(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯脈拍測定装置であって、
人体組織を通る放射エネルギーを発するための少なくとも２つの発光源と、前記人体組織を通る伝搬の後の前記２つの発光源からの前記放射エネルギーの強度を検知するための、および前記伝搬を代表する入力信号を提供するための２つの光検知器とを備える照射構成であって、前記少なくとも２つの発光源は、脈拍数を決定するために緑色または青色光を発する第１の発光源および赤色または赤外光を発する第２の発光源を備える、照射構成と、
前記入力信号の処理に応答して脈拍数を決定するように構成される処理手段と、を備え、
前記照射構成の前記要素は、前記携帯脈拍測定装置において、第１の光検知器および第２の光検知器および前記第１の発光源は、実質的に第１の軸に沿って配置され、前記第１の発光源は、第１のおよび第２の光検知器の間に配置され、前記第１の発光源および前記第２の発光源は、前記第１の軸と異なる第２の軸に沿って配置され、そして、前記第１の発光源から前記２つの光検知器までの距離は互いに異なり、前記第２の発光源から前記２つの光検知器までの距離は互いに異なるような構成で配列され、
前記使用される波長および距離は、前記人体組織の多様な測定深さの測定を可能にして、血流に対する感応性および変化する条件における動きアーチファクトに対する不感応性を提供する、携帯脈拍測定装置。
【請求項２】
前記第１の発光源は緑色光を発し、前記第２の発光源は赤外光を発し、
前記第１の光検知器の中心と前記第１の発光源との間の距離は、２．０ｍｍと４．０ｍｍの間であり、
前記第２の光検知器の中心と前記第１の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間であり、
前記第１の光検知器の中心と前記第２の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間であり、
前記第２の光検知器の中心と前記第２の発光源との間の距離は、６．５ｍｍと８．５ｍｍとの間である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも２つの発光源から前記少なくとも１つの光検知器までの直接光の漏れを防ぐための防止手段をさらに備える、請求項１〜２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４】
前記処理手段は、
特定の発光源からの放射エネルギーを検知する特定の光検知器を備えるチャネルが、前記チャネルでの心拍数の読取りの信頼性の推定を示す第１の信頼性ファクタの閾値を超えるか否かを決定するように、そして、
前記第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記処理手段は、最大の信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記処理手段は、最小の電力消費を有するチャネルを選択するように構成される、請求項４または５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記処理手段は、選択されていない少なくとも１つのチャネルから操作電力を遮断するように構成される、請求項４〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記処理手段は、前記選択されたチャネルの信頼性ファクタが、前記第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、前記選択されたチャネルの前記発光源の光強度を低下させるように構成される、請求項４〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記処理手段は、前記選択されたチャネルの信頼性ファクタが、前記第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、前記選択されたチャネルの前記発光源の光強度を増大させるように構成される、請求項４〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記処理手段は、
チャネルの信頼性ファクタが、前記第１の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定するように、
先に前記操作電力が遮断された少なくとも１つのチャネルの電力をオンにするように、
１つまたは複数のチャネルの信頼性ファクタを再び決定するように、そして、
前記第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するか、または前記第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタおよび最小の電力消費量を有するチャネルを再選択するように構成される、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理手段は、
チャネルの信頼性ファクタが、第２の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定するように、そして、
前記チャネルから操作電力を遮断するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記信頼性ファクタは、
ＳＮＲ＝｜｜ＸＨＲ｜｜／｜｜ＸｎＨＲ｜｜
として計算され、ここで、ＸＨＲは脈動血流に関連する前記信号の部分であり、ＸｎＨＲは脈動血流に関連しない前記信号の部分であり、｜｜・｜｜は信号のノルム演算子である、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
携帯脈拍測定装置であって、
人体組織を通る放射エネルギーを発するための少なくとも２つの発光源と、前記人体組織を通る伝搬の後の前記放射エネルギーの強度を検知するための、および前記伝搬を代表する入力信号を提供するための少なくとも１つの光検知器とを備える照射構成であって、前記少なくとも２つの発光源は、脈拍数を決定するために緑色光を発する第１の発光源および赤外光を発する第２の発光源を備える、照射構成と、
前記入力信号の処理に応答して脈拍数を決定するように構成される処理手段と、を備え、
前記照射構成の前記要素は、前記携帯脈拍測定装置において、前記少なくとも２つの発光源は、前記少なくとも１つの光検知器に関して非対称に配置され、そして、
前記人体組織への光の浸透深さを最適化するために、前記第１の発光源から第１の光検知器までの距離と、前記第２の発光源から前記第１の光検知器までの距離とが、互いに異なるような構成で配列され、前記第１の光検知器の中心と前記第１の発光源との間の距離は、２．５ｍｍと４．５ｍｍとの間であり、前記第１の光検知器の中心と前記第２の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと７．０ｍｍとの間であり、
前記使用される波長および距離は、前記人体組織の多様な測定深さの測定を可能にし、そして、血流に対する感応性および変化する条件における動きアーチファクトに対する不感応性を提供する、携帯脈拍測定装置。
【請求項１４】
前記第１の光検知器の中心と前記第１の発光源との間の距離は、３．６ｍｍであり、前記第１の光検知器の中心と前記第２の発光源との間の距離は、６．０ｍｍである、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈拍測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な脈拍数検知システムが当該技術分野で知られている。脈拍数検知装置は、例えば、脈拍数を検知する圧電素子など、感圧変換器を使用する装置を備えている。
【０００３】
別の測定技術は、光電式容積脈波記録法と呼ばれるものである。光電式容積脈波記録法は、人体の至るところにある心臓血管脈波を測定する電気光学技術である。脈波は、動脈血液量の周期的拍動により起きるもので、脈波が誘導する、放射エネルギーの変化する光吸収により測定される。
【０００４】
測定システムは、通常、放射エネルギー源（例えば、赤外光源）と、人体組織を伝搬した後に放射エネルギーの強度を検知するための少なくとも１つの検知器と、脈拍数または血中酸素濃度など、人体パラメータを抽出するためのデータ処理手段とからなる。例えば、赤外光の使用は、一定の利点がある。赤外光は、血液および人体組織には相対的にほとんど吸収されず、したがって、血液量の変化が、相対的に低い放射エネルギーとの妥当なコントラストで観察される。さらに、他の光波長の使用も可能である。測定技術としての光電式容積脈波記録法の使用は、完全に非侵襲的で、例えば、指、爪、耳たぶ、鼻および手首など、血液が通うあらゆる組織に適用され得る。
【０００５】
光強度は、光源と光検知器との間の路長変化のため（体積変化のため）と、血液および液体を含む組織の光学密度の変化のため（例えば、動脈拍動のため）に、対象組織の体積の変化とともに変動する。血液の均質な層では、光強度は、光吸収のために、距離に応じて指数関数的に低下すると、ランベルト＝ベールの法則が示唆している。しかし、均質な組織は存在せず、このため、組織の正確な解剖学的構造と幾何形状にすべてが依存する光の散乱、屈折および反射などの光吸収要因に加え、測定信号に影響する。したがって、検知器に到達する放射エネルギーの総量は、検出器の位置および組織のあらゆる変形に感応する。
【０００６】
人体組織に特徴的なことは、光は組織内で非常に拡散することである。したがって、皮膚の表面上に置かれた検知器は、反射を測定できる。これら反射は、光が直面する組織の吸収が弱いかまたは高いかによって、様々に吸収される。血液量のいかなる変化も、容量の増大（または減少）がより多い（または少ない）吸収を引き起こすため、表面で検知器によって記録されることになる。照射された血流が脈動すると、それは、主に組織体積の総吸収係数を変化させるが、光路長をも変化させ、このため、心周期を通して光吸収を変える。非脈動の流体および組織は、光の調子を変えないが、一定した水準の吸収を有する（組織の体積に変動や他の変形がないと仮定して）。
【０００７】
吸収の結果は、脈動する血管床から反射されるどの光も、対象者の心臓のポンプ作用と比例し同期するＡＣ成分を含む。この変調する成分は、フォトプレチスモグラフィ信号として知られるものである。プレチスモグラフィ測定は、人体組織を通って伝えられる（透過型システム）または人体組織に反射される（反射型システム）放射エネルギーの強度を測定することで実現できる。
【０００８】
理論上では、脈拍数の測定は単純な測定であり、−少なくとも１つの検知器が、人体組織を介して受取られる放射エネルギーの強度を検知し、データ処理手段が、少なくとも１つの検知器から受取られた信号から、必要なパラメータを求めるのに使用される。実際には、状況はそれほど単純ではなく、特に対象者が動いている場合はそうである。動きは、放射エネルギー源と検知器との間で、組織の体積に変形を生じさせ、これが、検知器にて検知されるエネルギーの中に心臓のポンプ作用に関係のない変化を起こすであろう。これらの動きアーチファクトは、血流変化に起因する吸収の変化と比べ、典型的に多種多様となり得るものであり、したがって、処理手段によりこれらのアーチファクトを補償するための複雑な方法が提案されてきた。補償の可能な一解決法は、特許文献１に提示されている。
【０００９】
本技術に照らし、信号における動きアーチファクトの量を最小にし、血流に関連する信号の比率を最大にすることが有益である。これは、放射エネルギーが検知器に達する前に伝搬する組織体積が、血管系を流れる最大相対比率の有効な血液を含むようにし、さらに、他の組織体積、すなわち血液の脈動がより小さい組織については、最小量のみを含むように、測定の手はずを整えることで実現されよう。ただし、これには何らかの複雑な要因がある。
【００１０】
まず、人体組織の皮膚およびその他の諸層、例えば、表皮、真皮乳頭層、真皮網状層などの厚さは個人間で異なり、さらに皮膚の種々の空間的位置間で異なる。したがって、有効な血液を含む組織の厚さおよび皮膚表面からの深さは、個人個人でおよび／または皮膚上の種々の空間的位置で異なる。さらに、皮膚の種々の層の血流は異なる条件間で動的に変動するので、皮膚が冷たいときには、血液循環は皮膚表面近くで最小となり、一方、温かい皮膚では、血流は皮膚表面近くで活発になる。これらの側面が、信頼性のある測定を提供する上で挑戦的課題となっている。
【００１１】
加えて、携帯脈拍数測定装置は、ユーザにとって最も有益であるために、小さなサイズおよび長い電池寿命を有することが最適である。
【００１２】
以上に基づき、上記の諸側面および脈拍数測定に影響する変化の少なくともいくつかを考慮した信頼性のある脈拍数測定を提供し得る解決法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許ＥＰ第１２９７７８４Ａ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、携帯脈拍測定装置が提供される。本装置は、人体組織を通る放射エネルギーを発するための発光源と、人体組織を伝搬した後に放射エネルギーの強度を検知するためおよび前記伝搬を表す入力信号を提供するための光検知器とから選択された、少なくとも３つの要素を備えた照射構成を備え、照射構成は、少なくとも１つの発光源をおよび少なくとも１つの光検知器を備える。本装置は、入力信号の処理に応答して脈拍数を決定するよう構成された処理手段を備える。照射構成の諸要素は、携帯脈拍測定装置において、照射構成の発光源が照射構成の光検知器に対して非対称に配設される構成で、配置される。
【００１５】
一実施形態では、照射構成の諸発光源は、諸発光源から照射構成の諸光検知器までの諸距離が互いに異なるように配置される。
【００１６】
一実施形態では、照射構成は、同一の波長を発する少なくとも２つの発光源を備える。
【００１７】
一実施形態では、照射構成は、少なくとも２つの異なる波長を発する少なくとも２つの発光源を備える。
【００１８】
一実施形態では、照射構成は、２つの光検知器ならびに第１の発光源および第２の発光源を備える２つの発光源を備え、第１のおよび第２の発光源は、異なる波長を発する。一実施形態では、２つの光検知器および第１の発光源は、第１の軸に沿って配設され、第１の発光源は、第１の軸上の２つの光検知器の間に配設され、第１の発光源および第２の発光源は、第２の軸に沿って配設される。一実施形態では、第１の発光源から２つの光検知器までの距離は互いに異なり、第２の発光源から２つの光検知器までの距離は互いに異なる。一実施形態では、第１の発光源から２つの光検知器までの距離および第２の発光源から２つの光検知器までの距離は、人体組織における最適な測定範囲を提供するよう選択される。
【００１９】
一実施形態では、本装置はさらに、少なくとも２つの発光源から少なくとも１つの光検知器までの直接光の漏れを防ぐための防止手段を備える。
【００２０】
一実施形態では、第１の発光源は、より短い波長の可視光を発するよう構成され、第２の発光源は、より長い波長の可視光を発するように構成される。
【００２１】
一実施形態では、より短い波長の可視光は、緑色または青色光を含み、より長い波長の可視光は、赤外または赤色光を含む。
【００２２】
一実施形態では、処理手段は、特定の発光源からの放射エネルギーを検知する特定の光検知器を備えるチャネルが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるか否かを決定し、ただし信頼性ファクタは各チャネルでの心拍数の読取りの信頼性の推定を示すものとし、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される。
【００２３】
一実施形態では、処理手段は、最大の信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される。別の実施形態では、処理手段は、最小の電力消費を有するチャネルを選択するように構成される。
【００２４】
一実施形態では、処理手段は、選択されていない少なくとも１つの他のチャネルから操作電力を遮断するように構成される。
【００２５】
一実施形態では、処理手段は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を低下させるように構成される。
【００２６】
一実施形態では、処理手段は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を増大させるように構成される。
【００２７】
一実施形態では、処理手段は、チャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定し、先に操作電力が遮断された少なくとも１つのチャネルの電力をオンにし、各チャネルの信頼性ファクタを再び決定し、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するか、または第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタおよび最小の電力消費量を有するチャネルを再選択するように構成される。
【００２８】
一実施形態では、処理手段は、チャネルの信頼性ファクタが、第２の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定し、当該チャネルから操作電力を遮断するように構成される。
【００２９】
一実施形態では、信頼性ファクタは、ＳＮＲ＝｜｜ＸＨＲ｜｜／｜｜ＸｎＨＲ｜｜として計算され、ＸＨＲは信号の脈動血流に関連する比率であり、ＸｎＨＲは信号の脈動血流に関連しない比率であり、｜｜・｜｜は信号のノルム演算子である。一実施形態では、｜｜・｜｜は信号のべき乗演算子、または、信号の振幅演算子である。さらに、いくつかの他の可能なノルム演算子を使用してもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、携帯脈拍測定装置が提供される。本携帯脈拍測定装置は、人体組織を通る放射エネルギーを発する少なくとも２つの発光源と、人体組織を伝搬した後に放射エネルギーの強度を検知するためおよび伝搬を表す入力信号を提供するための少なくとも１つの光検知器とを備える照射構成であって、少なくとも２つの発光源は、脈拍数を決定するための第１の波長を発する第１の発光源および第２の波長を発する第２の発光源を備える照射構成と、入力信号の処理に応答して脈拍数を決定するよう構成された処理手段とを備え、照射構成の要素は、携帯脈拍測定装置において、第１の発光源から第１の光検知器までの距離と、第２の発光源から前記第１の光検知器までの距離とが互いに異なるような構成で配置され、第１のおよび第２の発光源から第１の光検知器までの距離ならびに第１のおよび第２の波長は、人体組織の多様な測定深さの測定を可能にするように、さらに血流に対する感応性および変化する状況における動きアーチファクトに対する不感応性を供給するように選択されている。
【００３１】
一実施形態では、照射構成は、同一の波長を発する少なくとも２つの発光源を備える。
【００３２】
一実施形態では、照射構成は、３つの発光源および第１の光検知器を備え、２つの発光源は、第１の光検知器から等距離に配置され、さらに実質上同一軸上で第１の光検知器の両側に相対して配置され、２つの発光源は、第１の波長を発し、３つ目の発光源は、第２の波長を発し、２つの発光源から第１の光検知器までの距離と、３つ目の発光源から第１の光検知器までの距離とは互いに異なる。
【００３３】
一実施形態では、第１の発光源は緑色光を発し、第２の発光源は赤外光を発し、第１の光検知器の中心と第１の発光源との間の距離は、２．５ｍｍと４．５ｍｍの間、好ましくは約３．６ｍｍであり、第１の光検知器の中心と第２の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと７．０ｍｍとの間、好ましくは約６．０ｍｍである。
【００３４】
一実施形態では、照射構成は２つの光検知器を備え、第１の光検知器、第２の光検知器および第１の発光源は、実質的に第１の軸に沿って配設され、第１の発光源は、第１のおよび第２の光検知器の間に配設され、第１の発光源および第２の発光源は、第１の軸と異なる第２の軸に沿って配設される。
【００３５】
一実施形態では、第１の発光源から２つの光検知器までの距離は互いに異なり、第２の発光源から２つの光検知器までの距離は互いに異なる。一実施形態では、第１の発光源は緑色光を発し、第２の発光源は赤外光を発し、第１の光検知器の中心と第１の発光源との間の距離は、２．０ｍｍと４．０ｍｍの間、好ましくは約３．０ｍｍであり、第２の光検知器の中心と第１の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間、好ましくは約５．０ｍｍであり、第１の光検知器の中心と第２の発光源との間の距離は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間、好ましくは約５．０ｍｍであり、第２の光検知器の中心と第２の発光源との間の距離は、６．５ｍｍと８．５ｍｍとの間、好ましくは約７．５ｍｍである。
【００３６】
一実施形態では、装置は、少なくとも２つの発光源から少なくとも１つの光検知器までの直接光の漏れを防ぐための防止手段をさらに備える。
【００３７】
一実施形態では、第１の発光源は、より短い波長の可視光を発するよう構成され、第２の発光源は、より短い波長の可視光よりも長い波長を有する光を発するように構成される。
【００３８】
一実施形態では、より短い波長の可視光は緑色または青色光を含み、より長い波長の光は赤外または赤色光を含む。
【００３９】
一実施形態では、処理手段は、特定の発光源からの放射エネルギーを検知する特定の光検知器を備えるチャネルが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるか否かを決定し、ただし信頼性ファクタはチャネルでの心拍数の読取りの信頼性の推定を示すものとし、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される。
【００４０】
一実施形態では、処理手段は、最大の信頼性ファクタを有するチャネルを選択するように構成される。
【００４１】
一実施形態では、処理手段は、最小の電力消費を有するチャネルを選択するように構成される。
【００４２】
一実施形態では、処理手段は、選択されていない少なくとも１つのチャネルから操作電力を遮断するように構成される。
【００４３】
一実施形態では、処理手段は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を低下させるように構成される。
【００４４】
一実施形態では、処理手段は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を増大させるように構成される。
【００４５】
一実施形態では、処理手段は、チャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定し、先に操作電力が遮断された少なくとも１つのチャネルの電力をオンにし、１つまたは複数のチャネルの信頼性ファクタを再び決定し、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するか、または第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタおよび最小の電力消費を有するチャネルを再選択するように構成される。
【００４６】
一実施形態では、処理手段は、チャネルの信頼性ファクタが、第２の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定し、チャネルから操作電力を遮断するように構成される。
【００４７】
一実施形態では、信頼性ファクタは、ＳＮＲ＝｜｜ＸＨＲ｜｜／｜｜ＸｎＨＲ｜｜として計算され、ＸＨＲは信号の脈動血流に関連する部分であり、ＸｎＨＲは信号の脈動血流に関連しない部分であり、｜｜・｜｜は信号のノルム演算子である。
【００４８】
本発明の別の態様によれば、上記に記載の態様のいずれか１つの携帯脈拍測定装置の入力信号を処理するための方法が提供される。本方法は、特定の発光源からの放射エネルギーを検知する特定の光検知器を備えるチャネルが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるか否かを決定する工程であって、信頼性ファクタはチャネルでの心拍数の読取りの信頼性の推定を示す、工程と、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するチャネルを選択する工程とを含む。
【００４９】
一実施形態では、方法は、最大の信頼性ファクタを有するチャネルを選択する工程を含む。
【００５０】
一実施形態では、方法は、最小の電力消費を有するチャネルを選択する工程を含む。
【００５１】
一実施形態では、方法は、選択されていない少なくとも１つのチャネルから操作電力を遮断する工程を含む。
【００５２】
一実施形態では、方法は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を低下させる工程を含む。
【００５３】
一実施形態では、方法は、選択されたチャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を超えるように、選択されたチャネルの発光源の光強度を増大させる工程を含む。
【００５４】
一実施形態では、方法は、チャネルの信頼性ファクタが、第１の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定する工程と、先に操作電力が遮断された少なくとも１つのチャネルの電力をオンにする工程と、各チャネルの信頼性ファクタを再び決定する工程と、第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタを有するか、または第１の信頼性ファクタの閾値を上回る信頼性ファクタおよび最小の電力消費を有するチャネルを再選択する工程とを含む。
【００５５】
一実施形態では、方法は、チャネルの信頼性ファクタが、第２の信頼性ファクタの閾値を下回ることを決定する工程と、チャネルから操作電力を遮断する工程とを含む。
【００５６】
本発明の別の態様によれば、プロセッサ上で実行されるときに、上記の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラムが提供される。コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体上で具体化されていてもよい。
【００５７】
本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の諸実施形態を例示し、本記載とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】本発明に係る携帯測定装置における測定構成の一実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｃ】本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｄ】本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。
【図１Ｅ】本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。
【図２Ａ】脈拍数測定における緑色および赤外光の使用を示し、例えば、図１Ａおよび図１Ｂで開示された測定構成の使用によるものを示す。
【図２Ｂ】脈拍数測定における緑色および赤外光の使用を示し、例えば、図１Ａおよび図１Ｂで開示された測定構成の使用によるものを示す。
【図２Ｃ】脈拍数測定における緑色および赤外光の使用を示し、例えば、図１Ａおよび図１Ｂで開示された測定構成の使用によるものを示す。
【図３】携帯脈拍測定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る脈拍測定装置の操作工程を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る脈拍測定装置が、２つの発光源および２つの光検知器を備えるときのチャネル論理を示す。
【図６】本発明の別の実施形態に係る脈拍測定装置が、２つの発光源および２つの光検知器を備えるときのチャネル論理を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
次に、本発明の実施形態の詳細を参照し、それらの例は添付の図面で説明する。
【００６０】
図１Ａは、本発明に係る携帯測定装置における測定構成の一実施形態を示すブロック図である。図１Ａに開示の測定構成は、第１の光検知器１００および第２の光検知器１０２を備える。光検知器は、例えば、反射光を検知することができるフォトディテクタである。測定構成はさらに、２つの発光源１０４、１０６を備える。一実施形態では、測定構成は、携帯測定装置の底面の上に配置されており、それは、例えば、装置が皮膚に密着する手首または身体の他の部位に保持される。
【００６１】
組織、例えば、皮膚を、光源、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）により照らす。図１Ａの構成では、第１の発光源１０４は赤外光を発し、第２の発光源１０６は緑色光を発する。光信号は、組織における光吸収の変化に応じた光検知器１００、１０２において検知される光強度の変動として導出される信号である。光強度の変化が起こり得るのは、組織の変形、例えば、動き、または脈動する血流に起因する、その領域での血液量の変化である。後者は心拍の検知に使用される。
【００６２】
人体組織の皮膚は、表皮、真皮乳頭層、真皮網状層、および下皮を含む複数の層から成る。皮膚の性質はさらに、個人および解剖学的位置により異なる。真皮乳頭層は、寒いと収縮する小さな血管系を含む。真皮網状層は、寒さへの感応性が少ない、より大きな血管系を含む。血液が測定される所望の測定深さは表皮にあり、通常は深さ約０．６から３ｍｍである。次の組織層は大部分が脂肪組織で、この脂肪組織からかなりの光量が反射する場合、脂肪組織は、動きに起因する変形に感応し、重要な血管系を含まないため、検知された信号にアーチファクトが加わる。
【００６３】
動きによる組織の変形によって、組織内の光反射路に大きな変化が生じ、組織を一定の光強度で照らすと、光検知器において観察される光強度が大きく変化する。この関係は光が進む組織の体積に依存し、すなわち、体積が大きくなるにつれ、動きに起因する変化が増大する。したがって、光検知器による検知信号におけるアーチファクトを最小にするために、照らす組織の体積を最小にすることが好ましい。
【００６４】
反射光電式容積脈波記録法では、光の組織への浸透深さは主に２つの係数に依存する。
１）光検知器１００、１０２と、発光源１０４、１０６との間の距離である。光検知器と発光源との間の距離をｄとすると、均質な組織への光の平均的な浸透深さは概ねｄ／２である。
２）光の波長は、短い波長（例えば、緑色または青色）が、赤外線および赤色などのより長い波長よりもかなり多く吸収されるように、組織の光吸収に影響を与える。緑色光の吸収係数は、赤外線または赤色光のものより１０倍または１００倍さえも高いかもしれない。光検知器での光レベルを同様とするためには、１０倍高い光強度が必要である。
【００６５】
したがって、図１Ａに開示の測定構成に従い、光の浸透深さは距離ｄを変動させることにより制御してもよい。別の実施形態では、距離ｄを変動させることに加え、さらに光波長を変動させてもよい。浅い浸透のためには、小さなｄおよびより短い波長を使用してもよく、一方、より深い浸透のためには、より大きなｄおよびより長い波長を使用してもよい。距離ｄまたは両方の係数（距離ｄおよび使用された諸波長）を独立に変動させることにより、非均質の組織における浸透深さをより最適化することが可能である。
【００６６】
図１Ａの実施形態では、第１の発光源１０４は赤外光を発し、第２の発光源１０６は緑色光を発する。さらに、距離ｄ１は約２．５ｍｍ、距離ｄ２は約４ｍｍ、距離ｄ３は約６ｍｍ、距離ｄ４は約４ｍｍである。このように、発光源１０４、１０６は、光検知器１００、１０２に対して、非対称に配設する。図１Ａの実施形態では、緑色および赤外光の使用を特に開示しているが、他の適切な諸波長、例えば、青色光および赤色光等を使用してもよい。光検知器１００および１０２ならびに発光源１０６の各中心は、実質的に単一の軸に沿って配設してよい。別の実施形態では、発光源１０６の中心点は、光検知器１００および１０２の各中心により決められる軸の下または上でもよい。
【００６７】
図１Ａに開示の測定構成は、組織の様々な深さからの脈拍数の測定を可能にする解決法を提供する。すなわち、心拍数の最良の検知結果を提供する測定深さの使用が可能となる。図１Ａに開示の測定構成は、さらに、リアルタイムまたは準リアルタイムで測定深さを変動させる可能性をも提供する。これは、測定構成が、選ぶことができる４つの異なる測定チャネル（発光源および光探知器の組み合わせ）を提供するからである。例えば、皮膚が冷たい状態では、皮膚近くでは最小の血流が起きる。したがって、より深い測定が適用される。皮膚が温かい状態では、皮膚近くでは血流は活発で、したがって、より小さな測定深さが適用される。
【００６８】
さらに、組織が皮膚を通る光で照らされると、皮膚、血液を含む組織、および脂肪組織による光の吸収（水と同様の吸収）が生じる。全体で、例えば、緑色光の吸収係数は、赤外線または赤色光のものより１０倍または１００倍さえも高いかもしれない。その結果、緑色光は組織において急速に減衰し、非常に小さな体積の組織のみが、光源に近いフォトディテクタで測定される光強度に影響を及ぼしている。したがって、皮膚表面に近い血液灌流が良好で、動きのアーチファクト（動きに起因する組織の体積変形に依存する）を最小にする必要がある場合には、緑色光は良い選択である。これは、例えば身体運動中が典型的である。ただし、吸収係数が高いために、光検知器に同様の平均光強度を得るのに必要な光強度は、緑色光の方が赤外線または赤色光よりも高くなり、したがって、緑色光の発光源の消費電力は、赤外光源の消費電力よりも多い。したがって、血液灌流が組織の表面ではなく深いところの場合、および／または動きのアーチファクトが小さく、十分な信号品質を得られる場合には、電池電力の節約および／またはより良好な信号品質を得るために、赤外線が好まれるかもしれない。さらに、実際には人体組織は均一ではない。そのため、かなりの発光量が主に脂肪から成る組織層に届いて、望まない反射を生じることがあり得る。緑色光は表皮を通る反射があまり良くないため、緑色光の使用で、この影響が最小になる。
【００６９】
図１Ａの一実施形態では、発光源１０６は緑色光を発し、発光源１０４は赤外光を発する。光検知器１０２の中心と発光源１０６との間の距離ｄ１は、２．０ｍｍと４．０ｍｍとの間であり、光検知器１００の中心と発光源１０６との間の距離ｄ４は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間である。光検知器１０２の中心と発光源１０４との間の距離ｄ２は、４．０ｍｍと６．０ｍｍとの間であり、光検知器１００の中心と発光源１０４との間の距離ｄ３は、６．５ｍｍと８．５ｍｍとの間である。さらなる実施形態では、光検知器１０２の中心と発光源１０６との間の距離ｄ１は、約３．０ｍｍであり、光検知器１００の中心と発光源１０６との間の距離ｄ４は、約５．０ｍｍである。光検知器１０２の中心と発光源１０４との間の距離ｄ２は、約５．２ｍｍであり、光検知器１００の中心と発光源１０４との間の距離ｄ３は、約７．５ｍｍである。
【００７０】
図１Ｂは、本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。図１Ａでは一対の光検知器および一対の発光源を開示したが、図１Ｂでは唯一の光検知器１１０を開示する。複数の発光源１１２、１１４、１１６、１１８が光検知器１１０の周りに配置してあり、そこで発光源１１２、１１４、１１６、１１８からの距離ｄ５、ｄ６、ｄ７、ｄ８は互いに異なる。このように、発光源１１２、１１４、１１６、１１８は、光検知器１１０に対して、非対称に配設する。発光源の数量も図１Ｂの開示より多くてもよく、あるいは図１Ｂの開示より少なくてもよい。発光源１１２、１１４、１１６、１１８は、すべてが同一の波長を伝えてもよく、例えば、赤色光、赤外光、青色光、または緑色光である。別の実施形態では、発光源１１２、１１４、１１６、１１８は、少なくとも２つの異なる波長を発する発光源を含む。
【００７１】
図１Ｃは、本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。測定構成は、１つの光検知器１２０および２つの発光源１２２、１２４を備える。発光源１２２、１２４から光検知器１２０までの距離ｄ９およびｄ１０は互いに異なる。このように、発光源１２２、１２４は光検知器１２０に対して、非対称に配設する。図１Ｃの一実施形態では、発光源１２４は緑色光を発し、発光源１２２は赤外光を発し、光検知器１２０の中心と発光源１２４との間の距離ｄ１０は、２．５ｍｍと４．５ｍｍとの間であり、光検知器１２０の中心と発光源１２２との間の距離ｄ９は、４．０ｍｍと７．０ｍｍとの間である。さらなる実施形態では、光検知器１２０の中心と発光源１２４との間の距離ｄ１０、は約３．６ｍｍであり、光検知器１２０の中心と発光源１２２との間の距離ｄ９は、約６．０ｍｍである。
【００７２】
図１Ｄは、本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。測定構成は、２つの光検知器１２６、１２８および発光源１３０を備える。発光源１３０から２つの光検知器１２６、１２８までの距離ｄ１１およびｄ１２は互いに異なる。このように、発光源１３０は光検知器１２６、１２８に対して、非対称に配設する。図１Ｅは、本発明に係る携帯測定装置における測定構成の別の実施形態を示すブロック図である。本構成は、１つの光検知器１３８ならびに３つの発光源１３２、１３４、および１３６を備える。発光源１３２、１３４から光検知器１３８までの距離ｄ１３は同一または実質的に同一である。発光源１３６から光検知器１３８までの距離ｄ１４は距離ｄ１３と異なる。本実施形態では、発光源１３２および１３４は第１の波長を発するよう配置し、発光源１３６は第２の波長を発するよう配置する。発光源１３２および１３４で脈拍を測定する操作では、発光源は電源を同時にオンおよびオフにする。これにより、単一の発光源のみの場合よりも、より広い領域を光検知器１３８でカバーすることが可能になる。一実施形態では、発光源１３２および１３４は緑色光を発し、発光源１３６は赤外光を発する。
【００７３】
さらに、脈拍の測定において発光源１３２、１３４、および１３６を使用するときは、諸発光源は、電源を連続的にオンおよびオフにする。すなわち、発光源１３２および１３４は、電源を同時にオンおよびオフにする一方、発光源１３６は、発光源１３２および１３４の電源がオフになった後にのみ電源をオンにする。これにより、単一の発光源のみによる場合および／または単一の波長のみを使用する場合よりも、様々な測定深さを光検知器１３８で選択的にカバーすることが可能になる。
【００７４】
図１Ｅの一実施形態では、発光源１３２、１３４は緑色光を発し、発光源１３６は赤外光を発し、光検知器１３８の中心と発光源１３２、１３４との間の距離ｄ１３は、２．５ｍｍと４．５ｍｍとの間であり、光検知器１３８の中心と発光源１３６との間の距離ｄ１４は、４．０ｍｍと７．０ｍｍとの間である。さらなる実施形態では、光検知器１３８の中心と発光源１３２、１３４との間の距離ｄ１３は、約３．６ｍｍであり、光検知器１３８の中心と発光源１３６との間の距離ｄ１４は、約６．０ｍｍである。
【００７５】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄおよび１Ｅに、５つの特定の測定構成を開示する。本発明の他の実施形態では、以下の限りにおいて測定構成が異なっていてもよく、それは、照射構成が、人体組織を通る放射エネルギーを発するための発光源、ならびに人体組織を伝搬した後に前記放射エネルギーの強度を検知するためおよび前記伝搬を表す入力信号を提供するための光検知器から選択する要素を、少なくとも３つ備えている限りにおいてであり、この照射構成は、少なくとも１つの発光源および少なくとも１つの光検知器を備え、照射構成における要素は、照射構成における発光源が照射構成における光検知器と非対称に配設される構成に配置される。すなわち、人体組織への光の浸透深さは、少なくとも１つの距離ｄを変動させることで制御してもよい。さらなる実施形態では、距離を変動させることに加え、さらに、光の波長を、異なる波長を発する発光源を使用することにより変動させてもよい。
【００７６】
図１Ａから１Ｅで開示の距離ｄ１からｄ１３は、開示の要素の中心間を測定することが好ましい。
【００７７】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄまたは図１Ｅの一実施形態において、少なくとも２つの発光源から少なくとも１つの光検知器への直接光の漏れを妨げる何らかの手段である。これは、人体組織からの反射光の検知が、発光源からの光の漏れに影響されない利点を提供する。妨げる手段とは、例えば、少なくとも２つの発光源から少なくとも１つの光検知器への直接光の漏れを防ぐ任意の材料または構造を意味する。
【００７８】
図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄまたは図１Ｅの一実施形態の少なくとも１つにおいて、解決法は、有効な測定深さを動的に選ぶ能力を提供するもので、例えば、照射エネルギー源から検知器まで、照射エネルギーが通過して達する深さの平均であり、照射エネルギー源と検知器の間の組織の体積が血流量に最大限に比例し、他の組織の変形への感応性が最小限になるようなそれである。
【００７９】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、脈拍数の測定における緑色光および赤外光の使用を示し、例えば、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄまたは図１Ｅに開示の測定構成の使用によるものである。
【００８０】
図２Ａは、冷たい皮膚の測定時に、緑色光および赤外光について光検知器により検知された信号間の比較状況を示す。水平軸は時間を表し、垂直軸は検知された信号振幅を表す。心拍数は赤外信号では明確に見えるが、緑色信号ではほとんど見えない。この状況では、心拍数の信頼できる検知には赤外光の使用が好ましいであろう。
【００８１】
図２Ｂは、温かい皮膚の測定時に、緑色光および赤外光について光検知器により検知された信号間の比較状況を示す。水平軸は時間を表し、垂直軸は検知された信号振幅を表す。心拍数は両方の信号で見ることができる。このような状況では、赤外光の使用が、電力消費がより低いため好ましいであろう。
【００８２】
図２Ｃは、測定中に動きがあるときに、緑色光および赤外光について光検知器により検知された信号間の比較状況を示す。水平軸は時間を表し、垂直軸は検知された信号振幅を表す。緑色信号では動きの影響がほとんどないが、赤外信号は動きにより乱されているのがわかる。この状況では、心拍数の信頼できる検知には緑色光が好ましいであろう。
【００８３】
図３は、携帯脈拍測定装置の一実施形態を示すブロック図である。脈拍測定装置は腕時計型装置の形態または他のあらゆる適用可能な形態をとってもよい。本発明は、しっかりした皮膚への取付けを達成できる、あらゆる形態および皮膚の位置に取付けてもよいことに留意されたい。例えば、腕もしくは前腕バンド、ウエストバンド、ヘッドバンド、またはきつく締まったバンドが、そのような測定のために可能な実施形態である。
【００８４】
本装置はプロセッサ３００を備え、プロセッサ３００は、装置の他の要素から様々な信号路を介して受取る情報を処理し、装置の要素に制御情報を提供するように構成される。プロセッサ３００に接続されるメモリ３０２は、プロセッサ３００が本発明に関連する様々な操作を実行する際に基づくプログラム論理を記憶するように構成される。メモリ３０２はさらに、脈拍数測定データを記憶してもよい。プロセッサ３００は、光源制御ブロック３０８に接続され、光源制御ブロック３０８は、プロセッサ３００から受取る命令に基づいて、光信号を人体組織に向け発するよう第１の光源３１０および第２の光源３１２を制御するように構成される。いくつかの信号路に関連する「ＳＰＩ」は、シリアル周辺装置インタフェース（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を意味し、それを介して様々なブロックを通しシリアル通信が実行できる。いくつかの信号路に関連する「ｃｓ」は、ＳＰＩの使用とともに、ｃｓを使用して、どのブロックと通信するかを指すことができることを意味する。アナログブロック３１６とプロセッサ３００との間の信号路に関連する「制御」は、アナログブロック３１６の電源のオン／オフおよびデータ・サンプリング・タイミング制御など、アナログ回路を制御するための一組の制御ラインを持つ制御信号である。
【００８５】
第１の光検知器３１８および第２の光検知器３２０は、人体組織から反射される光を受取るように構成される。光検知器３１８、３２０により検知される信号は、アナログブロック３１６により受取られ、アナログブロック３１６は、不要信号を除去するために、ローパスフィルタ処理を実行してもよく、さらに代替的にまたは追加的に、バンドパスまたはハイパスフィルタ処理を実行してもよい。さらに、測定が進行中（すなわち、発光源がオン）のときに値を読込むための制御機構（サンプルホールド回路）がある場合があり得る。ブロック３１６の出力は、その後、ＡＤＣ３１４によりデジタル形式に変換される。
【００８６】
装置はさらにディスプレイ３０６を備え、ディスプレイ３０６は、プロセッサ３００からの命令に応答して心拍数の読取りを表示するように構成される。さらに充電手段３０４が、装置に操作電力を供給するために提供される。さらに装置は、装置３２２の動きに関連した加速度計または他のセンサを追加的に備えてもよい。加速度計の代替実施形態には、例えば、組織の変形を測定するために配置されるジャイロスコープ、磁力計、装置と皮膚との間の力感応膜、または光センサを含む。動きセンサからの信号は、光検知器３１８、３２０により検知される信号における不要な動きの誤差を補正するために使用してもよい。
【００８７】
図３には、２つの発光源および２つの光検知器を開示しているが、本発明の他の実施形態では、発光源および光検知器から選択される要素を、少なくとも３つ備える照射構成を備えてもよく、この照射構成は、少なくとも１つの発光源および少なくとも１つの光検知器を備える。
【００８８】
さらに装置は、図３に開示されていない構成部品または要素を備えてもよく、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）チップ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）アンテナ、データ接続インタフェース、１つまたは複数の機械式のボタン、光検知器（例えば、周囲光センサ）等のうちの少なくとも１つである。
【００８９】
図４は、本発明の一実施形態に係る脈拍測定装置の操作工程を示すブロック図である。
【００９０】
図４は、光検知器、例えば、フォトディテクタで提供される、複数の光信号４００、４０２、４０４を示す。プロセッサが光信号を受取って処理し、心拍数４０８、４１０、４１２を信号に基づいて決定する。さらに、１つまたは複数の動き信号４０６をプロセッサに提供してもよい。動き信号は、センサ（例えば、加速度センサ）の動きまたは組織の動きに関連した信号である。例えば、これは加速度計信号でもよいし、または組織内の血流に反応しない別の光信号でもよい。光信号は、様々な動きが原因で容易に歪められるので、動き信号を使って光信号から動きをフィルタで取り除く。
【００９１】
さらに、動きによる組織の変形は、組織内の光反射路に大きな変化を生じ、組織が一定の光強度で照らされるときに光検知器で観察される光強度の大きな変化につながる。この関係は光が進む組織の体積に依存し、すなわち、体積が大きくなるにつれ、動きによる変化が増大する。したがって、最適な解決法では、信号内のアーチファクトを最小にするために、照らされる組織の体積を最小にするのと同時に、活発な血液灌流のある組織の照射をなお十分に含むべきである。
【００９２】
脈拍数測定装置には少なくとも２つの発光源および少なくとも１つの光検知器を備えるため、脈拍を測定するためのチャネルが複数ある（使用される発光源の数量および波長ならびに光検知器の数量による）。
【００９３】
一般的なルールとして、脈拍数が決定される基礎として所与の時点で採り得る最良の信号が選択４１４されてもよい。動きのアーチファクトは照らされる組織の体積に依存するため、より深い測定またはより小さな測定深さの最適な選択もさらに、動きの状態および血液灌流の状態、ならびに個人差に依存する。
【００９４】
したがって、測定されたチャネル各々の信頼性ファクタを、心拍数読取り（本明細書ではＳＮＲと呼ぶ）の信頼性の推定として使用してもよい。
一例として、ＳＮＲは、
ＳＮＲ＝｜｜ＸＨＲ｜｜／｜｜ＸｎＨＲ｜｜
として計算してよく、このとき、ＸＨＲは脈動血流に関連する信号の比率、ＸｎＨＲは脈動血流に関連しない信号の比率、｜｜・｜｜は信号のノルム演算子、例えば、べき乗、絶対値のべき乗、振幅、または平均振幅である。ＸＨＲおよびＸｎＨＲは信号から適応的に推定してもよい。さらに、いくつかの他の可能なノルム演算子を使用してもよいことは、当業者にとって自明である。さらに、上記に開示したもの以外に、ＳＮＲを決定する他の方法を使用してよいことも明白である。通常は、最も信頼性のあるチャネル（すわなち、ＳＮＲ最高値を持つもの）を心拍数４１６の推定として使用する。別の実施形態では、いくつかのチャネルを、例えば、心拍数を推定するための平均化演算で組み合わせてもよい。さらに、加重平均または非線形的加重組み合わせなど、異なるチャネルの情報を組み合わせるための他の演算を想定してもよいことは明らかである。
【００９５】
一実施形態では、次の反復過程を実行してもよい。
１）信頼性ファクタが選択された閾値を上回る場合、心拍数信頼性は、所与のチャネルで良好と見なされるので、この読取りを心拍数出力として使用してもよい。いくつかの信頼性ファクタが閾値を上回る場合、最高の信頼性ファクタを持つチャネルを選択してもよい。さらに、１つまたは複数の他のチャネルを、電池電力の節約のために遮断してもよい。さらに、信頼性ファクタが選択された閾値を上回り続ける限り、最適なチャネルの光強度を、電力消費の最適化のために低下させてもよい。別の実施形態では、各光源は既定の消費電力を持つ。最適化は、信頼性ファクタが選択された閾値を超え、かつ選択された閾値を達成するための電力消費が最小であるチャネルの選択を含んでもよい。
２）信頼性ファクタが選択された閾値を下回る場合、別のチャネルおよび／またはより高い光強度がより良好な信頼性ファクタを提供するなら、最適なチャネルの変更を可能にするために、１つまたは複数のチャネルの電源をオンにしてもよく（現時点でそれらがアクティブでない場合に）、またはそれらの光強度を増大させてもよい。
３）信頼性ファクタがもう１つの選択された閾値を下回る（つまり、非常に弱い信号）場合、そのようなチャネルは、心拍数の検知に貢献しないチャネルへの電力消費を避けるために、完全に遮断してもよい。
【００９６】
以上の反復過程を使用することで、動きに起因する組織の変形の影響を考慮しつつ、血流が各個人および各状態で実際に起きる深さに最も良くマッチするように測定深さを適応させるよう、最も信頼性のある心拍数を提供するための測定深さが適応的に選ばれる。これにより、異なる状態（例えば、皮膚が冷たい／温かい状態、休息の状態、集中トレーニングの状態等）および異なる個人間における、心拍数推定の信頼性が大幅に向上する。さらに、信頼性ファクタの最適化のために、１つまたは複数のアクティブな測定チャネルおよびそれらの光強度を適応的に選択してもよい。これによっても電池電力が節約されるであろう。
【００９７】
表１に発光源−光検知器の最適な組み合わせを選択するための一般的原則を示す。
【表１】
0006501760.tif 000002
【００９８】
「ＩＲおよび大きなｄ」を適用すると、低電力を必要とし、深い浸透が達成される。「ＩＲおよび小さなｄ」を適用すると、緑色光の場合より低い電力レベルが達成される。「ＩＲおよび小さなｄ」を適用すると、低電力および緑色光の場合より深い浸透が達成される。「緑色および大きなｄ」を適用すると、動きのアーチファクトへの感応性が赤外光よりも少ない構成である。「緑色および小さなｄ」を適用すると、動きのアーチファクトに最も非感応のため、例えば、集中的な運動中の測定に適した構成である。
【００９９】
図５に、本発明の一実施形態に係る脈拍測定装置が、２つの発光源および２つの光検知器を備えるときのチャネル・サンプリング論理を示す。
【０１００】
サンプリング周波数は、例えば、全てのチャネルについて、サンプルホールド回路で８５．３Ｈｚである。一般的なサンプリング系列は、ＬＥＤオン‐サンプリング‐ＬＥＤオフである。測定毎に１つより多いｌｅｄ色が使用される場合は、測定を互いに（ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  ｅａｃｈ  ｏｔｈｅｒ）ずらして段階的に行うことが重要である。したがって、例示的なサンプリング論理は、図５に示すように、ＬＥＤ１オン‐サンプリング‐ＬＥＤ１オフ‐ＬＥＤ２オン‐サンプリング‐ＬＥＤ２オフとしてもよい。
【０１０１】
ＡＤ変換器は２１．３Ｈｚでサンプリングしている。各チャネルでＡＤ変換器の前にローパスフィルタがあってもよい。２つのフォトディテクタおよび２つの異なる色のＬＥＤを持つ場合、測定チャネルの総数は４つである。構成では２つの受取りチャネルを持つため、監視および分析のためのデータ２組を一度に得ることが可能である。分析期間は既定値に設定してよく、各分析期間後に、監視および分析すべき別の測定チャネルを選択してもよい。
【０１０２】
１つの可能な状態図は、４つのサンプリング状態を含む。ＡＤ変換は、チャネル１が状態１で、チャネル２が状態２で開始する。３つ目は測定のためには何もしない「休止」状態でよい。４つ目の状態は、例えば、動き感応センサから動きのデータを収集するために使用することができる。
【０１０３】
本例では、実際の測定のために４つの光チャネル組み合わせがある。本装置は使用する光チャネル組み合わせをメモリに保持してもよい。各光チャネル組み合わせの選択の変更は、データが分析された後に行ってもよい。さらに、各光チャネル組み合わせは、ＬＥＤ電力値をメモリに記憶させてもよい。さらに、この値もデータが分析された後に調整してもよい。分析はブロック単位で、例えば６秒ごとに、または一定の持続時間、例えば６秒のスライディングウィンドウに対して行ってもよい。
【０１０４】
図５に示すチャネル・サンプリング論理は、さらに、少なくとも２つの発光源および少なくとも１つの光検知器がある他の構成において使用してもよい。さらに、一実施形態では、１つを超える光検知器を、単一の発光源のサンプリングのために同時に使用してもよい。
【０１０５】
図６に、本発明の別の実施形態に係る脈拍測定装置が、２つの発光源および２つの光検知器を備えるときのチャネル論理を示す。図６の実施形態は、別のサンプリング期間を導入している点を除き、図５の実施形態と同様である。ＬＥＤ１がスイッチオフされているとき、かつＬＥＤがスイッチオンされる前に、追加のサンプリング期間（「ＬＥＤオフサンプリング」）が存在する。このサンプリングは、１つまたは複数の光検知器（例えば、フォトディテクタ）で実行してもよい。
【０１０６】
ＬＥＤオフ状態での測定（すなわち、干渉信号の測定）は、ＬＥＤオン状態での測定の実行時の干渉を低減するために使用してもよい。干渉の低減は、例えば、ＬＥＤオフ状態信号が信号ノイズの推定として使用される、適応フィルタリングにより行ってもよく、適応フィルタは、ＬＥＤオン状態信号へのノイズの影響の推定を計算するために使用され、きれいな信号は、これら２つの差分演算により得られる。そのような適応フィルタおよびその適応の実施においては、当業者に周知の可能な方法がいくつかある。
【０１０７】
図６に示すチャネル・サンプリング論理は、さらに、少なくとも２つの発光源および少なくとも１つの光検知器がある他の構成に使用してもよい。さらに、一実施形態では、１つを超える光検知器を、単一の発光源のサンプリングのために同時に使用してよい。
【０１０８】
当業者においては、技術の発達につれ、本発明の基本的な考えが様々な方法で実装され得ることは明らかである。したがって、本発明およびその各実施形態は、上記に記載の例に限られることなく、特許請求の範囲内において変動し得る。
【図１Ａ】
0006501760.tif 000003
【図１Ｂ】
0006501760.tif 000004
【図１Ｃ】
0006501760.tif 000005
【図１Ｄ】
0006501760.tif 000006
【図１Ｅ】
0006501760.tif 000007
【図２Ａ】
0006501760.tif 000008
【図２Ｂ】
0006501760.tif 000009
【図２Ｃ】
0006501760.tif 000010
【図３】
0006501760.tif 000011
【図４】
0006501760.tif 000012
【図５】
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【図６】
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