(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置であって、異なる波長を持つ少なくとも２つの光線を前記人の組織に放出する少なくとも２つの光源と、
前記組織を通り進行した光を波長依存的に検出し、前記検出された光に基づき波長依存の２次元画像を生成する２次元検出面を持つ光検出器と、
前記光検出器が過負荷にならないよう、前記異なる光源の前記光線の強度を別々に制御するコントローラと、
前記生成された波長依存の２次元画像に基づき、前記生理的特性を決定する生理的特性決定ユニットとを有し、
前記２次元検出面が、検出要素の２次元構成を有し、
各検出要素は、前記波長依存の２次元画像を生成する波長依存の検出信号を生成し、
前記生理的特性決定ユニットが、前記検出信号を線形結合することにより、前記生理的特性を決定するよう構成され、
前記検出信号を線形結合する前に、前記検出信号が重み付けされ、潅流がより大きい組織領域に対応する前記検出信号が、前記潅流がより小さい組織領域に対応する検出信号よりもより大きな重み付けを得、
前記重み付けは、前記生理的特性決定装置が移動していない間に得られる前記の各検出信号の振幅に基づいて決定される、生理的特性決定装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの光源が、異なる波長を持つ３つの異なる光線を放出する３つの光源を含む、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項３】
前記光源が、青、緑及び赤い光線を放出するよう構成される、請求項２に記載の生理的特性決定装置。
【請求項４】
前記装置が、前記光線に関して透過的なスペーサを更に有し、前記スペーサは、前記検
出面の前に構成される、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項５】
前記２次元検出面が、検出要素の２次元構成を有し、
各検出要素は、前記波長依存の２次元画像を生成する波長依存の検出信号を生成し、
前記生理的特性決定ユニットが、ａ）異なる検出要素により生成される前記検出信号を個別に処理することにより、又はｂ）検出要素の異なるグループに関して、前記検出要素の個別のグループにより生成される前記検出信号に基づき、グループ検出信号を決定し、前記グループ検出信号を個別に処理することにより、前記生理的特性を決定するよう構成される、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項６】
前記生理的特性決定ユニットが、前記個別の検出信号又はグループ検出信号の運動による乱れの程度を決定し、及び乱れ閾値より小さい乱れの程度を持つ検出信号又はグループ検出信号に基づき、前記生理的特性を決定するよう構成される、請求項５に記載の生理的特性決定装置。
【請求項７】
前記生理的特性決定装置が、前記生理的特性決定装置の運動を示す運動信号を生成するモーションセンサを更に有し、
前記生理的特性決定ユニットは、前記運動信号に基づき、前記個別の検出信号又はグループ検出信号の前記乱れの程度を決定するよう構成される、請求項６に記載の生理的特性決定装置。
【請求項８】
前記少なくとも２つの光源及び前記光検出器が、前記波長依存の２次元画像を生成するよう構成され、前記画像は、時間依存であり、異なる時間に関する少なくとも２つの２次元画像フレームを有し、
前記生理的特性決定ユニットが、異なる画像フレームにおいて対応する領域を決定し、前記異なる画像フレームにおけるこれらの対応する領域に基づき、前記生理的特性を決定するよう構成される、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項９】
前記光線の強度が変化されるよう、前記コントローラが、前記光源を制御するよう構成される、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項１０】
前記生理的特性決定装置が、少なくとも前記光源及び前記光検出器を前記人の手首に付けるための取付要素を更に有する、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項１１】
前記生理的特性決定ユニットが、前記生理的特性として前記パルスレートを決定するよう構成される、請求項１に記載の生理的特性決定装置。
【請求項１２】
人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置における生理的特性決定方法であって、
少なくとも２つの光源により、異なる波長を持つ少なくとも２つの光線を前記人の組織に放出するステップと、
２次元検出面を持つ光検出器により、前記組織を通り進行した光を波長依存的に検出し、前記検出された光に基づき波長依存の２次元画像を生成するステップと、
コントローラにより、前記光検出器が過負荷にならないよう、前記異なる光源の前記光線の強度を別々に制御するステップと、
生理的特性決定ユニットにより、前記生成された波長依存の２次元画像に基づき、前記生理的特性を決定するステップとを有し、
前記２次元検出面が、検出要素の２次元構成を有し、
各検出要素は、前記波長依存の２次元画像を生成する波長依存の検出信号を生成し、
前記生理的特性決定ユニットが、前記検出信号を線形結合することにより、前記生理的特性を決定するよう構成され、
前記検出信号を線形結合する前に、前記検出信号が重み付けされ、潅流がより大きい組織領域に対応する前記検出信号が、前記潅流がより小さい組織領域に対応する検出信号よりもより大きな重み付けを得、
前記重み付けは、前記生理的特性決定装置が移動していない間に得られる前記の各検出信号の振幅に基づいて決定される、方法。
【請求項１３】
人の生理的特性を決定するコンピュータプログラムであって、コンピュータで実行されるとき、コンピュータに請求項１２に記載の方法のステップを実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ２０１０／０２６８０９４Ａ１号は、人のパルスレートを決定する装置を開示する。この装置は、体部位に光を放出する光源と、体部分を横断した後の光を検出するため、体部分の近くに、又はこれと接触して置かれる及びデジタルカメラとを有する。ここで、パルスレートは、検出された光の変動に基づき決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、体部分を照射するのに使用される光源、カメラ及び光が進行する体の種類に基づき、決定されたパルスレートの精度は減らされる場合がある。
【０００４】
ＵＳ２０１２／１９５４８６Ａ１号は、生体の心拍をリモートで決定する遠隔フォトプレチスモグラフのシステムを開示する。このシステムは、生体を照射する、複数の光源及び生体のビデオ画像をリモートでキャプチャするビデオカメラを有する。このシステムは、リモートでキャプチャされたビデオ画像に基づき心拍を決定するよう構成される。
【０００５】
本発明の目的は、人の生理的特性の改良された決定を可能にする生理的特性決定装置、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面において、人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置が提示され、この装置は、
異なる波長を持つ少なくとも２つの光線を上記人の組織に放出する少なくとも２つの光源と、
上記組織を通り進行した光を波長依存的に検出し、上記検出された光に基づき波長依存の２次元画像を生成する２次元検出面を持つ光検出器と、
上記光検出器が過負荷にならないよう、上記異なる光源の上記光線の強度を別々に制御するコントローラと、
上記生成された波長依存の２次元画像に基づき、上記生理的特性を決定する生理的特性決定ユニットとを有する。
【０００７】
コントローラが、異なる光源の光線の強度を別々に制御するよう構成されるので、各波長に関して、人の組織の照射は独立して最適化されることができ、例えば、信号対ノイズ比が、各個別の波長に対して最適化される。これは、波長依存の２次元画像に基づき、生理的特性の改良された決定をもたらすことができる。生理的特性決定ユニットは例えば、生理的特性としてパルスレートを決定するよう構成される。コントローラは、光検出器が過負荷にならないよう、光線の強度を別々に制御するよう構成され、これは、生理的特性を決定することの更なる改良された品質をもたらす。
【０００８】
ある実施形態において、上記少なくとも２つの光源が、異なる波長を持つ３つの異なる光線を放出する３つの光源を含む。この光源は例えば、青、緑及び赤い光線を放出するよう構成される。光源は好ましくは、レーザー及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。２次元検出面は好ましくは、検出要素の２次元構成を有する。各検出要素は、上記波長依存の２次元画像を生成する波長依存の検出信号を生成する。波長依存の２次元画像は例えば、時間依存であり、異なる時間に関する複数の２次元画像フレームを有する。
【０００９】
ある実施形態において、上記装置が、上記光線に関して透過的であるスペーサを更に有し、上記スペーサは、上記検出面の前に構成される。スペーサは例えば、光源がコヒーレント光を放出するレーザーである場合に使用される。この場合、スペーサを使用するときに、スペックル画像が、光検出器により生成される。これは生理的特性を決定する生理的特性決定ユニットにより使用されることができる。
【００１０】
別の実施形態では、検出面が、光検出器を過負荷にすることなしに可能な光の最大量を受信せず、光のより少ない量を受信するよう、コントローラが、光源を制御するよう構成されることができる。最大量及びより少ない量の間の差は、予め定められるか、又は異なる波長に関してコントローラによって決定されることができる。それは、生理的特性決定装置の運動が原因による、検出された光強度の予想される変動に対応することができる。例えば、コントローラは、測定される生理的特性によりもたらされる光強度変動を、運動によりもたらされる場合がある他の種類の光強度変動から区別し、たとえ他の種類の光変動が存在するとしても光検出器が過負荷でないよう、光源を制御するよう構成されることができる。生理的特性が、特定の周波数範囲における光強度変動をもたらすことが既知である場合、この周波数範囲の外側の光強度変動が、観察されることができ、変動する強度の対応する最大振幅が、決定されることができる。光の最大量及び光のより少ない量の間の差は、この最大振幅に対応することができる。差が決定された後、それはコントローラに格納され、更なる測定に関して使用されることができる。光源により放出される光線の光強度をこの光のより少ない量へと制御することは、検出された光強度が例えば運動が原因で変動する場合であっても、光検出器が過負荷でないことを確実にすることができる。
【００１１】
差は、別の態様において決定されることもできる。例えば、生理的特性決定ユニットは、生理的特性決定装置の運動を示す運動信号を生成するモーションセンサを更に有することができる。この場合、この運動信号は、測定される生理的特性によりもたらされる光強度変動を、運動によりもたらされる光強度変動から区別するため、コントローラにより使用されることができる。特に、運動信号は、検出された光強度が、運動が原因で変動する周波数範囲を規定することができる。ここで、この周波数範囲における最大の検出された光強度変動振幅は、最大量及びより少ない量の間の差として使用されることができる。コントローラは、検出された光強度と運動信号とを相関させることにより、運動誘導光強度変動を決定するため他の技術を使用するよう構成されることもできる。
【００１２】
上記２次元検出面は好ましくは、検出要素の２次元構成を有し、各検出要素は、上記波長依存の２次元画像を生成する波長依存の検出信号を生成し、上記生理的特性決定ユニットが、ａ）異なる検出要素により生成される上記検出信号を個別に処理することにより、又はｂ）検出要素の異なるグループに関して、上記検出要素の個別のグループにより生成される上記検出信号に基づき、グループ検出信号を決定し、上記グループ検出信号を個別に処理することにより、上記生理的特性を決定するよう構成される。例えば、検出要素のグループの検出信号が、グループ検出信号を決定するため平均化されることができる。特に、上記生理的特性決定ユニットが、上記個別の検出信号又はグループ検出信号の運動による乱れの程度を決定し、及び乱れ閾値より小さい乱れの程度を持つ検出信号又はグループ検出信号に基づき、上記生理的特性を決定するよう構成される。例えば、上記生理的特性決定装置が、上記生理的特性決定装置の運動を示す運動信号を生成するモーションセンサを更に有し、上記生理的特性決定ユニットは、上記運動信号に基づき、上記個別の検出信号又はグループ検出信号の上記乱れの程度を決定するよう構成されることができる。従って、検出信号又はグループ検出信号が、異なる波長、即ち異なる色に関して、及び組織における異なる位置に関して決定される。ここで、検出信号又はグループ検出信号の乱れは、異なる色に関して及び／又は個別の検出要素若しくは検出要素のグループの異なる位置に関して、異なることができる。これらの検出信号において、運動によりわずかにしか乱されていない、又は全く乱されていない検出信号だけが選択されることができる。例えば、選択された検出信号は、組み合わせられる、特に平均化されることができ、組み合わせられた選択された検出信号の分当たりのパルスの数が、パルスレートとして決定されることができる。生理的特性を決定するために選択された検出信号を使用することは、この決定を更に改善することができる。
【００１３】
ある実施形態において、生理的特性決定ユニットは、検出信号を線形結合することにより生理的特性を決定するよう構成される。特に、線形結合された検出信号における運動アーチファクトが、線形結合される前の検出信号のものより小さいよう、生理的特性決定ユニットは、検出信号又はグループ検出信号を線形結合するよう構成される。例えば、生理的特性決定ユニットは、検出信号を線形結合するため、主成分分析法（ＰＣＡ）を検出信号に適用するよう構成されることができる。生理的特性決定ユニットは、線形結合された信号に基づき、特にＰＣＡから得られる主成分に基づき、生理的特性を決定するよう構成されることができる。従って、線形結合は、運動アーチファクトから信号を「浄化する」ことができる。これにより、生理的特性の決定が更に改善される。
【００１４】
複数の光源及び光検出器が例えば、波長依存の２次元画像を生成するよう構成される。この画像は、時間依存であり、異なる時間に関して複数の２次元画像フレームを有する。この場合、生理的特性決定ユニットは、異なる画像フレームにおいて対応する領域を決定し、異なる画像フレームにおけるこれらの対応する領域に基づき、生理的特性を決定するよう構成されることができる。例えば、特定の画像フレームの領域における検出信号が、特定の画像フレームに関して組み合わせられた信号を決定するため組み合わせられることができる。例えば、上述したように線形結合され、特に平均化されることができる。異なる画像フレームに関してこの結合された信号を決定することにより、時間依存信号が、生成されることができる。これは生理的特性を決定するのに生理的特性決定ユニットにより使用されることができる。例えば、信号の反復レートが、パルスレートとして決定されることができる。異なる画像フレームにおける対応する領域を決定するため、既知の画像レジストレーション技術が使用されることができるか、又は対応する要素、及び従って異なる画像における領域を相関ベースで発見する他の既知の技術が使用されることができる。
【００１５】
光線の強度が変化されるよう、コントローラは、光源を制御するよう構成されることができる。例えば、光源は、光線が光パルスとして組織へと放出されるパルス化されたモードで動作可能でもよい。パルス化されたモードにおいて光源を作動させることは、連続モードにおいて光源を作動させるより少ない消費電力である。従って、パルス化されたモードにおいて光源を作動させることにより、生理的特性決定装置の電力消費は、減らされることができる。更に、各光源が、異なる強度を持つ少なくとも２つの光パルスを反復的に放出するよう、コントローラは光源を制御するよう構成されることができる。個別の光源に対して比較的大きい距離を持つ２次元検出面における位置において、光強度が比較的小さい場合、組織における比較的長い移動距離のため、検出された光の強度は比較的少ない、又は光が測定可能でない場合さえ存在する。一方、個別の光源に対して比較的小さな距離を持つ２次元検出面における位置において、光は、この位置での検出要素に過負荷をかけることなしに、うまく検出可能とすることができる。個別の光源に対して比較的大きい距離を持つ２次元検出面における位置において、光強度が比較的大きい場合、光はうまく検出可能である。一方、個別の光源に対して比較的小さな距離を持つ２次元検出面における位置において、検出要素が、過負荷となる場合がある。こうして、光源が異なる強度を持つ光を放出する間に実行された光検出測定を組み合わせることにより、２次元検出面における異なる位置で、光がうまく検出可能であることが確実にされることができる。
【００１６】
生理的特性決定装置は例えば、少なくとも光源及び光検出器を人の手首に付ける取付要素を有する。従って、生理的特性決定装置は、人の手首に着用される腕時計のようなデバイスでありえる。
【００１７】
本発明の更なる側面において、人の生理的特性を決定する生理的特性決定方法が提示され、この方法は、
少なくとも２つの光源により、異なる波長を持つ少なくとも２つの光線を上記人の組織に放出するステップと、
２次元検出面を持つ光検出器により、上記組織を通り進行した光を波長依存的に検出し、上記検出された光に基づき波長依存の２次元画像を生成するステップと、
コントローラにより、上記光検出器が過負荷にならないよう、上記異なる光源の上記光線の強度を別々に制御するステップと、
生理的特性決定ユニットにより、上記生成された波長依存の２次元画像に基づき、上記生理的特性を決定するステップとを有する。
【００１８】
本発明の別の側面において、人の生理的特性を決定するコンピュータプログラムが提示され、これは、コンピュータで実行されるとき、コンピュータに請求項１３に記載の方法のステップを実行させる。
【００１９】
請求項１の生理的特性決定装置、請求項１３の生理的特性決定方法及び請求項１４のコンピュータプログラムは、特に従属項に記載される事項と類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】人の手首に着用され、人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置の実施形態を概略的及び例示的に示す図である。
【図２】より詳細に生理的特性決定装置の実施形態を概略的及び例示的に示す図である。
【図３】生理的特性決定装置の更なる実施形態を概略的及び例示的に示す図である。
【図４】人の生理的特性を決定する生理的特性決定方法の実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好ましい実施態様は、従属項又は上記実施形態と個別の独立請求項との任意の組み合わせとすることもできる点を理解されたい。
【００２２】
本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【００２３】
本発明は、人のパルスレートといった生理的特性を決定する生理的特性決定装置に関する。この装置は、腕時計といった手首に着用されるよう構成されることができる。コントローラは、異なる波長を持つ複数の光線を人の組織へと放出する複数の光源を別々に制御し、２次元検出面を持つ光検出器が、組織を通り進行した光を波長依存的に検出し、検出された光に基づき波長依存の２次元画像を生成する。生成された波長依存の２次元画像に基づき、生理的特性が決定される。光源の別々の制御は、各波長に関する照射及び検出処理の独立的な最適化を可能にする。これは順に波長依存の２次元画像に基づかれる生理的特性の改良された決定をもたらすことができる。
【００２４】
図１は、人の生理的特性を決定する生理的特性決定装置の実施形態を概略的及び例示的に示す。この実施形態において、生理的特性決定装置１は、人の手首２に着用されるよう構成される。更に、生理的特性決定装置は、生理的特性として人のパルスレートを決定するよう構成される。生理的特性決定装置１は、図２において更に詳細に概略的及び例示的に示される。
【００２５】
生理的特性決定装置１は、異なる波長を持つ光線を手首２において人へと放出する３つの光源３、４、５を有する。光線は、手首２の一部を通り、特に手首２における人の組織を通り進む。この場合、光線は例えば、組織及び血液により後方散乱される。後方散乱された光は、２次元検出面１２を持つ光検出器６により波長依存的に検出される。２次元検出面１２は、検出要素１４の２次元構成を有する。そこでは、各検出要素１４が、波長依存の２次元画像を生成するため波長依存の検出信号を生成する。光検出器６は例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器である。それは、３つの色に関する３つの２次元画像を生成するよう構成される。ここで、各画像は、時間的画像である。即ち、それらは、生理的特性を決定する生理的特性決定ユニット９により使用される検出信号の時間的変化を示すため、異なる時間瞬間に関する複数の画像フレームを有する。
【００２６】
光源３、４、５は、例えばＬＥＤである。しかしながら、それらは、レーザーといった他の種類の光源とすることもできる。この実施形態において、３つの光源３、４、５は、それぞれ、青色光線、緑色光線及び赤色ビームを放出するよう構成される。ここで、各検出要素は、それぞれ、青色、緑色及び赤色光線に関して別々の検出信号を生成するよう構成される。従って、光検出器６は、３色チャネルを有する。この場合、各色チャネルに関して、個別の色に関して生成される検出信号に基づき、２次元画像が生成される。
【００２７】
生理的特性決定装置１は、異なる光源３、４、５の光線の強度を別々に制御するコントローラ８を更に有する。コントローラ８は例えば、光検出器６が過負荷とならないよう、異なる光源３、４、５の光線の強度を別々に制御するよう構成される。特に、検出要素１４の色チャネルが過負荷である場合、光検出器６はコントローラ８に過負荷信号を提供するよう構成される。ここで、コントローラ８が斯かる過負荷信号を受信する場合、過負荷状況がそれ以上存在しなくなるよう、コントローラ８は個別の色の光強度を減らす。従って、各色に関して、検出面１２の任意の検出要素１４に過負荷をかけることなしに、検出面１２が光の最大量を受信するよう、光源３、４、５が制御されることができる。
【００２８】
検出信号は、運動が原因で変動する場合があるので、検出面１２が、可能性のある運動及び従って検出信号における対応する変動が考慮されない場合に光検出器に過負荷をかけることなしに可能な光の最大量を受信せず、光のより少ない量を受信するよう、コントローラ８は光源３、４、５を制御するよう構成されることができる。最大量及びより少ない量の間の差は、所定であるか又はコントローラ８により異なる色に関して決定されることができる。それは、検出された光強度の予想される最大の運動誘導変動振幅に対応することができる。例えば、コントローラ８は、測定される生理的特性によりもたらされる信号変動を運動誘導信号変動から区別し、運動誘導信号変動が存在する場合であっても光検出器６が過負荷でないよう、光源３、４、５を制御するよう構成されることができる。予想される最大の運動誘導変動振幅を決定するため、２次元画像、即ち画像を形成する検出信号が、周波数フィルタリングされることができる。例えば、生理的特性が特定の周波数範囲において検出信号が変動することをもたらすことが知られている場合、この周波数範囲の外側の検出信号変動が観察され、変動する検出信号の対応する最大振幅が決定されることができる。光の最大量及び光のより少ない量の間の差は、この最大振幅に対応することができる。この差が決定された後、それは、コントローラ８に格納されることができ、更なる測定のために使用されることができる。検出された光強度が、運動が原因で変動する場合であっても、光源３、４、５により放出される光線の光強度を光のより少ない量へと制御することは、光検出器６が過負荷にならないことを確実にすることができる。
【００２９】
この差は、別の態様において決定されることもできる。例えば、生理的特性決定ユニットは、生理的特性決定装置１の運動を示す運動信号を生成する加速度計といったモーションセンサ２１を更に有することができる。この場合、この運動信号は、測定される生理的特性によりもたらされる信号変動を運動誘導信号変動から区別するため、コントローラ８により使用されることができる。特に、運動信号は、検出された光強度が、運動が原因で変動する周波数範囲を規定することができる。ここで、この周波数範囲における信号変動の最大振幅は、最大及びより少ない量の間の差を規定することができる。コントローラ８は、運動信号と光検出信号とを相関させることにより、運動誘導検出信号変動を決定するため、他の相関ベースの技術を使用するよう構成されることもできる。例えば、運動信号の反復レートが決定されることができる。この場合、この反復レートで変動する検出信号の振幅は、光の最大量及び光のより少ない量の間の差を決定するのに使用されることができる。
【００３０】
通常、皮膚におけるより深い血管はより大きい直径を持ち、これらの血管における血液はより大きい血圧を持つ。赤い光は、皮膚に相対的に深く浸透し、従って赤色チャネルにおいて比較的顕著なパルス貢献をもたらす。しかしながら、対応する検出信号は、生理的特性決定装置１の機械的な運動により影響される場合もある。緑色光は、赤色光ほど深くは浸透しないが、実質的に皮膚の第１の層にのみ浸透する青色光よりは深く浸透する。緑色光はまだ、パルス貢献がうまく検出可能である検出信号をもたらす。この場合、赤色検出信号と比較して、機械的な運動アーチファクトはそれほど顕著ではない。青色検出信号において、パルス貢献は最も弱いが、生理的特性決定装置の運動によりもたらされる場合がある機械的な運動アーチファクトによる影響も比較的小さい。更に、青色光検出信号は、血液運動によりもたされる場合があるスロッシング運動アーチファクトにより影響されることがある。生理的特性決定ユニット９は例えば、検出信号を使用してパルスレートを決定するよう構成される。この信号は、赤、緑及び青色光を使用することにより生成され、及び従って、異なる特性を示す。
【００３１】
特に、生理的特性決定ユニット９は、青、緑及び赤色に関して２次元検出面１２の検出要素１４により生成される検出信号を個別に処理することにより、パルスレートを決定するよう構成される。生理的特性決定ユニットは、検出要素の個別のグループにより生成される検出信号に基づき、検出要素の異なるグループに関して、グループ検出信号を決定し、グループ検出信号を個別に処理することにより、生理的特性を決定するよう構成されることもできる。例えば、検出要素のグループの検出信号は、グループ検出信号を決定するため平均化されることができる。
【００３２】
生理的特性決定ユニット９は、運動による個別の検出信号の乱れの程度を決定し、乱れ閾値より小さい乱れの程度を持つ検出信号に基づき、生理的特性を決定するよう構成されることができる。例えば、生理的特性決定ユニット９は、モーションセンサ２１により生成される運動信号に基づき、個別の検出信号の乱れの程度を決定するよう構成されることができる。特に、運動信号における反復レートが、光検出信号における反復レートに類似する場合、光検出信号が強く乱されることが想定されることができる。一方、運動信号の反復レートが、光検出信号において観察されない、又はわずかにしか観察可能な場合、乱れが存在しない又は弱い乱れだけが存在すると想定される。乱れの程度を決定するため、運動信号及び個別の光検出信号に関して、相関が算出されることができる。
【００３３】
検出信号は、異なる波長、即ち異なる色に関して、及び、組織における異なる位置に関して決定される。この場合、検出信号の乱れは、異なる色に関して及び／又は個別の検出要素の異なる位置に関して異なることができる。これらの検出信号において、運動によりわずかにしか乱されていない又はまったく乱されていない検出信号だけが選択されることができる。生理的特性を決定するのにこれらの選択された検出信号を使用することは、この決定を更に改善することができる。例えば、選択された検出信号が、組み合わせられることができ、特に平均化され、組み合わせられた選択された検出信号の分当たりのパルスの数が、パルスレートとして決定されることができる。
【００３４】
ある実施形態において、生理的特性決定ユニット９は、検出信号を線形結合することにより、生理的特性を決定するよう構成される。特に、生理的特性決定ユニットは、線形結合された検出信号における運動アーチファクトが、線形結合される前の検出信号における運動アーチファクトより小さいよう、検出信号を線形結合するよう構成されることができる。例えば、生理的特性決定ユニット９は、検出信号を線形結合するため、検出信号にＰＣＡを適用するよう構成されることができる。生理的特性決定ユニット９は、線形結合された信号に基づき、特にＰＣＡから得られる主成分に基づき、生理的特性を決定するよう構成されることができる。従って、線形結合は、運動アーチファクトから信号を「浄化する」ことができる。この場合、生理的特性決定ユニット９は、浄化された検出信号の反復レートをパルスレートとして決定するよう構成されることができる。
【００３５】
異なる光検出信号を線形結合する前に、光検出信号は、重み付けされることができる。この場合、潅流がより大きい組織領域に対応する光検出信号が、潅流がより小さい組織領域に対応する光検出信号より大きい重みを得ることができる。例えば、生理的特性決定装置が、休息している、即ち移動しない間の、光検出信号の振幅は、潅流の個別の量を示す値として使用される。それは、例えば、ある実施形態において、生理的特性決定装置が移動しない間、光検出信号の振幅が、各検出要素に関して、及び各波長に関して決定されることを意味する。この場合、検出要素及び波長の各組み合わせに関して、個別の振幅に基づき、重みが決定される。これらの重みは、生理的特性、特にパルスレートを決定するため格納及び使用されることができる。
【００３６】
生理的特性決定ユニット９は、異なる画像フレームにおける対応する領域を決定し、異なる画像フレームにおけるこれらの対応する領域に基づき、生理的特性を決定するよう構成されることもできる。例えば、特定の画像フレームの領域において検出要素１４により生成される検出信号が、特定の画像フレームに関して組み合わせられた信号を決定するため組み合わせられ、例えば、上述したように線形結合され、又は平均化されることができる。異なる画像フレームに関してこの結合された信号を決定することにより、時間依存信号が、生成されることができる。これは生理的特性を決定する生理的特性決定ユニット９により使用されることができる。例えば、時間依存信号の反復レートは、パルスレートとして決定されることができる。異なる画像フレームにおける対応する領域を決定するため、既知の画像レジストレーション技術、又は対応する要素を見つける、及び従って異なる画像における領域を見つける相関ベースの他の既知の技術が、使用されることができる。
【００３７】
光源３、４、５は、連続モードにおいて作動されるよう制御されることができる。しかしながら、コントローラ８は、光線の強度が変化されるよう、光源３、４、５を制御するよう構成されることもできる。特に、光源３、４、５は、光線が組織へ光パルスとして放出されるパルス化されたモードにおいて作動される。各光源３、４、５が、異なる強度を持つ少なくとも２つの光パルスを反復的に放出するよう、コントローラ８は、光源３、４、５を制御するよう構成されることもできる。個別の光源３、４、５に対して比較的大きい距離を持つ２次元検出面１２の位置において、光強度が比較的小さい場合、組織における比較的長い移動距離のため、検出された光の強度は比較的小さい、又は光が測定可能でない場合さえある。一方、個別の光源３、４、５に対して比較的小さな距離を持つ２次元検出面１２の位置では、この位置での検出要素１４に過負荷をかけることなしに、光はうまく検出可能とすることができる。個別の光源３、４、５に対して比較的大きい距離を持つ２次元検出面１２の位置において、光強度が比較的大きい場合、光はうまく検出可能であり、一方、個別の光源３、４、５に対して比較的小さな距離を持つ２次元検出面１２の位置において、検出要素１４は過負荷となる場合がある。生理的特性決定ユニット９は例えば、パルスレートを決定するのに、過負荷の光検出信号及びあまりに小さい光検出信号、即ち較正により決定されることができる所定の閾値より小さい光検出信号を使用しないよう構成される。これは、放出された光強度が比較的小さかった間に生成された光検出信号から、好ましくは、光源３、４、５に比較的近い検出要素１４により生成された光検出信号だけが使用され、一方、放出された光強度が比較的大きかった間に生成された光検出信号から、好ましくは、光源３、４、５に対してより大きい距離を持つ検出要素１４により生成された光検出信号だけが使用されることを意味する。生理的特性決定装置１は、少なくとも光源３、４、５及び光検出器６を人の手首２に付ける取付要素１１を更に有する。その結果、それらが手首２の皮膚に直接配置される。本実施形態において、取付要素１１はリストバンドである。その結果、生理的特性決定装置１は、人の手首２に着用されるよう構成される腕時計状デバイスである。
【００３８】
生理的特性決定装置１は、決定された生理的特性を表示するディスプレイ１３を更に有することができる。更に、生理的特性決定装置１の異なる要素は、ケース１０に囲まれることができる。
【００３９】
図３は、生理的特性決定装置の更なる実施形態を概略的及び例示的に示す。図３に概略的及び例示的に示される生理的特性決定装置２０は、２次元検出面１２及び手首２の間に構成される追加的な透過的スペーサ１５を除けば、図２に概略的及び例示的に示される生理的特性決定装置１に類似する。このスペーサ例えば、５ｍｍ以上の厚みを持つ。更に、図３に例示的及び概略的に示される実施形態において、３つの光源４、５、６は例えば、光検出器６が２次元スペックル画像を生成することを可能にするため、コヒーレント光を放出するレーザーである。スペーサ１５は、光源３、４、５により放出される光線の波長に関して透過的である。それは、透過的ガラスプレートでもよい。しかしながら、スペックルコントラストを増加させるため、スペーサは、散乱物質で作られることもできる。
【００４０】
また、本実施形態において、生理的特性決定装置は例えば、人のパルスレートを生理的特性として決定するよう構成される。特に、本実施形態において、生理的特性決定ユニット９は例えば、異なる画像フレームにおける対応する領域を決定し、異なる画像フレームにおけるこれらの対応する領域に基づき、生理的特性を決定するよう構成される。例えば、特定の画像フレームにおける領域において検出要素１４により生成される検出信号は、特定の画像フレームに関して組み合わせられた信号を決定するため、組み合わせられることができ、例えば、上述したように線形結合され、又は平均化されることができる。異なる画像フレームに関してこの結合された信号を決定することにより、時間依存信号が、生成されることができる。これは生理的特性を決定する生理的特性決定ユニット９により使用されることができる。異なる画像フレームにおける対応する領域においてコントラストを決定することも可能である。この場合、異なる画像フレームに関して決定されるコントラストが、パルスレートを決定するのに使用されることができる時間的信号を形成する。
【００４１】
以下において、人の生理的特性を決定する生理的特性決定方法の実施形態が、図４に示されるフローチャートを参照して例示的に表される。
【００４２】
ステップ１０１において、コントローラ８は、それらが異なる波長を持つ複数の光線を手首２において人へと放出するよう、複数の光源３、４、５を制御する。更に、コントローラ８は、人の手首２を通り進行した後の光を波長依存的に検出し、検出された光に基づき、波長依存の２次元画像、即ち例えば青、緑及び赤色に関する３つの２次元画像を生成する光検出器６を制御する。ステップ１０２において、ステップ１０１と並行して、各波長に関して、光検出器６が過負荷かどうかが決定される。この過負荷情報は、任意の波長において光検出器６に過負荷をかけることなしに、光線の強度が最大化されるよう光源３、４、５を制御するため、コントローラ８により使用される。ステップ１０３において、生理的特性決定ユニット９は、生成された波長依存の２次元画像、即ち例えば青、緑及び赤色に関して生成される３つの２次元画像に基づき、生理的特性を決定する。ステップ１０１〜１０３は、ループにおいて実行されることができる。その結果、反復的に、例えば、パルス化された態様において又は連続して、複数の光線が、人の組織へと放出され、組織を通り進行した後、検出される。この場合、光強度は、検出器に過負荷をかけることなしに最大化されることができ、生理的特性決定ユニットは、反復的に検出された光に基づき、即ち反復的に生成された波長依存の２次元画像に基づき、生理的特性を反復的に決定することができる。
【００４３】
光検出器は、手首において、パルスレート、即ち心拍を測定するため、人の手首で組織と接触するようにされるカメラと考えられることができる。光検出器は、光を検出する。これは皮膚において散乱され、血液により多かれ少なかれ吸収されることができる。２次元検出面の検出要素により生成される検出信号は、光を吸収した血液量に依存する。心臓が脈動するとき、皮膚における血液量が変化し、こうして２次元検出表面の検出要素により生成された検出信号が同様に変化する。図１〜３を参照して上述された生理的特性決定装置は、人の手首が移動される場合であっても、２次元検出面の異なる検出要素により生成される検出信号における変動に基づき、パルスレートの信頼性が高い決定を可能にする。
【００４４】
検出要素により、即ち２次元検出面のピクセルにより生成される検出信号は、個別の光源に対する検出要素の距離に依存する。距離がより大きい場合、検出信号は一般に、より小さな検出強度を示し、距離がより小さい場合、検出信号は一般に、より大きい検出強度を示す。こうして、ａ）検出要素、及びｂ）光源の間の異なる距離のため、２次元画像は、距離に基づかれる強度変動を示す。これらの強度変動が発生する理由は、光源に対してより大きい距離を持つ検出要素により検出される光は、光源に対してより間近の検出要素により検出される光より、組織のより深く及びより大きい部分を通り進行するためである。組織のより深い及びより大きい部分を通り進行した光に基づき生成される検出信号は、比較的大きいパルス要素を持つと思われる。なぜなら、この光は、血液によりより強く影響されるからである。
【００４５】
検出要素及び光源の間の異なる距離、及び異なる波長が、検出された光の異なる浸透深さをもたらすので、２次元画像は、深さ解像度情報を提供する。この浸透深さ情報は、たとえ人の手首、特に人の手が動かされる場合であっても、生理的特性を確実に決定するため、図１〜３を参照して上述した生理的特性決定装置により使用される。
【００４６】
光検出器は、光源が光を放出しないとき個別の第１の画像を生成し、光源が光を放出するとき個別の第２の画像を生成するよう構成されることができる。この場合、第１及び第２の画像は互いに減算されることができ、個別の結果として生じる減算画像が、更なる処理に使用されることができる。異なる時間瞬間に生成されることができる斯かる減算画像を処理に用いることは、存在する場合がある環境光により生成される環境アーチファクトの減少をもたらす。更に、生理的特性決定装置は、波長依存の光検出に関して波長依存の信号対ノイズ比を決定する信号対ノイズ比決定ユニットを有することができる。従って、例えば、３つの色の各々に対して、信号対ノイズ比が個別の２次元画像に関して決定されることができる。ここで、コントローラは、個別の決定された信号対ノイズ比に基づき、異なる光源を別々に制御するよう構成されることができる。特に信号対ノイズ比が、光検出器に過負荷をかけることなしに各波長に関して別々に最適化される。信号対ノイズ比は、生理的特性決定装置の電子ノイズ及び／又は運動に依存する可能性がある。
【００４７】
生理的特性決定装置は例えば、パフォーマンス及び電力消費に関して最適化された３つの光源を持つ。そこでは、３つの光源は例えば、青、緑及び赤色光を放出するよう構成される。３つの光源の各々のパワーを変化させることにより、即ち個別の光線の強度を変化させることにより、光検出器に過負荷をかけることなしに、光検出器の各色チャネルにおける信号対ノイズ比が、最適化されることができる。光源がレーザーである場合、好ましくは、光学的に透過的なスペーサが、光検出器及び人の皮膚の間に構成される。生理的特性決定装置は例えば、３つの光源に対する異なる検出要素、即ちピクセルの距離の間の差を利用するよう構成される。この場合、異なる検出要素により生成される検出信号は例えば、生理的特性を決定するため、個別に処理される。
【００４８】
上記実施形態において、異なる波長、即ち異なる色を持つ３つの異なる光線を生成するのに、３つの光源が使用されたが、他の実施形態では、異なる色を持つ２又は３つ以上の光線を生成するのに、２又は３つ以上の光源が使用されることができる。更に、上記実施形態において、３つの光源は、青、緑及び赤色光線を放出するが、他の実施形態では、光源は、他の色を持つ光線を放出することができる。
【００４９】
上記実施形態において、生理的特性決定装置は、生理的特性としてパルスレートを決定するよう構成されるが、他の実施形態では、生理的特性決定装置は、２次元画像に基づき血液の酸化といった別の生理的特性を決定するよう構成されることができる。ここで、生理的特性決定装置が、血液の酸化を決定するよう構成される場合、赤及び緑色光を放出する少なくとも２つの光源が例えば使用される。
【００５０】
上記実施形態において、生理的特性決定装置は、手首で生理的特性を決定するため、人の手首に着用されるよう構成されるが、他の実施形態では、生理的特性決定装置は、指、腕、足、胸部等といった人の別の部分において生理的特性を決定するよう構成されることができる。
【００５１】
図面、開示及び添付された請求項の研究から、開示された実施形態に対する他の変形が、請求項に記載の本発明を実施する当業者により理解され、実行されることができる。
【００５２】
請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。
【００５３】
単一のユニット又はデバイスが、請求項に記載される２つ又はこれ以上のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【００５４】
生理的特性の決定、光源の制御等といった１つ又は複数のユニット又はデバイスにより実行される手順は、他の任意の数のユニット又はデバイスにより実行されることができる。これらの手順及び生理的特性決定方法による生理的特性決定装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実現されることができる。
【００５５】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納／配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
【００５６】
請求項における任意の参照符号は、発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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