る。好適な材料は、例えば銀（Ａｇ）、金、プラチナ、パラジウム、イリジウム、炭素、黒鉛、カーボン・ナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマー、セラミクス、合金、任意の他の好適な材料、又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態において、電極１１０は、Ａｇ電極、例えばＡｇで被覆された金属板を含むことができる。Ａｇ電極は、電極の表面でＡｇ＋イオンに解離することが可能であり、角質層を介した電子的連絡が可能になる。Ａｇは、角質層へのいかなる損傷をも防ぐことも可能であり、電極１１０の近傍の角質層上でのいかなる細菌増殖をも防ぎ得る、固有の抗細菌性を有する。
【００２７】
[0042]  処理モジュール１３０は、第１の電極１１０ａ及び第２の電極１１０ｂに結合される。処理モジュール１３０は、（ａ）第１の電極に第１の電圧Ｖ＋で及び第２の電極に第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけること、（ｂ）第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を測定することであって、電流は角質層のコンダクタンスに対応すること、（ｃ）測定された電流から補償電流を減じること、（ｄ）結果として生じる電流を測定し、増幅された出力電圧を生成すること、（ｅ）角質層のコンダクタンスを測定すること、及び（ｆ）第１の電圧、第２の電圧、及び補償電流のうちの少なくとも１つを、出力電圧を非飽和にするように調節すること、を実行するように動作可能である。
【００２８】
[0043]  いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、第１の電極１１０ａを第１の電圧で、及び第２の電極１１０ｂを第２の電圧で分極するように構成された、電気回路（図示せず）を含むことができる。電気回路は、レジスタと、例えば演算増幅器、トランスインピーダンス増幅器、電圧増幅器、電流増幅器、相互コンダクタンス増幅器、任意の他の好適な増幅器、又はそれらの組み合わせなどの、増幅器と、を含むことができる。電気回路は、コンダクタンス（例えば角質層ＳＣの持続性レベル・コンダクタンス及び／又は一過性レベル・コンダクタンス）、及び角質層ＳＣのコンダクタンスに対応する出力電圧を測定するように、更に構成することができる。
【００２９】
[0044]  処理モジュール１３０は、補償電流を修正するため、又は２つの電極間の電圧の差異を修正するために、補償電圧を電気回路に送るように構成された、補償機構（図示せず）を含むこともできる。補償機構は、角質層のコンダクタンスに対応する、第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を最適に測定するように構成することができる。更に補償機構は、第１の電圧及び第２の電圧のうちの少なくとも１つを調節するように、或いは出力電圧が例えば高飽和又は低飽和などの飽和値に達した場合、補償電流を調節するように、構成することができる。更に補償機構は、角質層ＳＣのコンダクタンスが低すぎる場合、補償電流を調節するように構成することができる。例えば補償機構は、出力電圧が飽和値に達した場合、補償電流を増加させるように、又は角質層のコンダクタンスが低すぎる場合、補償電流を減少させるように、構成することができる。このようにして、補償機構は、出力電圧を最適な値で維持するための電圧フィードバック機構として働くことができる。
【００３０】
[0045]  いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、信号雑音を大幅に低減させるように構成された、例えば低域フィルタ、帯域通過フィルタ、任意の他の好適なフィルタリング回路、又はそれらの組み合わせなどの、フィルタリング回路を含むことができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、例えばマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣチップ、ＡＲＭチップ、又はプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）などの、プロセッサを含むことができる。プロセッサは、例えば帯域通過フィルタ、及び／又は任意の他の信号処理アルゴリズム、或いはそれらの組み合わせなどの、信号処理アルゴリズムを含むことができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、皮膚電気活動データ、又は生理学的状態データ、例えばＡＮＳ活動データのうちの、少なくとも１つを記憶するように構成された、メモリを含むことができる。いくつかの実施形態において、メモリは、基準署名、例えば較正式を記憶するように構成することもできる。こうした実施形態において、プロセッサは、測定された皮膚電気活動データを、ユーザのＡＮＳ活動又は任意の他の生理学的状態パラメータと相関させるように構成可能な、アルゴリズムを含むことができる。メモリは、皮膚電気活動信号の信号対雑音比を最大にするためのアルゴリズムを含むこともできる。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、プロセッサに結合されたクロック信号の生成器を含むこともできる。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、リアルタイムで例えば皮膚電気活動データなどの情報を記憶又は送信し、近距離無線通信（ＮＦＣ）デバイスが記憶された情報を読み取ることができるように構成された、ＲＦＩＤ又はブルートゥース・チップを含むこともできる。
【００３１】
[0046]  いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、持続性レベル・コンダクタンスが除去されるコンダクタンスの補償済み値を測定するように構成可能である。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、電気分解を大幅に低減するために、所定の期間後に、第１の電極１１０及び第２の電極１１０ｂのうちの少なくとも１つの極性を反転させるように構成可能である。例えば、複数を反転させることによって、電極１１０の任意の溶解イオン、例えばＡｇ＋イオンを、電極１１０に再吸収されるように促すことができる。これによって、電極１１０の汚染を低減させること、有効期間を延長すること、及び／又は皮膚の炎症を防止すること、ができる。いくつかの実施形態において、処理モジュールは、電流が増幅される前に電極間を流れる電流から減じられる補償電流の調整を可能にするように構成可能である。例えば処理モジュール１３０は、約−１μＡから約１μＡの範囲で角質層ＳＣのコンダクタンスに対応する電流の調整を可能にするように構成可能である。装置１００は、ユーザの皮膚の任意の部分、例えばユーザの手首の皮膚の、角質層ＳＣのコンダクタンスを測定するように構成可能である。こうした実施形態において、処理モジュール１３０は、約０．０５μＳから約８０μＳの範囲で、手首の角質層ＳＣの持続性レベル・コンダクタンスを測定するように構成可能である。いくつかの実施形態において、装置１００は、ユーザの指の角質層のコンダクタンスを測定するように構成可能である。こうした実施形態において、処理モジュール１３０は、約０．５μＳから約５０μＳの範囲で、指の角質層ＳＣの持続性レベル・コンダクタンスを測定するように構成可能である。いくつかの実施形態において、処理モジュール１３０は、約５ｍＳまでの一過性レベル・コンダクタンスを測定するように構成可能である。いくつかの実施形態において、装置１００は、０．０００１μＳの解像度で角質層のコンダクタンスを測定するように構成可能である。
【００３２】
[0047]  いくつかの実施形態において、装置１００は、処理モジュール１３０に結合された通信モジュール（図示せず）も含むことができる。通信モジュールは、ユーザの皮膚電気活動を表示するか、或いは皮膚電気活動データを処理モジュール１３０から外部デバイス、例えばスマートフォン・アプリケーション、ローカル・コンピュータ、及び／又はリモート・サーバに、通信するように構成可能である。いくつかの実施形態において、通信モジュールは、例えばＵＳＢ、ＵＳＢ２．０、又はファイア・ワイヤ（ＩＥＥＥ１３９４）インターフェースなどの、外部デバイスとのワイヤード通信を提供するための、通信インターフェースを含む。いくつかの実施形態において、通信インターフェースは、例えば装置１００に含めることができる再充電可能バッテリなどの電源（図示せず）を再充電するために使用することもできる。電源は、例えば携帯電話で使用されるタイプの、コイン・セル、Ｌｉイオン、又はＮｉ−Ｃａｄバッテリなどを含むことができる。いくつかの実施形態において、通信モジュールは、例えばＷｉ−Ｆｉ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、低電力ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅなどの、外部デバイスとのワイヤレス通信のための手段を含むことができる。
【００３３】
[0048]  いくつかの実施形態において、通信モジュールは、例えば皮膚電気活動、ＡＮＳ活動、ユーザの生理活動、バッテリの残り寿命、ワイヤレス接続状況、時刻、日付、及びユーザ・リマインダなどの情報を、ユーザに通信するように構成された、例えばタッチ・スクリーン・ディスプレイなどのディスプレイを含むことができる。いくつかの実施形態において、通信モジュールは、音声及び触覚警報を伝達するためのマイクロフォン及び／又は振動機構を含むこともできる。いくつかの実施形態において、通信モジュールは、
例えばシステム電源ＯＮ、システム電源ＯＦＦ、システムのリセット、ユーザ挙動の詳細の手動入力、装置１００利用の詳細の手動入力、及び／又は、装置１００とリモート・デバイスとの間の通信の手動開始などの情報を、ユーザが線量測定システム１００内に入力できるようにするための、例えばボタン、スイッチ、英数字キーパッド、及び／又はタッチ・スクリーンなどのユーザ入力インターフェースを含むことができる。
【００３４】
[0049]  いくつかの実施形態において、装置は、例えば心拍センサ（例えば光電式容積脈波記録センサ）、加速度計、温度センサ、血中酸素センサ、グルコース・センサ、気圧計、ジャイロスコープ、任意の他の生理学的センサ、又はそれらの組み合わせなどの、様々な生理学的センサを含むこともできる。こうした実施形態において、処理モジュール１３０は、ユーザの生理学的状態を決定するために、各センサからの信号を処理するように構成可能である。いくつかの実施形態において、各センサから受信した信号のデータ処理は、例えばスマートフォン、タブレット、パーソナル・コンピュータ、又はリモート・サーバなどの、外部デバイス上で実行することができる。更に通信モジュールは、例えば装置又は外部デバイスに含まれるディスプレイを介して、各センサからユーザに生理学的データを通信するように構成可能である。こうした生理学的データは、例えば皮膚電気活動（例えば皮膚コンダクタンス）、心拍数、心拍数変動、タスクの代謝当量（ＭＥＴ）、ストレス・レベル、緩和レベル、運動又は活動レベル、温度、熱流束、及び／又はＡＮＳ活動（例えば覚醒又は興奮）などを含むことができる。
【００３５】
[0050]  いくつかの実施形態において、装置は、ユーザの角質層ＳＣに取り外し可能に関連付けるように構成可能な、ハウジング（図示せず）を含むことができる。ハウジングは、電極１１０、処理モジュール１３０、通信モジュール、及び電源、及び／又は、装置１００に含められる任意の他の構成要素を、内部に配設することが可能な、内部容積を画定することができる。第１の電極１１０ａ及び第２の電極１１０ｂの少なくとも一部を、ハウジングの外部に配設することができる。電極１１０は、ハウジングがユーザの皮膚に関連付けられている場合、第１の電極１１０が角質層ＳＣの第１の部分に接し、第２の電極１１０ｂが角質層ＳＣの第２の部分に接するように、構成可能である。
【００３６】
[0051]  ハウジングは、比較的軽量かつ柔軟であるが頑健な材料から形成可能である。ハウジングは、堅固な特定部分及び柔軟な特定部分を提供するためなどの材料の組み合わせから形成することもできる。例示的な材料は、ポリスチレン、ポリブテン、炭酸塩、ウレタン・ゴム、ブテン・ゴム、シリコン、及び他の同等の材料並びにそれらの混合物などの、プラスチック及びゴム材料を含むか、又はこれらの材料の組み合わせ、或いは任意の他の好適な材料が使用可能である。ハウジングは、比較的平滑な表面、湾曲した側面、及び／又はそれ以外の人間工学的形状を有することができる。
【００３７】
[0052]  いくつかの実施形態において、装置１００は、装置１００がウェアラブルである（すなわちユーザが体の一部に身に付けることができる）ような、小型のフォーム・ファクタを有することができる。例えばいくつかの実施形態において、装置１００はリスト・バンドとすることができる。こうした実施形態において、柔軟なストラップ、例えば革製ストラップ、ゴム製ストラップ、ファイバ製ストラップ、又は金属製ストラップをハウジングに結合し、ユーザの体の一部にハウジングを固定するように構成することができる。更にハウジングは、小型のフォーム・ファクタを有することができる。いくつかの実施形態において、ストラップは、ストラップが内部容積を画定するように、中空とすることができる。こうした実施形態において、装置１００に含められるセンサのうちのいずれか１つ、例えば皮膚電気活動を測定するように構成された電極１１０は、ストラップによって画定された内部容積内に配設することができる。電極１１０の少なくとも一部が、ユーザの皮膚の角質層ＳＣに接するように、ハウジングの外側に配設することができる。いくつかの実施形態において、装置１００はヘッド・バンド、アーム・バンド、フット・バンド、アンクル・バンド、又は指輪とすることができる。いくつかの実施形態において、装置１１０はユーザの手に装着させるように構成されたグローブとすることができる。
【００３８】
[0053]  使用の際、装置１００は、第１の電極１１０ａが皮膚（例えばユーザの手首の皮膚）の角質層ＳＣの第１の部分に接し、第２の電極１１０ｂが角質層ＳＣの第２の部分に接するように、ユーザの皮膚上に配設することができる。処理モジュール１３０は、第１の電圧で第１の電極に、及び第１の電圧とは異なる第２の電圧で第２の電極に、バイアスをかけ、角質層を介して流れる皮膚電流を測定することができる。入力電流を取得するために、皮膚電流から補償電流を減じることができる。補償電流は、例えば補償機構によって提供される補償電圧などの補償電圧によって設定可能である。処理モジュール１３０は、出力電圧及び（例えば出力電圧から導出される）角質層ＳＣのコンダクタンスを測定するために、入力電流を変換することができる。処理モジュール１３０は、出力電圧が飽和されたか又は非飽和であるかを判別することができる。出力電圧が、例えば高飽和又は低飽和に飽和された場合、処理モジュール１３０は、第１の電圧、第２の電圧、及び／又は補償電流を（例えば補償電圧を調節することによって）調節し、出力電圧を非飽和にすることができる。装置１００は、ユーザの生理学的状態を決定できるように、皮膚電気活動及び／又は任意の他の生理学的パラメータのリアルタイム測定を実行するように構成可能である。この情報を使用して、経時的にユーザの生理学的プロファイルを生成することができる。
【００３９】
[0054]  様々な一般的原理について上記で説明してきたが、次に、これらの概念のいくつかの実施形態について説明する。これらの実施形態は単なる例であり、皮膚電気活動を測定するためのシステム、デバイス、及び方法の多くの他の構成が企図される。
【００４０】
[0055]  いくつかの実施形態において、皮膚電気活動を測定するための装置は、ユーザの手首に装着するように構成されたウェアラブル・デバイスを含むことができる。次に図４〜図７を参照すると、皮膚電気活動を測定するためのウェアラブル・デバイス２００は、ハウジング２０２、第１のストラップ２０６ａ及び第２のストラップ２０６ｂ、第１の電極２１０ａ、第２の電極２１０ｂ（集合的に「電極２１０」と呼ばれる）、処理モジュール２３０、通信モジュール２５０、並びに電源２７０を含む。ウェアラブル・デバイス２００は、腕時計と同様にユーザの手首に装着され、ユーザの手首の皮膚の角質層の少なくとも皮膚電気活動を測定するように構成される。
【００４１】
[0056]  ハウジング２０２は、処理モジュール２３０、通信モジュール２５０、及び電源２７０を収容するように構成された、内部容量２０４を画定する。ハウジング２０２は、比較的軽量かつ柔軟であるが頑健な材料から形成可能である。ハウジング２０２は、堅固な特定部分及び柔軟な特定部分を提供するためなどの材料の組み合わせから形成することもできる。例示的な材料は、ポリスチレン、ポリブテン、炭酸塩、ウレタン・ゴム、ブテン・ゴム、シリコン、及び他の同等の材料並びにそれらの混合物などの、プラスチック及びゴム材料を含むか、又はこれらの材料の組み合わせ、或いは任意の他の好適な材料が使用可能である。ハウジング２０２は、比較的平滑な表面、湾曲した側面、及び／又はそれ以外の人間工学的形状を有することができる。ハウジング２０２は、モノリシックな構造であるものとして示されているが、いくつかの実施形態では、ベース及びカバーを含むことが可能であり、内部容量２０４を画定するためにベースが取り外し可能なようにカバーに結合される。こうした実施形態において、ハウジング２０４内に配設された構成要素にアクセスするため（例えば電源２７０の交換）に、ベースを取り外すことができる。
【００４２】
[0057]  第１のストラップ２０６ａ及び第２のストラップ２０６ｂ（集合的に「ストラップ２０６」と呼ばれる）は、それぞれハウジング２０２の第１の側及び第２の側に結合される。ストラップ２０６は、例えば皮革、ゴム、ファイバ、ポリウレタン、又は金属などの、任意の好適な材料から形成可能である。ストラップ２０６は、例えば穴とピン、クランプ、ノッチ、溝、くぼみ、戻り止め、磁石、ベルクロ、バンド、又は、ストラップ２０６を互いに結合するための任意の他の好適な結合機構などの、結合機構を含むことができる。このようにして、ストラップ２０６は、電極２１０がユーザの手首の角質層に関連付けられるように、ユーザの手首に取り外し可能なように固定することができる。各ストラップ２０６は、ハウジング２０２の側壁内に画定された開口部２０５を介してハウジング２０２に結合される、内部容量２０８を画定する。開口部は、ハウジング２０２の内部容量２０４とストラップ２０６の内部容量２０８との間の開口部２０５を通過することが可能な、例えば導線などの電気的結合を介して、処理モジュール２３０を電極２１０に電気的に結合できるようにするものである。電極２１０は、電極２１０の各々の少なくとも一部が内部容量の外側に配設されるように、第１のストラップ２０６ａによって画定された内部容量２０８内に配設される。このようにして電極２１０は、ウェアラブル・デバイス２００がユーザの手首に関連付けられた時に、ユーザの皮膚の角質層に接するように構成される。
【００４３】
[0058]  電極２１０は、角質層を介した電子的な連絡及び角質層のコンダクタンスの測定を可能にする、任意の好適な電極を含むことができる。例えば、第１の電極２１０ａが角質層を介して第２の電極２１０ｂと電子的に連絡するように、第１の電極２１０ａを皮膚の角質層の第１の部分と接するようにすることが可能であり、第２の電極２１０ｂを皮膚の角質層の第２の部分と接するようにすることが可能である。電極２１０は、任意の好適な形状を有することができる。電極２１０は、湾曲した少なくとも１つの面を有するように示されているが、任意の好適な形状を有することができる。例えば電極２１０は、ディスク、板、又は棒、（例えばＭＥＭＳデバイスで使用されるタイプの）ソリッド・ステート微細加工電極、或いはスクリーン印刷電極とすることができる。電極２１０は、例えば円形、正方形、長方形、楕円形、多角形、又は任意の他の好適な断面などの、任意の好適な断面を有することができる。いくつかの実施形態において、電極２１０の少なくとも一部は、例えばゴム、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、プラスチック、パリレン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、任意の他の好適な絶縁材料、又はそれらの組み合わせなどの、絶縁材料で絶縁することができる。絶縁材料は、例えば電極２１０の作用面積を画定するために使用可能である。いくつかの実施形態において、電極２１０は、例えばより大きな表面積を提供するように、電極２１０の表面積を修正するために表面修正プロセスを施すことができる。こうした表面修正プロセスは、例えばエッチング（例えば酸性又は塩基性溶液内でのエッチング）、電圧サイクリング（例えばサイクリック・ボルタンメトリ）、ナノ粒子の電着、及び／又は任意の他の好適な表面修正プロセス、或いはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００４４】
[0059]  電極２１０は、角質層を介して電子的連絡（すなわち、イオン及び電気通信）が可能な任意の好適な材料から形成され得る。好適な材料は、例えば銀（Ａｇ）、金、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム、炭素、黒鉛、カーボン・ナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマー、セラミクス、合金、任意の他の好適な材料、又はそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態において、電極２１０は、Ａｇ電極、例えばＡｇで被覆された金属板を含むことができる。Ａｇ電極は、角質層上に生成された汗に含まれる電解質とのイオン交換を可能にする、電極の表面でＡｇ＋イオンに解離することが可能であり、それによって角質層を介した電子的連絡が可能になる。Ａｇは、角質層へのいかなる損傷をも防ぐことも可能であり、電極２１０の近傍の角質層上でのいかなる細菌増殖をも防ぎ得る、固有の抗細菌性を有する。
【００４５】
[0060]  処理モジュール２３０は、ハウジング２０２によって画定された内部容量２０４内に配設される。処理モジュール２３０は、電気回路２３２及び補償機構２３４を含む。電気回路２３２は、例えば演算増幅器、トランスインピーダンス増幅器、電圧増幅器、電流増幅器、相互コンダクタンス増幅器、トランスインピーダンス増幅器、任意の他の好適な増幅器、又はそれらの組み合わせなどの、増幅器Ａを含むことができる。電気回路２３２は、アナログ対デジタル変換器（ＡＤＣ）も含む。電気回路２３２は、本明細書で説明されるように、電圧ＶＯＵＴを測定及び出力し、出力電圧ＶＯＵＴから角質層のコンダクタンスを取得するように構成可能である。補償機構２３４は、少なくともデジタル対アナログ変換器を含むことができる。補償機構は、本明細書で説明されるように、出力電圧ＶＯＵＴを読み取り、補償電流Ｉｃｏｍｐに対応する補償電圧ＶＤＡＣを設定するように構成可能である。
【００４６】
[0061]  いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、電気分解を大幅に低減させるために、所定の期間の後、第１の電極２１０ａ及び第２の電極２１０ｂのうちの少なくとも１つの極性を反転させるようにも構成可能である。例えば、複数を反転させることによって、電極２１０の任意の溶解イオン、例えばＡｇ＋イオンを、電極２１０に再吸収されるように促すことができる。これによって、例えば電極２１０の汚染を低減させること、有効期間を延長すること、及び／又は皮膚の炎症を防止することができる。
【００４７】
[0062]  図６は、電流補償及び極性反転に使用可能な処理モジュール２３０の回路図を示す。図６に示されるように、電極２１０は、皮膚、例えば皮膚の角質層と接触することができる。角質層は、電極２１０間に配設される可変レジスタとして働く。角質層のコンダクタンスは、例えばユーザの生理学的状態における変化によって、角質層の厚みが変化すると共に変化する。
【００４８】
[0063]  電源２７０を使用して、第１のノード１で正の電圧Ｖ＋及び第３のノード３で負の電圧Ｖ−を提供することができる。この構成において、第１の電極２１０ａは正の電圧Ｖ＋を受け取り、第２の電極２１０ｂは負の電圧Ｖ−を受け取る。極性反転機構、例えば方向スイッチを使用して、正の電圧を第２のノード２に向かって迂回させ、負の電圧を第４のノード４に向かって迂回させることができる。図７に示されるように、これによって、第１の電極２１０ａが負の電圧Ｖ−でバイアスをかけられ、第２の電極２１０ｂが正の電圧Ｖ＋でバイアスをかけられるように、電極２１０の極性を反転させる。
【００４９】
[0064]  図６に示されるように、補償機構２３４に含まれるデジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）は、増幅器Ａへの入力から補償電流Ｉｃｏｍｐを減じるように構成される。したがって、増幅器に入る入力電流Ｉｉｎは以下の通りである。
Ｉｉｎ＝Ｉｓｋｉｎ−Ｉｃｏｍｐ
【００５０】
[0065]  ＤＡＣは、補償電流Ｉｃｏｍｐ＝ｆ（ＶＤＡＣ）となるように電圧ＶＤＡＣを生成し、この式でｆは準線形関数である。
【００５１】
[0066]  増幅器Ａは、所与の利得Ｇに関する電流Ｉｉｎを増幅し、入力電流Ｉｉｎを出力電圧ＶＯＵＴに変換する責務を負う。出力電圧ＶＯＵＴは、角質層のコンダクタンスを取得するために使用される。処理モジュール２３０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するように構成された、アナログ対デジタル変換器（ＡＤＣ）も含む。ＡＤＣは、任意の好適な解像度、例えば１０ビット、１２ビット、又は１６ビットなどを有することができる。増幅器Ａの利得Ｇは、皮膚のコンダクタンス・レベルの範囲要件に合致するように固定及び選択することが可能であり、結果として利得Ｇ後の出力電圧ＶＯＵＴは以下のようになる。
【００５２】
[0067]  ＶＯＵＴ＝Ｇ（Ｉｓｋｉｎ−ｆ（ＶＤＡＣ））
【００５３】
[0068]  図７は、処理モジュール２３０の全体の概略を示す。補償機構２３４に含まれる制御ユニットＣＵは、補償電圧ＶＤＡＣの値を設定し、電気回路２３２の出力電圧ＶＯＵＴを読み取る。増幅器Ａの利得Ｇは電極２１０から取得された弱コンダクタンス信号を強めるのに十分な高さであるため、ＶＯＵＴは最大値ＶＭＡＸ又は０に向かって飽和する傾向がある。これが生じると、制御ユニットＣＵは、出力電圧ＶＯＵＴを非飽和させるために、補償電圧ＶＤＡＣに作用する。例えば、皮膚コンダクタンスが増加を続けると、出力電圧ＶＯＵＴは飽和することになる。その後、補償機構２３４は、読み取り可能な範囲まで出力電圧ＶＯＵＴを低下させるために、補償電流Ｉｃｏｍｐを増加させることができる。
【００５４】
[0069]  この概念は、図８に更に示されている。図８の上部パネルは、持続性レベル及び一過性レベルを含む角質層のリアルタイム・コンダクタンスを示す。中間パネルは電気回路２３２によって測定された出力電圧ＶＯＵＴを示し、下部パネルは制御ユニットＣＵによって設定された補償電圧ＶＤＡＣを示す。電極２１０は、補償電圧ＶＤＡＣの初期値で初期設定することができる。出力電圧ＶＯＵＴの大きさは、補償機構２３４によって測定可能である。コンダクタンスが増加するとすぐに、出力電圧ＶＯＵＴが増加し、最終的にその飽和値（例えば約３．３ボルト）に到達する。このシナリオでは、角質層を介して相当量の電流が流れている。飽和を回避するために、補償機構２３４は、補償電圧ＶＤＡＣを増加させることによって電流を補償することができる。これによって、より高い電流が増幅器Ａから流れ出すことを可能にし、これが出力電圧ＶＯＵＴの非飽和につながる。他方で、コンダクタンスが減少すると、出力電圧ＶＯＵＴも出力電圧ＶＯＵＴが所定のしきい値を下回るまで減少し、例えば電気回路２３２は出力電圧ＶＯＵＴを読み取ることができない。このシナリオでは、補償機構２３４は補償電圧ＶＤＡＣを低下させることが可能であり、これによって、より多くの電流が増幅器Ａに向かって流れ、出力電圧ＶＯＵＴを大きくすることができる。このように補償機構２３２は、リアル・コンダクタンス・レベルから減じられる持続性レベル・コンダクタンスに対して補償値を動的に設定するように構成可能である。したがって、ウェアラブル・デバイス１００が安定状態にある場合、補償電圧ＶＤＡＣはユーザの持続性レベル・コンダクタンスに比例する。補償機構２３４は、ユーザの手首の角質層に関連付けられた持続性レベル・コンダクタンスの範囲全体、例えば約０．０５μＳから約８０μＳの範囲を測定することができる。いくつかの実施形態において、補償機構は、約−１μＡから約１μＡの範囲で電流を微調整することができる。
【００５５】
[0070]  更に、補償機構２３４は、出力電圧ＶＯＵＴが皮膚電気活動の一過性値を表すように、リアルタイム・コンダクタンスから持続性レベルを減じることを可能にする。したがって、一過性レベル・コンダクタンスは、例えば処理モジュール２３０に含まれるアナログ対デジタル変換器（ＡＤＣ）によって、高解像度で測定することができる。いくつかの実施形態において、一過性レベルは約０．０００１μＳの解像度で測定することができる。
【００５６】
[0071]  このようにして、電流補償は総範囲の動的部分に焦点を当てることによって、範囲を拡大することができる。補償機構２３４は、増幅器Ａ及びＡＤＣが一過性レベル・コンダクタンスを観察する間に、持続性レベル・コンダクタンスに適合するように補償電流を動的に設定する。増幅器Ａ及びＡＤＣの高解像度によって提供される利得Ｇにより、信号を高解像度で解決することができる。更にスイッチング機構は、所定の間隔での電極の極性反転を可能にすることによって、電極の電界物質を減少させる。
【００５７】
[0072]  処理モジュール２３０は、電気回路２３２及び補償機構２３４を含むものとして示されているが、任意の他の構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、信号雑音を大幅に低減させるように構成された、例えば低域フィルタ、帯域通過フィルタ、任意の他の好適なフィルタリング回路、又はそれらの組み合わせなどの、フィルタリング回路を含むことができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、例えばマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣチップ、ＡＲＭチップ、又はプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）などの、プロセッサを含むことができる。プロセッサは、例えば帯域通過フィルタ、低域フィルタ、任意の他の信号処理アルゴリズム、或いはそれらの組み合わせなどの、信号処理アルゴリズムを含むことができる。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、皮膚電気活動データ、又は生理学的状態データ、例えばＡＮＳ活動データのうちの、少なくとも１つを記憶するように構成された、メモリを含むことができる。いくつかの実施形態において、メモリは、基準署名、例えば較正式を記憶するように構成することもできる。こうした実施形態において、プロセッサは、測定された皮膚電気活動データを、ユーザのＡＮＳ活動又は任意の他の生理学的状態パラメータと相関させるように構成可能な、アルゴリズムを含むことができる。メモリは、皮膚電気活動信号の信号対雑音比を最大にするためのアルゴリズムを含むこともできる。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、プロセッサに結合されたクロック信号の生成器を含むこともできる。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、例えば皮膚電気活動データなどの情報を記憶し、近距離無線通信（ＮＦＣ）デバイスが記憶された情報を読み取ることができるように構成された、ＲＦＩＤチップを含むこともできる。
【００５８】
[0073]  いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、持続性レベル・コンダクタンスが除去されるコンダクタンスの補償済み値を測定するように構成可能である。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、約−１μＡから約１μＡの範囲で角質層のコンダクタンスに対応する電流の調整を可能にするように構成可能である。いくつかの実施形態において、処理モジュール２３０は、約０．０５μＳから約８０μＳの範囲で、手首の角質層の持続性レベル・コンダクタンスを測定するように構成可能である。
【００５９】
[0074]  通信モジュール２５０は、処理モジュール２３０に結合される。通信モジュール２５０は、ユーザの皮膚電気活動を表示するか、或いは皮膚電気活動データを処理モジュール２３０から外部デバイス、例えばスマートフォン・アプリケーション、ローカル・コンピュータ、及び／又はリモート・サーバに、通信するように、構成可能である。いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、例えばＵＳＢ、ＵＳＢ２．０、又はファイア・ワイヤ（ＩＥＥＥ１３９４）インターフェースなどの、外部デバイスとのワイヤード通信を提供するための、通信インターフェースを含む。
【００６０】
[0075]  いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、例えばＷｉ−Ｆｉ、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、低電力ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｚｉｇｂｅｅなどの、外部デバイスとのワイヤレス通信のための手段を含むことができる。いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、例えば皮膚電気活動、ＡＮＳ活動、ユーザの生理活動、バッテリの残り寿命、ワイヤレス接続状況、時刻、日付、及びユーザ・リマインダなどの情報を、ユーザに通信するように構成された、例えばタッチ・スクリーン・ディスプレイなどのディスプレイを含むことができる。いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、音声及び触覚警報を伝達するためのマイクロフォン及び／又は振動機構を含むこともできる。いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、例えばシステム電源ＯＮ、システム電源ＯＦＦ、システムのリセット、ユーザ挙動の詳細の手動入力、ウェアラブル・デバイス２００利用の詳細の手動入力、及び／又は、ウェアラブル・デバイスと外部デバイスとの間の通信の手動開始などの情報を、ユーザがウェアラブル・デバイス２００内に入力できるようにするための、例えばボタン、スイッチ、英数字キーパッド、及び／又はタッチ・スクリーンなどのユーザ入力インターフェースを含むことができる。
【００６１】
[0076]  電源２７０は、処理モジュール２３０及び通信モジュール２５０に結合され、処理モジュール２３０及び通信モジュール２５０に電力を供給するように構成される。電源は、例えば、携帯電話で使用されるタイプの、コイン・セル、Ｌｉイオン、又はＮｉ−Ｃａｄバッテリなどを含むことができる。いくつかの実施形態において、通信モジュール２５０は、例えば通信リード線を介して外部ソースから電源２７０に電力を提供することによって、電源２７０を再充電するためにも使用可能である。いくつかの実施形態において、電源２７０は、誘導結合を用いて再充電することができる。
【００６２】
[0077]  図９は、持続性レベル及び一過性レベルを含む皮膚電気活動を、広い範囲、例えば約０．０５μＡから８０μＡの範囲内にわたって測定するための、例示的方法３００を示す。方法３００は、例えば装置１００、ウェアラブル・デバイス２００、或いは本明細書で説明される任意の他の装置又はデバイスなどの、任意の皮膚電気活動測定システムと共に使用可能である。方法３００は、角質層上に第１の電極及び第２の電極を配設すること３０２を含む。電極は、電極１１０、２１０、又は本明細書で説明される任意の他の電極を含むことができる。第１の電極は第１の電圧Ｖ＋でバイアスをかけられ、第２の電極は第２の電圧Ｖ−でバイアスをかけられる（３０４）。例えば、第１の電極は正に電荷され、第２の電極は負に電荷される、又はその逆が可能である。入力電流Ｉｉｎを取得するために、角質層を介して流れる電流Ｉｓｋｉｎから補償電流Ｉｃｏｍｐが減じられる（３０８）。例えば、補償機構（例えば、補償機構２３４又は本明細書で説明される任意の他の補償機構）を使用して、皮膚電流Ｉｓｋｉｎから減じられることになる補償電流に変換される補償電圧を設定することができる。入力電流Ｉｉｎは、測定される出力電圧に変換される（３１０）。例えば、トランスインピーダンス増幅器（例えば、電気回路２３２又は本明細書で説明される任意の他の電気回路に含められるトランスインピーダンス増幅器）を使用して、入力電流Ｉｉｎを出力電圧ＶＯＵＴに変換することができる。出力電圧は角質層のコンダクタンスに関係し、角質層のコンダクタンスを測定するために使用される。次に方法は、出力電圧ＶＯＵＴが低に飽和されるかどうかを判別する（３１２）。例えば出力電圧ＶＯＵＴは、出力電圧ＶＯＵＴが低に飽和されるか（すなわち最低値に達するか）どうかを判別することができる、補償機構（例えば、補償機構２３４又は本明細書で説明される任意の他の補償機構）に送ることができる。このシナリオでは、第１の電圧Ｖ＋を減少させることができる、第２の電圧Ｖ−を増加させることができる、又は、出力電圧ＶＯＵＴが低に飽和されないように出力電圧ＶＯＵＴを変更するために補償電流Ｉｃｏｍｐが増加される（３１４）。
【００６３】
[0078]  出力電圧ＶＯＵＴが低に飽和されない場合、方法は、出力電圧ＶＯＵＴが高（３１６）に飽和されるか、すなわち非常に高い値に達するかどうかを判別する。例えば、角質層のコンダクタンスが非常に高い場合、出力電圧ＶＯＵＴは非常に高い値にドロップすることができる。出力電圧ＶＯＵＴが高に飽和される場合、第１の電圧Ｖ＋は増加させることができる、第２の電圧Ｖ−を減少させることができる、及び／又は、出力電圧ＶＯＵＴが高に飽和されないように出力電圧ＶＯＵＴを変更するために補償電流Ｉｃｏｍｐを減少させることができる３１８。出力電圧ＶＯＵＴが低又は高に飽和されない場合、方法は、出力電圧ＶＯＵＴの測定を続行する。このようにして、方法は、角質層のコンダクタンスを広い範囲にわたって測定できるように、出力電圧ＶＯＵＴの監視及び制御を続行する。
【００６４】
[0079]  いくつかの実施形態において、ウェアラブル・デバイスは皮膚電気活動センサ及び心拍センサを含むことができる。次に図１０及び図１１を参照すると、ウェアラブル・デバイス４００は、ハウジング４０２、第１のストラップ４０６ａ、第２のストラップ４０６ｂ、第１の電極４１０ａ、第２の電極４１０ｂ（集合的に「電極４１０」と呼ばれる）、心拍センサのペア４２０、処理モジュール４３０、通信モジュール４５０、及び電源４７０を含む。ウェアラブル・デバイス４００は、腕時計と同様にユーザの手首に装着され、皮膚の角質層の皮膚電気活動並びにユーザの心拍数変動を測定するように構成される。
【００６５】
[0080]  ハウジング４０２は、心拍センサ４２０の少なくとも一部、処理モジュール４３０、通信モジュール４５０、及び電源４７０を収容するように構成された、内部容量４０４を画定する。ハウジング４７０は、ウェアラブル・デバイス２００に関して説明したハウジング４７０とほぼ同様であり得るため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００６６】
[0081]  第１のストラップ４０６ａ及び第２のストラップ４０６ｂ（集合的に「ストラップ４０６」と呼ばれる）は、それぞれハウジング４０２の第１の側及び第２の側に結合される。ストラップ４０６は内部容量４０８を画定する。電極４１０の少なくとも一部が内部容量４０８内に配設可能である。ストラップ４０６は、ウェアラブル・デバイス２００を参照しながら説明したストラップ４０６とほぼ同様であり得るため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００６７】
[0082]  電極４１０は、角質層を介した電子的な連絡、及び角質層のコンダクタンスの測定を可能にする、任意の好適な電極を含む。電極４１０は、ユーザの角質層の皮膚電気活動を測定するように構成可能である。電極４１０は、ウェアラブル・デバイス２００に関して説明された電極２１０とほぼ同様であり得るため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。
【００６８】
[0083]  心拍センサ４２０は、ハウジング４０２によって画定された内部容量内に配設可能である。心拍センサ４２０は任意の好適なセンサとすることができる。いくつかの実施形態において、心拍センサ４２０はＥＫＧモニタに含まれるような電極を含むことができる。いくつかの実施形態において、心拍センサ４２０は光学センサを含むことができる。例えば心拍センサは、皮膚、又は皮膚の下の血液から反射された光を、ユーザの心拍に対応する電気信号に変換することが可能な、光エミッタ及び光受信器を含むことができる。いくつかの実施形態において、光エミッタはＬＥＤダイオードを含むことができる。いくつかの実施形態において、光受信器はフォトダイオード又はフォトトランジスタを含むことができる。皮膚から反射された光に対応する光検出器によって測定される電気信号は、ユーザの心拍を計算するために処理モジュール４３０に送ることができる。いくつかの実施形態において、ウェアラブル・デバイス４００は、反射光の波長を動的に選択するための光学フィルタ、例えばモノクロメータを含むこともできる。いくつかの実施形態において、モノクロメータは調整可能なファブリペロー・フィルタとすることができる。
【００６９】
[0084]  処理モジュール４３０は、ハウジング４０２によって画定される内部容量４０４内に配設される。処理モジュール４３０は、電気回路４３２及び補償機構４３４を含む。電気回路４３２及び補償機構４３４は、ウェアラブル・デバイス２００に関して説明した電気回路２３２及び補償機構２３４とほぼ同様であり得るため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。いくつかの実施形態において、処理モジュール４３０は、例えば心拍センサ４２０内に含められる光エミッタによって放出される光の視感度を制御するために、光エミッタに送られる電力を制御するための回路を含むことができる。
【００７０】
[0085]  いくつかの実施形態において、装置は様々な生理学的センサ、例えば心拍センサ（例えば光電式容積脈波記録センサ）、加速度計、温度センサ、血中酸素センサ、グルコース・センサ、任意の他の生理学的センサ、又はそれらの組み合わせなどの、様々な生理学的センサを含むこともできる。こうした実施形態において、処理モジュール４３０は、ユーザの生理学的状態を決定するために、各センサからの信号を処理するように構成可能である。いくつかの実施形態において、各センサから受信した信号のデータ処理は、例えばスマートフォン、タブレット、パーソナル・コンピュータ、又はリモート・サーバなどの、外部デバイス上で実行することができる。更に通信モジュールは、例えば装置又は外部デバイスに含まれるディスプレイを介して、各センサからユーザに生理学的データを通信するように構成可能である。こうした生理学的データは、例えば皮膚電気活動（例えば皮膚コンダクタンス）、心拍数、心拍数変動、タスクの代謝当量（ＭＥＴ）、ストレス・レベル、緩和レベル、運動又は活動レベル、温度、熱流束、及び／又はＡＮＳ活動（例えば覚醒又は興奮）などを含むことができる。
【００７１】
[0086]  いくつかの実施形態において、処理モジュール４３０は、ＨＲＶデータからユーザの健康インデックス（ＷＢＩ）を決定するためのアルゴリズムを含むことができる。図１２は、心拍数変動データからユーザのＷＢＩを決定するためのアルゴリズムに組み込むことが可能な方法を示す。第１のステップでは、誤って認識された異所性拍動を識別及び削除するために、拍動間間隔（ＩＢＩ）時系列が処理される。次のステップでは、心調律の総電力、高周波電力、及び低周波電力を評価するために、訂正された時系列のスペクトル分析が実行される。第３のステップでは、取得された値が他の心臓パラメータと共にＷＢＩ関数への入力として与えられ、第４のステップでは、ユーザのＷＢＩが決定される。
【００７２】
[0087]  本明細書で説明されるように、ＩＢＩ時系列は第１のステップで処理される。図１２に示される時系列の第１の列は、心拍が発生するタイム・スタンプを含む。第２の列は後続の各心拍間の時間間隔を示す。言い換えれば、第１の列は第１の列の累積合計である。取得されるＩＢＩ時系列は、後続の５分のウィンドウに分けられる。
【００７３】
[0088]  瞬間心拍の位置における誤りは、ＨＲＶの計算における誤りに変換することができる。ＨＲＶはアーチファクトに対して非常に敏感であり、データの２％から５％の誤りは、結果としてＨＲＶ計算に望ましくないバイアスを発生させる可能性がある。正確な結果を保証するためには、任意のＨＲＶ分析を実行する前に、アーチファクト及び異所性心拍を適切に管理することが不可欠である。精度を保証するために、方法は、５分のＩＢＩウィンドウに４つの並列フィルタを適用する。図１３に示されるようにフィルタはＩＢＩ時系列の第２の列に適用され、漸進的自然数を拍動に割り当てる。
【００７４】
[0089]  第１のフィルタは単純選択フィルタを含む。タコグラムは低域数値フィルタによって初期にフィルタリングされる。フィルタリングされた曲線の中心にある信頼領域Ａの外側にある拍動は廃棄される。平均ＩＢＩは、ウィンドウ内で計算されるＩＢＩの平均値に等しい。
【００７５】
[0090]  第２のフィルタは１段階選択フィルタである。単純選択フィルタに関して本明細書で説明されるように、信頼領域Ｂがフィルタリングされた曲線の中心にある単純選択フィルタが第一に適用される。図１４は、１段階選択フィルタの視覚的表現を示す。選択された拍動は、１つの拍動が誤認識された場合に生じ得る反対の様式で、後続のポイントが信頼領域の外側にある場合のみ廃棄される。
【００７６】
[0091]  第３のフィルタは２段階選択フィルタである。単純選択フィルタに関して本明細書で説明されるように、信頼領域Ｃがフィルタリングされた曲線の中心にある単純選択が第一に適用される。図１５は、２段階選択フィルタの視覚的表現を示す。選択された拍動は、反対の様式で２拍動距離のポイントが信頼領域の外側にある場合のみ廃棄される。
【００７７】
[0092]  第４のフィルタは総選択フィルタである。第１に、タコグラムの測定単位は、以下の数式に従って、秒単位から毎分拍動数（ｂｐｍ）単位で測定された心拍数に変換される。
【００７８】
[0093]  心拍数（ｈｒ）＝６０／ＩＢＩ
【００７９】
[0094]  その後、最小二乗の意味で変換されたタコグラムに多項式が適合される。最終的に、適合された曲線の中心にある信頼領域Ｄの外側にある拍動が廃棄される。
【００８０】
[0095]  本明細書で説明されるように、ＩＢＩ時系列がフィルタリングされた後、データに関するスペクトル分析が実行される。スペクトル分析を実行する前に、ウィンドウ表示されたＩＢＩ時系列の第２の列に以下の数式を適用することによって、心拍信号がトレンド除去される。
【００８１】
[0096]  トレンド除去信号＝一定＿トレンド除去（ハミング＿ウィンドウ（線形＿トレンド除去（信号）））
【００８２】
[0097]  信号は、同じ長さのハミング・ウィンドウと掛け合わせる前に線形にトレンド除去される。次に、ゼロ周波数構成要素を減じるために、一定のトレンド除去が適用される。このようにして、激しい運動又は自発的な身体活動による心拍の非自律調整が信号から除去される。それにより、スペクトル分析前にハミング・ウィンドウをＩＢＩ時系列に適用することで、スペクトル情報を強化することができる。
【００８３】
[0098]  無次元のロム正規化ピリオドグラムが取得され、以下のように、パワー・スペクトル密度（ＰＳＤ）に関して表すことができる。
【００８４】
[0099]  ＰＳＤ＝ロム＿ピリオドグラム／積分（ロム＿ピリオドグラム）＊分散（トレンド除去信号）
【００８５】
[00100]  ＰＳＤ式は、変換されることになる時間領域信号がゼロ平均値を有する場合のみ適用可能である。数式内の積分は、台形数値積分とすることができる。
【００８６】
[00101]  次に、それぞれ、０．０４Ｈｚから０．１５、０．１５Ｈｚから０．４Ｈｚ、及び０．４Ｈｚから最大周波数までの標準帯域において、ＰＳＤを数値積分することによって、低周波（ＬＦ）、高周波（ＨＦ）、及び総電力（ＴＰ）値を取得することができる。
【００８７】
[00102]  最終的に、ＷＢＩ関数が決定される。ＷＢＩの目標は、個人間の健康的な挙動を促進することである。したがって、労作並びに瞑想及び緩和には高いインデックス値が与えられる。それに対して、ＨＲＶを制限するストレスの多い状況には低スコアが与えられる。ＷＢＩは以下の式を使用して決定することができる。
【００８８】
[00103]  ＷＢＩ＝ｆ１（ＨＦ／ＬＦ）＋ｆ２（ＴＰ）＋ｆ３（ｍｅａｎＨＲ，ＨＲｍａｘ）
【００８９】
[00104]  上式で、ｍｅａｎＨＲは、当該の５分ウィンドウ中のｂｐｍ単位の平均心拍数であり、ＨＲｍａｘは被験者の最大心拍数である。いくつかの実施形態において、ハスケルとフォックスの公式、又は任意の他の好適な公式を使用して、ＨＲｍａｘを決定することができる。
【００９０】
[00105]  ＷＢＩは、ＨＲＶの観点からユーザのその日の質を示す、日常的な包括値を提供する。例えば、健康的な栄養法は睡眠及び覚醒の質を向上させ、ＨＲＶの大きさはユーザをこうした健康的な挙動に向かわせることができる。したがって、週間、月間、及び年間を通じた日常的なＷＢＩの上昇は、本明細書で説明される方法の有効性を示すことになる。
【００９１】
[00106]  このようにして、本明細書で説明される方法は、経時的な精神物理学的健康のレベルの追跡を可能にすることができる。ユーザ自身が健康レベルを認識することで、日常の交流及び生活の質を強化するための奨励及び指導をユーザに与えることができる。更に、本明細書で説明される方法は、例えば健康的な食事及び運動などの健康的な挙動をサポートする以外に補足的なフィードバックを提供することによって、ユーザがストレスの多い状態に対処するのを助けるために、例えばウェアラブル・デバイス３００などのデバイスに組み込むことができる。
【００９２】
[00107]  以上、システム、方法、及びデバイスの様々な実施形態について説明してきたが、これらは単なる例として提示されたものであり、制限ではないことを理解されたい。前述の方法及びステップがある順序で発生するあるイベントを示す場合、本開示の利益を有する当業者であれば、あるステップの順序は改変可能であり、こうした改変は本発明の変形形態に従うものであることを理解されよう。したがって、あるステップは、並行プロセスにおいて同時に実行すること、並びに前述のように順番に実行することが可能である。実施形態は具体的に図示及び説明されているが、形式及び細部における様々な変更が可能であることを理解されよう。
【００９３】
[00108]  例えば、様々な実施形態が特定の特徴及び／又は構成要素の組み合わせを有するものとして説明されているが、本明細書で説明される任意の実施形態からの任意の特徴及び／又は構成要素の任意の組み合わせ又は下位組み合わせを有する他の実施形態が可能である。加えて、様々な構成要素の特定の構成も変更可能である。例えば、様々な構成要素のサイズ及び特定の形状は、本明細書で説明される機能を依然として提供する一方で、示された実施形態とは異なる可能性がある。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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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１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
2019177175000001.pdf