(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムであって：
レンズと画像センサとを備え、モバイルフォンに含まれるカメラと、
前記カメラへの取付けのためにキャリア素子によって担持されるマーカーであって、第１の波長の光を透過するように構成される第１マーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２マーカーエリアを含み、前記第１及び第２マーカーエリアはそれぞれ、第１及び第２光学フィルタプレートを備え、該第１及び第２光学フィルタプレートは前記キャリア素子に取り付けられる、マーカーと、
前記マーカーを担持し、前記カメラに取り付けられるキャリア素子であって、該キャリア素子は、前記第１マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第１の部分に当たり、前記第２マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第２の部分に当たるように前記カメラに取り付けられ、前記画像センサは少なくとも、前記画像センサの前記第１の部分から得られる第１色信号と、前記画像センサの前記第２の部分から得られる第２色信号とを生成する、キャリア素子と、
前記画像センサによって生成された前記第１及び第２色信号から、前記対象者の前記バイタルサイン情報を決定する、分析ユニットと、
を備える、システム。
【請求項２】
前記キャリア素子は、該キャリア素子を前記カメラに取り付けるための取付け手段、好ましくは、ねじ山又はクランプを更に備える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１及び第２マーカーエリアは、光をブロックするように構成される第３マーカーエリアによって相互から分離される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
対象者のバイタルサイン情報を決定するために、カメラを含むモバイルフォンとともに使用されるシステムにおいて使用するためのマーカーであって、
第１の波長の光を透過するように構成され、第１光学フィルタプレートを備える第１マーカーエリアと、
第２の波長の光を透過するように構成され、第２光学フィルタプレートを備える第２マーカーエリアと、
を備え、当該マーカーはキャリア素子によって担持され、前記第１及び第２光学フィルタプレートが前記キャリア素子に取り付けられ、前記キャリア素子は、前記第１マーカーエリアを通して透過される光が前記カメラの画像センサの第１の部分に当たり、前記第２マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第２の部分に当たるように、前記カメラに取り付けられる、マーカー。
【請求項５】
前記第１及び第２マーカーエリアは、光をブロックするように構成される第３マーカーエリアによって相互から分離される、
請求項４に記載のマーカー。
【請求項６】
前記キャリア素子は、該キャリア素子の検出ユニットへの取付けを可能にするためのねじ山又はクランプを更に備える、
請求項４に記載のマーカー。
【請求項７】
対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムにおいて使用するためのデバイスであって、
レンズと画像センサとを備え、キャリア素子を介してマーカーが取り付けられるカメラであって、前記マーカーは、第１の波長の光を透過するように構成される第１マーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２マーカーエリアを有し、前記第１及び第２マーカーエリアはそれぞれ、第１及び第２光学フィルタプレートを備え、該第１及び第２光学フィルタプレートは前記キャリア素子に取り付けられ、前記キャリア素子は前記第１マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第１の部分に当たり、前記第２マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第２の部分に当たるように、前記カメラに取り付けられ、前記画像センサは、前記画像センサの前記第１の部分から得られる第１色信号と、前記画像センサの前記第２の部分から得られる第２色信号とを生成する、カメラと、
前記画像センサによって生成された前記第１及び第２色信号から、前記対象者の前記バイタルサイン情報を決定する、分析ユニットと、
を備える、デバイス。
【請求項８】
当該デバイスは、モバイルフォンを備える、
請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
対象者のバイタルサイン情報を決定する方法において、
モバイルフォン内に含まれるカメラであって、キャリア素子を介してマーカーが取り付けられるカメラによって、前記マーカーのうち、第１の波長の光を透過するように構成される第１マーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２マーカーエリアとから受け取られる放射線を検出するステップであって、前記第１及び第２マーカーエリアはそれぞれ、第１及び第２光学フィルタプレートを備え、該第１及び第２光学フィルタプレートは前記キャリア素子に取り付けられ、前記カメラは、レンズと画像センサとを備え、前記キャリア素子は、前記第１マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第１の部分に当たり、前記第２マーカーエリアを通して透過される光が前記画像センサの第２の部分に当たるように、前記カメラに取り付けられるステップと、
前記画像センサによって、前記画像センサの前記第１の部分から得られる第１色信号と、前記画像センサの前記第２の部分から得られる第２色信号とを生成するステップと、
前記画像センサによって生成された前記第１及び第２色信号から、前記対象者の前記バイタルサイン情報を決定するステップと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象者のバイタルサイン情報を決定するシステム及び方法に関する。特に、本発明は、観察される対象者のバイタルサインをリモートで決定するのに使用することができる、光学測定アプローチに関する。このコンテキストにおいて、光学測定は、フォトプレスチモグラフィ（ＰＰＧ：photo-plethysmography）、より具体的にはパルスオキシメトリを指すことがある。
【背景技術】
【０００２】
ヒトのバイタルサイン、例えば心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）、血中酸素飽和度は、ヒトの現在の状態のインジケータとして、そして重大な医療的事象の強力な予測材料として機能する。このため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者の治療の設定で、自宅において、あるいは更に健康、レジャー及びフィットネスの設定で広範囲にモニタされる。
【０００３】
バイタルサインを測定する１つの方法は、プレスチモグラフィである。プレスチモグラフィは一般的に、内臓又は身体部分の容積変化の測定を指し、特に、心拍毎に心血管の脈波が対象者の身体を通して伝わることに起因する、容積変化の検出を指す。
【０００４】
フォトプレスチモグラフィ（ＰＰＧ）は、関心対象のエリア又は容積の光反射又は光透過の時間的な変化（time-variant  change）を評価する光学測定技術である。ＰＰＧは、血液が光を吸収するため、これに対応して心拍毎の血液容積の変化が透過又は反射に影響する、という原理に基づく。心拍数に関する情報に加えて、ＰＰＧ波形は、呼吸等の更なる生理現象に起因する情報を備えることができる。異なる波長（典型的には、赤及び赤外）で透過率及び／又は反射率を評価することにより、血中酸素飽和度を決定することができる。
【０００５】
対象者の心拍数及び酸素飽和度を測定する従来のパルスオキシメータは、対象者の皮膚へ、例えば指先や耳たぶ又は額へ取り付けられる。したがって、これらは、「接触（contact）」ＰＰＧデバイスと呼ばれる。典型的なパルスオキシメータは、光源として赤色ＬＥＤ及び赤外ＬＥＤを備え、患者の組織を通して透過される光を検出するための１つのフォトダイオードを備える。市販のパルスオキシメータは、赤色波長での測定と赤外波長での測定との間を素早く切り替え、これにより、２つの異なる波長で組織の同じエリア又は同じ容積の透過率を測定する。これは、時分割多重化と呼ばれる。各波長における経時的な透過率は、赤色波長及び赤外波長のＰＰＧ波形を与える。例示のフォトプレスチモグラフデバイスは、特許文献１に開示されている。
【０００６】
接触ＰＰＧは、基本的に非侵襲性の技術と見なされるが、接触ＰＰＧ測定は、パルスオキシメータが対象者に直接取り付けられ、全てのケーブルが移動の自由を制限するので、しばしば不快なものとして体感される。
【０００７】
最近では、非影響測定（unobtrusive  measure）のために、非接触リモートＰＰＧデバイスが導入されてきている。リモートＰＰＧは、関心対象の対象者からリモートに配置される、光源又は一般的な放射線源を用いる。同様に、例えばカメラや写真検出器等の検出器も、関心対象の患者からリモートに配置することができる。したがって、リモートのフォトプレスチモグラフィシステム及びデバイスは、目立たないものと考えられ、医療上のものだけでなく非医療的な日常的な適用により適している。
【０００８】
非特許文献１は、異なる波長でのプレスチモグラフィ信号の測定に基づく、組織内の動脈血中酸素飽和度の非接触撮像のためのリモートシステムを開示している。このシステムは、モノクロのＣＭＯＳカメラと、３つの異なる波長のＬＥＤを用いる光源とを備える。カメラは、対象者の３つの動画を順次取得する。各動画の間、対象者は異なる波長の光源により照射される。脈拍数は、単一の波長の１つの動画から決定することができるが、酸素飽和度の決定には、異なる波長の少なくとも２つの動画が必要とされる。測定は、一度に１つの波長のみを使用して暗い部屋で行われる。患者は、異なる波長での後続の測定の間に動くことは許可されない。更なる問題は、暗闇での測定は、目立たない医療的及び非医療的な適用には実践的でないことである。
【０００９】
特許文献２は、光変調ユニットと光学検出ユニットと、信号処理ユニットとを備える、対象者の生理学的データを測定するためのデバイスを開示している。ロックイン技術に基づくフーリエ変換を使用して、生理学的信号を検出する。異なる光学波長における寄与を分離する基礎となる原理は、寄与の異なる光学波長を検出前に異なる搬送周波数で、変調することによるスペクトルの分離である。
【００１０】
非特許文献２は、動きアーチファクトクトの低減を伴うリモートのフォトプレスチモグラフィのためのフォトプレスチモグラフデバイスを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２０１２／００９９５３６号パンフレット
【特許文献２】中国特許出願公開第１０２，６９７，４８７号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Wieringa他著、「Contactless  Multiple  Wavelength  Photoplethysmographic  Imaging:  A  First  Step  Toward  "SpO2  Camera"  Technology」、Annals  of  Biomedical  Engineering、第３３、２００５年、ｐ．１０３４−１０４１
【非特許文献２】Giovanni  Cennini他著、「Heart  rate  monitoring  via  remote  photoplethysmography  with  motion  artifacts  reduction」、Optics  Express、vol..18、no.5、２０１０年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、対象者のバイタルサインを、目立たないように、かつ経済的に決定するための改善されたシステム及び方法を提供することである。環境光の条件下での動作のためのシステム及び方法を提供することは有利であろう。更に有利なことには、このシステム及び方法は、心拍数と酸素飽和度の並列測定、潜在的にはリアルタイム測定を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の態様では、対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムが提示され、このシステムは、
−  検出ユニットへの貼り付け（適用）のためのマーカーであって、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとを備える、マーカーと、
−  マーカーの第１のマーカーエリアから及び第２のマーカーエリアから受け取られる放射線を検出する、検出ユニットであって、当該検出ユニットは、レンズと画像センサとを備えるカメラであり、第１のマーカーエリアを通して透過される光が、画像センサの第１の部分に当たり、第２のマーカーエリアを通して透過される光が、画像センサの第２の部分に当たり、画像センサが、少なくとも２つの色信号を生成し、各色信号が前記画像センサの対応する部分から得られる、検出ユニットと、
−  第１のマーカーエリアから及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定する、分析ユニットと、
を備える。
【００１５】
本発明の更なる態様では、上記のシステムにおいて使用するためのマーカーが提示され、当該マーカーは、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとを備え、当該マーカーは、検出ユニットへの貼り付けのために適合され、検出ユニットはモバイルフォン内に含まれるカメラによって形成される。
【００１６】
本発明の更なる態様では、上記のシステムにおいて使用するためのデバイスが提示され、当該デバイスは、検出ユニットであって、該検出ユニットに貼り付けられるマーカーのうち、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとから受け取られる放射線を検出する、検出ユニットであって、当該検出ユニットは、レンズと画像センサとを備えるカメラであり、第１のマーカーエリアを通して透過される光が、画像センサの第１の部分に当たり、第２のマーカーエリアを通して透過される光が、画像センサの第２の部分に当たり、画像センサが、少なくとも２つの色信号を生成し、各色信号が前記画像センサの対応する部分から得られる、検出ユニットと、第１のマーカーエリアから及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定する、分析ユニットとを備える。
【００１７】
本発明の更なる態様では、対象者のバイタルサイン情報を決定する方法が提示され、当該方法は、
−  第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアから受け取られる放射線を検出するための検出ユニットに貼り付けられるマーカーのうち、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとから受け取られる放射線を検出するステップにおいて、
検出ユニットは、レンズと画像センサとを備えるカメラであり、第１のマーカーエリアを通して透過される光が画像センサの第１の部分に当たり、第２のマーカーエリアを通して透過される光が画像センサの第２の部分に当たり、画像センサが少なくとも２つの色信号を生成し、各色信号が画像センサの対応する部分から得られる、検出するステップと、
−  第１のマーカーエリアから及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定するステップと、
を備える。実施形態においては、当該方法は、マーカーを検出ユニットに貼り付けるステップを更に備える。
【００１８】
本発明の更に別の態様では、コンピュータプログラムが提供され、当該コンピュータプログラムはコンピュータ又はプロセッサにおいて実行されると、該コンピュータ又はプロセッサに、提案される方法のステップを実行させるプログラムコード手段を備える。さらに、プロセッサによって実行されると、本明細書において開示される方法のステップを実行させるコンピュータプログラム製品等を格納する、非一時的なコンピュータ読取可能記録媒体が提示される。
【００１９】
本発明の好適な実施形態は、従属請求項において定められる。特許請求に係るマーカー、デバイス、方法、コンピュータプログラム及び媒体は、特許請求に係るシステム及び従属請求項において定義されるものと同様及び／又は同一の好適な実施形態を有することを理解されたい。
【００２０】
本発明の文脈で使用されるとき、「バイタルサイン」という用語は、対象者の生理的パラメータ及び導出パラメータ（derivative  parameter）を指す。特に、「バイタルサイン」という用語は、心拍数（ＨＲ）（脈拍数と呼ばれることもある）、心拍数の変動（脈拍数の変動）、拍動の強さ、かん流、かん流のインジケータ、かん流の変動、トラウベ・へーリング・マイヤー波（Traube  Hering  Mayer  waves）、呼吸数、体温、血圧、酸素飽和度やグルコースレベルといった血液及び／又は組織内の物質の濃度を備える。
【００２１】
本発明の文脈で使用されるとき、「バイタルサイン情報」という用語は、上記のように定義されるような、１つ以上の測定されたバイタルサインを備える。さらに、「バイタルサイン情報」という用語は、波形トレースに対応する生理的パラメータを参照するデータ又は後続の分析に役立つ可能性がある経時的な生理的パラメータを参照するデータを備える。
【００２２】
本発明は、組織の同じエリア又は同じ容積を異なる波長で後に測定する代わりに、バイタルサイン情報を、並行又は同時に測定される異なる２つの波長の光を透過するように構成される、少なくとも２つのマーカーエリアを有するマーカーを用いて決定することができる、という考えに基づいている。言い換えると、発明者は、２つの波長で透過可能であり、かつ単一の画像センサの正面に取り付けられるマーカーを用いる異なる波長でのフォトプレスチモグラフィ測定から、バイタルサイン情報を決定することが可能であることを見つけた。環境光の条件下で測定を行うことができ、先行技術において提案されるような異なる波長での逐次的な狭帯域の照明を必要としないことに利点がある。
【００２３】
本発明の態様によると、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとを備えるマーカーが提案される。第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアは、したがって、バイタルサイン情報を決定するために、異なる波長の光を透過する空間的に別個のエリアを定義する。各マーカーエリアが、異なる波長の光を透過するように構成されるので、２つの異なる波長の光の比較に基づいて、物質の濃度を決定することができる。第１及び第２のマーカーエリアを有するマーカーの使用は、単一の検出ユニットが、低いシステムコストのために役立つ、必要な情報を全て取得することができるという利点を有する。
【００２４】
任意選択として、マーカーは、第１のマーカーエリアと第２のマーカーエリアとを分離する更なるマーカーエリアを備え、この更なるマーカーエリアは、更なる波長の光をブロックするように構成される。関心対象の波長は、赤外波長及び紫外波長を含め、電磁気放射線の非可視の波長も備える。
【００２５】
本明細書で使用されるとき、「波長」という用語は、波長の帯域又は波長の一部も指す。限られたスペクトル幅を有するスペクトル範囲として理解されよう。例えば光学フィルタについて、波長という用語は、フィルタの通過帯域（pass  band）を指す。したがって、波長という用語は、１つの単一波長に限定されず、例えば中心波長の周囲の数ナノメータ又は数十ナノメータという波長範囲にも使用される。さらに、フィルタの文脈では、波長という用語は、１つの同じフィルタ素子の複数の不連続なスペクトル範囲を指す可能性もある。
【００２６】
本明細書で使用されるとき、「検出ユニット」という用語は、電磁気放射線を検出するデバイスを指す。これは、第１のマーカーエリアから及び第２のマーカーエリアから受け取った放射線を検出するように構成される。好適な実施形態では、検出ユニットは、ＣＣＤやＣＭＯＳ画像センサといった、光感知ピクセルアレイを備える画像センサを有するカメラである。検出ユニットの出力は放射線データと呼ばれる。例えば放射線データは、経時的な一連の画像、従ってビデオストリームである。カメラは、モノクロカメラであっても、カラーカメラであってもよい。カラーカメラのＲＧＢセンサは、赤、緑及び青のカラーチャネル用のフィルタを有するカラーフィルタアレイを備える。ＲＧＢカラーカメラを使用するとき、システムの全体的なフィルタ特性は、マーカーエリアの透過特性と、カメラのカラーチャネルのフィルタ特性との双方を含む。実施形態においては、検出ユニットは、モバイルフォン内に含まれるカメラによって形成される。
【００２７】
第１又は第２のマーカーエリアから受け取られる放射線は、典型的に２つのコンポーネントを備える。第１に、受け取った放射線は、皮膚の表面で反射された光、すなわち、組織内に入り込まず、組織内の光吸収に関する情報を持たない光を備える。第２に、受け取った放射線は、皮膚内に入り込み、そして組織の内部から反射される光を備える。受け取った放射線のこの第２の部分は、組織内における光の時間変化する吸収及び／又は透過に起因する、時間変化する強度（time-variant  intensity）を有する。生体組織に対する光の相互作用は複雑であり、（多重）散乱、後方散乱、吸収、透過及び（乱）反射の光学的処理を含む。この文脈において使用されるとき、「反射」という用語は、スペクトル反射に限定されるよう解釈されるべきではなく、組織に対する光の相互作用の上記のタイプ及びその任意の組合せを含む。
【００２８】
任意選択により、システムは更に、個々の波長での十分な光が利用可能であることを確実にするために、上記の第１の波長及び／又は第２の波長での光の放射のための光源を備える。さらに、任意選択により、システムは、検出ユニットを最適な動作ポイントで動作させることができるように、特に例えばノイズあるいは飽和効果が測定を妨げないように、光パワーを制御する制御ユニットを備える。しかしながら、好適な実施形態では、システムは環境光のみを使用する。
【００２９】
分析ユニットは、第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定するように構成される。分析ユニットは、検出ユニットから放射線データを受け取る。対象者の心拍数を決定するためには、単一のマーカーエリアから、あるいはマーカーエリアの外側の素肌からも受け取られる、時間変化する放射線を評価すれば十分である。しかしながら、物質の濃度を決定するためには、例えば血中酸素飽和度やグルコースレベルを決定するためには、上述のように、異なる波長の放射線の分析が必要とされる。分析ユニットは、２つの空間的に別個のマーカーエリアからの時間変化する信号を評価し、これにより、２つの異なる波長を並行に評価する。例えば第１のマーカーエリアから受け取った光は、検出ユニットの一部である画像センサの第１のピクセル群の上に落ち、第２のマーカーエリアからの光は、画像センサの第２のピクセル群の上に落ちる。より良好な信号対ノイズ比のために、１つのグループの複数ピクセルの信号を組み合わせることができる。
【００３０】
更なる実施形態において、本発明に係るシステムは、マーカーを担持するためのキャリア素子（carrier  element）を更に備える。キャリア素子は少なくとも、第１のマーカーエリアに適合する第１の領域と、第２のマーカーエリアに適合する第２の領域とを特徴とする。一般に、キャリア素子は、マーカーに機械的な支持を提供し、かつ、検出ユニットの画像センサが第１及び第２の波長の光を受け取るよう、ねじ山や接着剤若しくはクランプにより検出ユニットに取り付けることができる素子、と考えることができる。
【００３１】
更に別の実施形態において、第１のマーカーエリア及び／又は第２のマーカーエリアは、キャリア素子に取り付けられる光学フィルタプレートを備える。光学フィルタプレートは、確実に所望の波長又は波長の帯域の光のみが透過されるようにする。フィルタプレートのタイプには、吸収フィルタ並びに誘電フィルタが含まれる。有利には、キャリア素子は２つの開口を備え、２つの光学フィルタプレートがこれらの開口内に配置される。各開口は、ウィンドウ又は光学ウィンドウとも呼ばれる。光学ウィンドウの外側では、キャリア素子は光をブロックするか減衰させる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明のこれら及び他の態様は、後述の実施形態から明らかになり、これらの実施形態との関連で解明されるであろう。図面は次の通りである。
【図１】対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムの例を示す図である。
【図２】本発明に従って、対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムの例示の実施形態を示す図である。
【図３】本発明に係るシステムによる対象者のバイタルサイン情報の決定を示す図である。
【図４】検出ユニットに取り付けるマーカーの第１の例を示す図である。
【図５】本発明に係るシステムによる対象者のバイタルサイン情報の決定を更に示す図である。
【図６】マーカーの第１の例を示す図である。
【図７】対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムの第２の実施形態を示す図である。
【図８】対象者のバイタルサイン情報を決定するための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、対象者１００のバイタルサイン情報７を決定するためのシステム１を示している。システム１は、基本的なコンポーネントとして、対象者１００の皮膚への貼り付け（application）のためのマーカー１０’と、検出ユニット２と、分析ユニット６とを備える。この例において、対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムは、対象者１００がベッド１０３に横たわるという臨床設定において用いられる。マーカー１０’は更に、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリア１１’と、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリア１２’とを備える。検出ユニット２は、マーカー１０’の第１のマーカーエリア１１’及び第２のマーカーエリア１２’から受け取った放射線を検出するよう適合される。この例において、検出ユニット２はオプションの画像処理ユニット４に接続される。検出ユニット２は、検出された放射線を表す放射線データ３を、ビデオストリームの形式で画像処理ユニット４に提供する。画像処理ユニット４は、放射線データ３内の第１のマーカーエリア１１と第２のマーカーエリア１２を識別する。画像処理ユニット４は続いて分析ユニット６に接続される。画像処理ユニット４は、事前処理された放射線データ５を分析ユニット６に提供する。事前処理された放射線データ５は、この例では、放射線データ３のビデオストリームの画像のどの領域が、第１のマーカーエリア１１及び第２のマーカーエリア１２を示すかに関する情報を備える。分析ユニット６が、続いて、第１のマーカーエリア１１及び第２のマーカーエリア１２における時間変化する強度から、対象者のバイタルサイン情報７を決定する。この例において、バイタルサイン情報は心拍数と血中酸素飽和度を備える。
【００３４】
発明者の見識によると、マーカーは、患者の皮膚１０２によって反射される光が、第１及び第２のマーカーエリアを通過した後、検出ユニット内に含まれる画像センサによって受け取られるように、検出ユニット２に貼り付けられてもよい。好ましくは、第１及び第２のマーカーエリアを有するマーカーは、第１のピクセル群が第１のマーカーエリアによってフィルタされた反射光を受け取り、第２のピクセル群が第２のマーカーエリアによってフィルタされた反射光を受け取るように、画像センサの近くに配置される。
【００３５】
本発明は、２つ以上の光学フィルタを有するマーカーを、（図１に示されるような）皮膚から、生物の（バイタルサインとも呼ばれる）生体測定信号を生成するカメラ２へ移す、というアイディアに基づく。従来のカメラでは主に可視光（何らかの赤外光を含む）が、例えばＲＧＢセンサやモノクロセンサのような画像センサによって感知されるが、本発明によると、対応する１組の所定の波長について、入射する可視光を透過する１組のフィルタを使用し、これにより、画像センサの複数のピクセル群が、その１組の所定の波長のうちの１つの所定の波長を受け取ることが提案される。言い換えると、カメラのスペクトル特性は、第１の波長（例えば６６０ｎｍ）の光のみが第１の光学フィルタを通過して画像センサの第１の部分に当たり、第２の光学フィルタを通過する第２の波長（例えば９９０ｎｍ）の光が画像センサの第２の部分に当たるように、入射する可視光をブロックするマーカーをカメラの光学経路に配置することにより、変調される。画像センサは、少なくとも２つの異なる色信号を生成し、この各色信号は、画像センサの対応する部分から得られる。これらの色信号は、受け取った反射光から生体測定信号を抽出するように更に処理される。この結果として、生体測定信号の検出、例えばSpO2のモニタリングに適した、高価ではなく、むしろ単純なカメラが得られる。
【００３６】
図２は、本発明に従って、対象者１００のバイタルサイン情報７を決定するシステム１の例示の実施形態を示しており、この実施形態では、マーカーが、患者の皮膚から移動されて、検出ユニットの受信端部に貼り付けられている。システム１は、基本的なコンポーネントとして、検出ユニット２への貼り付けのためのマーカー１０と、検出ユニット２と、分析ユニット６とを備える。この例において、対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムは、対象者１００がベッド１０３に横たわるという臨床設定において用いられる。マーカー１０は更に、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリア１１と、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリア１２とを備える。検出ユニット２は、マーカー１０の第１のマーカーエリア１１及び第２のマーカーエリア１２から受け取った放射線を検出するよう適合される。この例において、検出ユニット２はオプションの画像処理ユニット４に接続される。検出ユニット２は、検出された放射線を表す放射線データ３を、ビデオストリームの形式で画像処理ユニット４に提供する。画像処理ユニット４は、放射線データ３内の第１のピクセル群及び第２のピクセル群から取得されるデータを識別する。画像処理ユニット４は続いて分析ユニット６に接続される。画像処理ユニット４は、事前処理された放射線データ５を分析ユニット６に提供する。事前処理された放射線データ５は、この例では、放射線データ３のビデオストリームの画像のどのピクセル群が、第１のピクセル群及び第２のピクセル群を示すかに関する情報を備える。分析ユニット６は、続いて、第１のマーカーエリア１１を通過する反射光から得られる第１のピクセル群と、第２のマーカーエリア１２を通過する反射光から得られる第２のピクセル群とにおける時間変化する強度から、対象者のバイタルサイン情報７を決定する。この例において、バイタルサイン情報は心拍数と血中酸素飽和度を備える。
【００３７】
第１のマーカーエリア１１及び第２のマーカーエリア１２を識別する画像処理ユニット４を、分析ユニット６内の組み込むこともできる。あるいは、放射線データ３は分析ユニット６に直接提供される。
【００３８】
図示される例では、マーカー１０は、検出ユニットの画像センサによって受け取られる光が、第１及び第２のマーカーエリアを通過するように、検出ユニット２に直接貼り付けられる。
【００３９】
このシーンは、太陽光７ａや人工光源７ｂといった放射線源によって照らされる。放射線源７ａ、７ｂは、対象者１００に向けて直接又は間接的に放射線８ａ、８ｂを放射する。加えて、あるいは代替として、システム１は、対象者１００に向けて光８ｃを放射するオプションのシステム光源７ｃも備えることができる。システム光源７ｃの使用は、環境光源７ａ、７ｂが十分な光を提供しない場合、あるいは環境光源７ａ、７ｂのスペクトルが第１の波長及び第２の波長において十分な電力を提供しない場合に特に有利である。
【００４０】
オプションの制御ユニット９は、検出ユニット２の感度を制御し、かつ／又はシステム光源７ｃの電力を制御するように適合される。検出ユニット２として使用される検出器又は画像センサの動的な範囲は限られているので、観察されるシーンにおける光の状況に従って、シャッターと電子的オフセットを調整する必要があることがある。システム光源７ｃは、検出ユニット２の画像センサの最適動作ポイントを設定する制御ループの一部であってよい。このコンテキストにおいて、最適とは、少なくとも検出器又は第１及び／若しくは第２のマーカーエリアに対応する画像センサエリアについて、信号のクリッピングを必要としない出力信号、画像センサの個々の検出器が飽和していないこと、そして良好な信号対雑音比であることを指す。
【００４１】
図３、図４及び図５は、本発明に係るシステム１による対象者のバイタルサイン情報の決定を図示している。図３は、光源２１、検出ユニット２２及びマーカーを示し、マーカーは、正面からは図４に、側面からは図５に詳細に示されており、第１のマーカーエリア１１と第２のマーカーエリア１２とを有している。マーカーは、検出ユニット２２に、例えばレンズ１３の正面に貼り付けられる。検出ユニットは、レンズと、図５に示される画像センサ１４とを備える。組織は、血管１０５を備える。
【００４２】
この実施形態において、光源２１は、少なくとも第１の波長λ1及び第２の波長λ2の光を放射する。第１のマーカーエリア１１は、第１の波長の光を透過するように構成され、この第１の波長は、光源２１の第１の波長に対応する。第２のマーカーエリア１２は、第２の波長の光を透過するように構成され、この第２の波長は、光源２１の第２の波長に対応する。図３は、第１の波長の光線Ａと第２の波長の光線Ｄをスケッチしている。第１のマーカーエリア１１は、第１の波長の光を透過するように構成されるので、光線Ａは、対象者１００の皮膚１０４に入り込む。光の一部は皮膚１０４内に吸収されるが、光の一部は、組織で反射されるか散乱されて、検出ユニットに到達する。吸収及び／又は反射特性は時間変化し、その血管１０５による組織１０４の時間変化するかん流を表す。
【００４３】
検出ユニット２２は、受信光学、例えば受信レンズ１３と、画像センサ１４を形成するフォト検出器又はピクセルのアレイ２５とを備える。第１のマーカーエリア１１から受け取った光は、第１のピクセル群又はピクセルアレイ２６上に画像化される。これに対応して、第２のマーカーエリア１２から受け取った光は、第２のピクセル群２７上に画像化される。マーカーは更に、第３のマーカーエリア２４を有してもよい。図４及び図５を参照されたい。第３のマーカーエリア２４は、画像センサ１４が感知する全ての波長をブロックするか減衰させる。ピクセルアレイ２５は更に、第１及び第２のピクセル群を分離する第３のピクセル群２３を備える。
【００４４】
組織内１０４の光の吸収は時間変化するので、検出ユニット２２の画像センサに影響を与える光の強度も時間変化する。ピクセル２６のエリアにおいて時間変化する強度は、曲線２８によって示される。ピクセル群２７に影響を与える時間変化する強度は、曲線２９によって示される。
【００４５】
第１のマーカーエリア１１は、第１の波長の光のみを透過するように構成されるので、第２の波長の光は第１のマーカーエリア１１を通過せず、第２のピクセル群又はピクセルアレイに画像化されない。同様に、第２のマーカーエリア１２は、第２の波長の光のみを透過するように構成されるので、第１の波長の光は第２のマーカーエリア１２を通過せず、第１のピクセル群又はピクセルアレイに画像化されない。それでもなお、マーカー１０とレンズ１３との間の距離に起因して、第１の波長の光の一部が第２のピクセル群２７に到達する可能性があり、そして第２の波長の光の一部が第１のピクセル群２６に到達する可能性があるので、結果として一部が混合することがある。そのような混合を防ぐために、第１のマーカーエリア１１と第２のマーカーエリア１２は、第１及び第２の波長をブロックする第３のマーカーエリア２４によって相互から分離される。さらに、第１のピクセル群が、好ましくは、第３のピクセル群２３によって第２のピクセル群から分離される。曲線２８によって示される強度の変調は、第１の波長での組織１０４内の時間変化する反応に起因する。曲線２９によって示される強度の変調は、第２の波長での組織１０４内の時間変化する反応に起因する。
【００４６】
対象者の心拍数を、曲線２８又は曲線２９の一方における時間変化する強度から直接決定することができる。しかしながら、フォトプレスチモグラフィにより血中酸素飽和度を決定するためには、以下で例示として説明されるように、少なくとも２つの波長が必要とされる。
【００４７】
接触パルスオキシメータは、典型的に、赤（Ｒ）及び赤外（ＩＲ）（あるいはより正確には、多くの場合は赤外近くの）光を、関心対象の対象者の維管束組織を通して透過する。それぞれの光の部分（Ｒ／ＩＲ）を、交互に（高速切り替えにより）透過し、検出することができる。それぞれのスペクトル部分が、酸素化ヘモグロビン（HbO2）及び還元ヘモグロビン（Hb）によって別々に吸収されるとすると、血中酸素飽和度を等しく処理することができる。酸素飽和度（SO2）予測アルゴリズムは、赤色部分及び赤外部分に関連する信号比を使用することができる。さらに、このアルゴリズムは、非パルス（非拍動）信号コンポーネントを考慮することができる。典型的に、ＰＰＧ信号は、図５に概略的に図示されるように、ＤＣコンポーネントと、比較的小さな拍動のＡＣコンポーネントとを備える。さらに、SO2予測は、一般に、処理された値に適用される、経験的に導出される較正係数を必要とする。典型的に、較正係数（又は較正曲線）は、侵襲的な血中酸素飽和度測定を要する基準測定に対して決定される。ＰＰＧデバイスは基本的に、血中酸素飽和度値へ転換されなければならない、（スペクトルの）信号部分の比を検出するので、較正係数が必要とされる。上記の比は、典型的にはHbO2とHbの比を含む。本発明を限定するようには意図されないが、例えば血中酸素飽和度予測は、以下の一般式に基づくことができる。
【００４８】
【数１】
0006525890.tif 000002
ここで、ＰＰＧデバイスは単に、少なくとも２つの波長のスペクトル応答からHbO2とHbを仲介として検出する。
【００４９】
一般的に、測定された強度曲線２８、２９は特徴信号として、かなりの程度一定の（considerably  constant）（ＤＣ）部分と、このＤＣ部分を重ね合せる交流（alternating）（ＡＣ）部分とを含むように考えられる。信号処理手段を適用して、ＡＣ部分を抽出し、更には外乱（disturbance）を補償することができる。例えば特徴信号のＡＣ部分は、対象者１００の血管の活動、特に心拍数を非常に良く示すことができる優位周波数を備えることができる。また、特徴信号、特にＡＣ部分は、更なるバイタルパラメータを示すことができる。これに関連して、動脈血中酸素飽和度の検出は重要な利用分野である。上記のように、基本的に、動脈血中酸素飽和度を表す値は、別個のスペクトル部分における特徴信号のＡＣ部分の挙動を考慮して計算され得る。言い換えると、動脈血中酸素飽和度の程度は、血管における異なる放射線吸収に反映され得る。さらに、酸素化の程度に起因する吸収における差異も、異なるスぺクトル部分にわたって著しく変わるという事実を使用することができる。さらに、信号のＤＣ部分も血中酸素飽和度の検出に用いることができる。典型的に、ＤＣコンポーネントは、組織、静脈血及び非拍動動脈血の全体的な光吸収を表す。対照的に、ＡＣコンポーネントは、拍動動脈血の吸収を表し得る。したがって、動脈血中酸素飽和度（SaO2）の決定は、
【００５０】
【数２】
0006525890.tif 000003
と表すことができる。ここで、Ｃは、較正パラメータである。Ｃは、ＡＣ／ＤＣ関係に適用可能な多様な較正パラメータを表してよく、したがって、式（２）の厳格な代数的意味で解釈されるべきではない。Ｃは、例えば一定の定数値、１組の一定の定数又は調整可能な較正パラメータを表してよい。例として、別の例のSaO2導出モデルは、
【００５１】
【数３】
0006525890.tif 000004
と表すことができる。ここで、Ｃ１及びＣ２は、線形近似の較正パラメータと考えることができる。例示の実施形態において、信号の較正パラメータの決定は、パラメータＣ１を調整又は適合することを対象とすることができる。さらに、代替として、SaO2導出は、デバイス１内に配置される（又はデバイス１によりアクセス可能な）値テーブルに基づくものであってもよい。値テーブル（又はデータベース）は、検出されるＰＰＧ信号と所望の較正パラメータとの間の関係の離散的表現を提供し得る。また、この場合において、適合可能な較正パラメータを適用して、バイタルパラメータの決定の精度を高めることができる。
【００５２】
式（２）及び式（３）は主として例示の目的で提示されていることを理解されたい。これらの式は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。実際、当業者は、更に適切なSaO2導出モデルを決定及び確立し得る。検出される物質に応じて、代替的な波長の組合せ、例えば緑と赤の組合せを使用することができる。SaO2の測定について詳細に説明してきたが、これは、血液及び／又は組織内の物質の濃度を測定するという一般的な概念についての例として理解されよう。
【００５３】
マーカーは任意のジオメトリを有してよく、またマーカーエリアが異なる形状を有してもよい。図６は、本発明に従って対象者のバイタルサイン情報を決定するシステム１で使用するためのマーカーのより詳細な実施形態を示す。マーカー１０は、各マーカーエリアが異なる波長で光を透過するように構成されるマーカーエリア１１、１２と、キャリア素子３１によって形成される（画像センサによって検出可能な波長のための）不透明のマーカーエリア２４を特徴としている。キャリア素子３１は、その素子を有するマーカー１０を担持し、機械的安定性を提供する。この実施形態において、キャリア素子３１は更に、マーカー１０を検出ユニットに取り付けるのを可能にする、ねじ山、クランプ、ストラップ又は接着剤といった取付け手段を備える。キャリア素子は、光を透過せず、マーカーエリア１１、１２の位置における開口又はウィンドウを特徴付ける部材から作成される。
【００５４】
ウィンドウ１１、１２のそれぞれに、光学フィルタプレート５６、５７が配置され、ここで、フィルタプレート５６は第１の波長の光を透過するように構成され、フィルタプレート５７は第２の波長の光を透過するように構成される。例えば第１のマーカーエリア１１は赤外光を透過するように構成され、第２のマーカーエリア１２は赤色光を透過するように構成される。図６に示されるマーカー１０の実施形態の第１及び第２のマーカーエリア１１、１２の光学ウィンドウは、予測される信号強度に応じて最適化される。例えば第１の要求波長、例えば緑の信号は、第２の要求波長、例えば赤の信号より強い。したがって、双方の波長において同様の信号強度を達成するよう、第２のマーカーエリア１２の全体が第１のマーカーエリア１１の全体に対して増大される。
【００５５】
図７は、上述のマーカー３０が取り付けられたモバイルフォン又はスマートフォン１０１を備える、対象者のバイタルサイン情報を決定するためのシステムの更なる実施形態を示す。モバイルフォン１０１は、マーカーの第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアから受け取った放射線を検出するための検出ユニット２２を備える。検出ユニット２２は、レンズと画像センサチップとを備える。モバイルフォンは更に、第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から対象者のバイタルサイン情報を決定するための分析ユニットを含む、プロセッサを備える。更なる実施形態では、対象者のバイタルサイン情報を決定するシステムは、眼鏡に含まれる。
【００５６】
図８は、対象者のバイタルサイン情報を決定するための方法を図示しており、この方法は：
−  第１のフィルタエリア及び第２のフィルタエリアから受け取った放射線を検出するための検出ユニットに貼り付けられるマーカーのうち、第１の波長の光を透過するように構成される第１のマーカーエリアと、第２の波長の光を透過するように構成される第２のマーカーエリアとから受け取った放射線を検出する、第１のステップＳ１と；
−  第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定する、第２のステップＳ２と；
を含む。本方法は、プログラムコードで実装されてよい。プログラムコードは、モバイルフォン１０１内に含まれるプロセッサにおいて実行されると、該プロセッサに、第１のマーカーエリア及び第２のマーカーエリアからの検出された放射線から、対象者のバイタルサイン情報を決定する分析ユニットの機能を実行させることになる。本方法の更なる実施形態では、第１のステップに先行して、ステップＳ０において、マーカーが検出ユニットに貼り付けられる。
【００５７】
例として、本発明を、例えば目立たないリモートの患者モニタリング、一般的な監視（general  surveillance）、セキュリティモニタリング及びフィットネス装置のような、いわゆるライフスタイル環境等といった、ヘルスケアの分野に適用することができる。適用法には、酸素飽和度（パルスオキシメトリ）のモニタリング、心拍数、血圧、心拍出量、血液かん流の変化、自律機能の評価及び末梢血管疾患の検出が含まれる。
【００５８】
本発明を図面及び前述の説明において詳細に図示し、説明してきたが、このような図及び説明は、具体例又は例示として解釈されるべきであって制限的なものではなく、本発明は、開示される実施形態に限定されない。特許請求に係る発明を実施する際に、図面、本開示及び添付の請求項の教示から、開示される実施形態に対する他の変形が当業者により理解され、達成される可能性がある。
【００５９】
特許請求の範囲において、「備える（comprising）」という用語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞「ある、１つの（a,  an）」は複数を排除しない。単一の要素又は他のユニットが特許請求の範囲に記載される幾つかのアイテムの機能を満たすことがある。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有意に用いることができないことを示すものではない。
【００６０】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として光記憶媒体や半導体媒体のような、適切な非一時的媒体上に格納／分散させてよいが、インターネットや他の有線若しくは無線の電話通信システムといった他の形式で分散させてもよい。
【００６１】
特許請求項における参照符号は、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】
0006525890.tif 000005
【図２】
0006525890.tif 000006
【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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