(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報が導出される生理学的パラメータ検出システム５０及び方法を提供する。本発明のアプローチは、対象者の皮膚領域に向けられた、又は対象者の皮膚領域を通った、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号の異なる重み付けされた組合せから複数のパルス信号を構築することに基づく。重み付けは、様々な血液ボリュームパルスベクトルの集合の違いに基づく。品質標示値が、生成されたパルス信号の各々に対して導出され、これは、患者に対する取得された心拍信号とパルス信号との間の導出された関連性に基づく。最高の品質インジケーター値をもつパルス信号を結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトル、及び／又は、導出されたパルス信号自体が、生理学的パラメータ情報を導出するために使用される。
2021503323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の体の皮膚領域で反射して、又は、前記対象者の前記体の前記皮膚領域を通して透過して、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号を取得する検出インターフェースと、
心拍数検出手段と、
前記検出インターフェース及び前記心拍数検出手段に動作可能に結合されたプロセッサとを備え、前記プロセッサは、
少なくとも２つのパルス信号を導出することであって、少なくとも２つの前記パルス信号の各々が前記検出信号の重み付けされた組合せから形成され、各前記パルス信号に対する重み付けが、少なくとも２つの血液ボリュームパルスベクトルの集合の異なる血液ボリュームパルスベクトルの成分に基づく、少なくとも２つのパルス信号を導出することと、
導出された前記パルス信号の各々に対する品質インジケーター値を導出することであって、前記品質インジケーター値が、前記パルス信号と前記対象者の心拍信号との間における導出された関連性の特徴に基づき、前記心拍信号が、前記心拍数検出手段により検出される、品質インジケーター値を導出することと、
最高の前記品質インジケーター値をもつ前記パルス信号を結果的にもたらす前記血液ボリュームパルスベクトルから、及び／又は、導出された前記パルス信号自体から、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報を導出することと、
を行う、生理学的パラメータ検出システム。
【請求項２】
前記検出インターフェースが、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える、
請求項１に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項３】
前記心拍数検出手段が、ＥＣＧ検出手段及び／又は加速度計を備える、
請求項１又は２に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項４】
前記心拍数検出手段が、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える、
請求項１から３のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項５】
前記心拍数検出手段が、前記検出インターフェースに統合されて、前記心拍数検出手段と前記検出インターフェースとが同じ前記フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える、
請求項２に従属する請求項４に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項６】
前記検出インターフェースが、胸部搭載可能検出ユニットを備え、好ましくは、前記胸部搭載可能検出ユニットが、ＰＰＧセンサーと前記心拍数検出手段とを備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項７】
前記生理学的パラメータが、血液酸素飽和度ＳｐＯ２であり、前記生理学的パラメータ検出システムが、酸素飽和度検出システムである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項８】
導出された前記パルス信号の各々に対する前記品質インジケーター値が、前記心拍信号の周波数成分に対応した前記パルス信号の１つ又は複数の周波数成分の値に基づいて導出される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項９】
各前記パルス信号に対する前記品質インジケーター値が、前記パルス信号に対する周波数スペクトルにおける最高の最大値の値となるように得られる、
請求項１から８のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項１０】
前記品質インジケーター値を導出することが、前記品質インジケーター値を特定する前に、前記心拍信号の周波数成分に対応した１つ又は複数の周波数成分を、各前記パルス信号において強調することを含む、
請求項９に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項１１】
各前記パルス信号に対する前記品質インジケーター値を導出することが、前記品質インジケーター値を特定する前に、前記心拍信号の周波数成分に対応していない前記パルス信号の周波数成分を抑制すること、又は、なくすことを含む、
請求項９又は１０に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項１２】
導出された前記パルス信号の各々に対する前記品質インジケーター値を導出することが、前記パルス信号と前記心拍信号又は前記心拍信号から導出された信号との間の相関の強さを特定することに基づく、
請求項１から７のいずれか一項に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項１３】
各前記パルス信号に対する前記品質インジケーター値を導出することが、前記パルス信号にヒルベルト変換を適用して分析信号を導出することと、後に、前記分析信号と前記対象者に対する前記心拍信号との間の相関の強さを導出することとを含む、
請求項１２に記載の生理学的パラメータ検出システム。
【請求項１４】
対象者の体の皮膚領域で反射して、又は、前記対象者の前記体の前記皮膚領域を通して透過して、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号を取得するステップと、
前記対象者に対する心拍信号を取得するステップと、
少なくとも２つのパルス信号を導出するステップであって、少なくとも２つの前記パルス信号の各々が前記検出信号の重み付けされた組合せから形成され、各前記パルス信号に対する重み付けが、少なくとも２つの血液ボリュームパルスベクトルの集合の異なる前記血液ボリュームパルスベクトルの成分に基づく、少なくとも２つのパルス信号を導出するステップと、
導出された前記パルス信号の各々に対する品質インジケーター値を導出するステップであって、前記品質インジケーター値が、前記パルス信号と前記対象者の前記心拍信号との間における導出された関連性の特徴に基づく、品質インジケーター値を導出するステップと、
最高の前記品質インジケーター値をもつ前記パルス信号を結果的にもたらす前記血液ボリュームパルスベクトルから、及び／又は、導出された前記パルス信号自体から、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報を導出するステップと、
を有する、生理学的パラメータ検出方法。
【請求項１５】
コンピュータにおいて動作したとき、請求項１４に記載の方法を前記コンピュータに行わせるコンピュータプログラムコードを含む、
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、対象者の生理学的パラメータを検出するためのシステム及び方法、特に、対象者の体の皮膚領域からの、又は対象者の体の皮膚領域を通した電磁放射の反射又は透過を使用したシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人の生理学的パラメータ、例えば、心拍数（ＨＲ）、呼吸速度（ＲＲ）、又は動脈血酸素飽和度（ＳｐＯ２）は、人の現在の状態の指標として、及び、重篤な医療事象の強力な予測因子として機能する。この理由により、生理学的パラメータは、入院患者及び外来患者の診療環境において、家において、又は、さらなる健康、レジャー、及びフィットネス環境において幅広く監視される。
【０００３】
生理学的パラメータを測定する一手法が、プレチスモグラフィーである。プレチスモグラフィーは、概して、臓器又は体の部位のボリューム変化の測定、特に、心拍ごとに対象者の体を通って伝播する心臓血管脈波に起因したボリューム変化の検出を表す。
【０００４】
フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）は、関心のあるエリア又はボリュームの光の反射率又は透過率の時間変化を査定する光学的測定技術である。ＰＰＧは血液が周辺組織より多く光を吸収する原理に基づいており、したがって、心拍ごとの血液ボリュームの変動が相応に透過率又は反射率に影響を与える。心拍数に関する情報に加えて、ＰＰＧ波形は、例えば呼吸といった他の生理学的現象に起因した情報を含み得る。異なる波長（典型的には赤色及び赤外線）における透過率及び／又は反射率を査定することにより、血液酸素飽和度が特定され得る。
【０００５】
特定の様々なＰＰＧセンサーを使用して測定可能な１つの特に重要な生理学的パラメータは、動脈酸素飽和度（ＳｐＯ２）のものである。ＳｐＯ２を測定することが可能なＰＰＧセンサーは、本開示において「ＳｐＯ２センサー」と呼ばれる。これは、ＳｐＯ２を測定することができる特定の種類のＰＰＧセンサーを表すものと理解される。
【０００６】
動脈酸素飽和度は、集中治療室において、及び手術室内において連続的に監視される必要がある生命兆候パラメータである。それは、一般病棟における患者監視のための有用なパラメータでもある。ＳｐＯ２センサーは、指に配置される。センサーの配置のための他の位置（例えば額、つま先、又は耳たぶ）、及び非接触監視も可能である。
【０００７】
ＳｐＯ２センサーの出力、すなわち、血液酸素飽和度は次のように規定される。
【数１】
2021503323.tif 000003
ここで、ＨｂＯ２は、ヘモグロビンに結合された酸素を含むヘモグロビンの濃度であり、Ｈｂは、ヘモグロビンに結合された酸素を含まないヘモグロビンの濃度である。
【０００８】
（ＰＰＧセンサーとしての）ＳｐＯ２センサーは、光学的に血液ボリューム変化を測定し、皮膚（及び場合によっては下層組織）を通って伝播した光を検出し、そこから血液ボリューム変化が特定される。ＳｐＯ２センサーは、少なくとも２つの波長の光の吸収を使用する。検出された光の量は光吸収に依存する。脱酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルは、酸素化ヘモグロビンの吸収スペクトルと異なり、ＳｐＯ２が導出されることを可能にする。
【０００９】
これは、図１に示される。図１（Ａ）は、入射光の波長（ｘ軸；ナノメートル）の関数として酸素化及び脱酸素化ヘモグロビンのモル吸光係数（ｙ軸；ｃｍ−１・ｍｏｌ−１）を示す。線２２は酸素化血液に対する吸光係数を示し、線２４は脱酸素化血液に対するものである。図１（Ｂ）は、波長（ｘ軸；ナノメートル）の関数として、完全酸素化血液（線２２）及び部分的（６０％）酸素化血液（線２４）の脈動性（ｙ軸；任意単位）を示す。
【００１０】
センサー信号の脈動性は、信号の時間的に変化するＡＣ部分を信号の一定の（又は低速で変化する）ＤＣ成分で除算したものにおいて規定される。（皮膚）組織及び静脈血の光吸収は、検出された光信号の一定の（又は低速で変化する）「ＤＣ」成分に寄与する一方で、動脈血における脈動は、心周期に伴って変化する信号の部分（「ＡＣ」成分）に寄与する。ＳｐＯ２センサーは、光の少なくとも２つの波長に対する脈動性を使用する。
【００１１】
赤色光源（線２８）及び赤外線光源（線３０）の各々に対する、ＰＰＧ（ＳｐＯ２）センサーにおいて検出された光信号を示すアプローチが図２に示される。矢印３２及び３６は、それぞれ赤色及び赤外線光信号の各々に対するＡＣ振幅値を示し、矢印３４及び３８は、それぞれ赤色及び赤外線光源の各々に対するＤＣ値を示す。
【００１２】
反射モードでは、波長の関数としての脈動性（図１（Ｂ）参照）は、モル吸光係数（及び場合によっては鏡面反射率）により特定されるだけではなく、波長の侵入深さによっても特定される。例えば、青色光は皮膚に非常に浅く侵入するだけであり、したがって、脈動する血液を含む比較的少ない血管にしか到達しない。対照的に、赤色光ははるかに深くまで侵入する。
【００１３】
従来のＳｐＯ２センサーでは、いわゆる「比率の比率」ＲがＳｐＯ２値を計算するために使用される。比率の比率Ｒは、センサー光の１つの波長の相対的（ＡＣ／ＤＣ）脈動性を、第２の波長の相対的脈動性で除算したものである。
【数２】
2021503323.tif 000004
【００１４】
典型的には、赤色（約６６０ｎｍ）及び赤外（約８００ｎｍ、８４０ｎｍ、又は９４０ｎｍ）光が使用される。ＳｐＯ２は、（使用される波長に応じて）経験的に特定された式、例えばＳｐＯ２＝１１０−２５×Ｒ（％）により計算される。
【００１５】
１つの知られた方法は、−例えば最大値及び最小値の平均に基づいて−ＡＣ成分の振幅及びＤＣ成分の振幅を導出するために、１つのパルス周期における最大値及び最小値を使用して拍動ごとにＲを特定することである。さらなる代替的な方法は、例えば、複数の拍動にわたる異なる光信号を平均化する、又は、フーリエ変換後に信号を処理することを有する。
【００１６】
さらに最近、ＰＰＧ信号を使用して生理学的パラメータの尺度を導出するための新しい方法が提供されている。これは「適応型ＰＢＶ法」（ＡＰＢＶ）として知られ、ＷＯ２０１７／０５５２１８において詳細に説明されている。
【００１７】
この方法では、いわゆる血液ボリュームパルスベクトル（「Ｐｂｖベクトル」）の集合であって、Ｐｂｖベクトルの成分が、２つ又は３つの異なる波長成分における光信号の相対的脈動性である可能性のあるものを表す、Ｐｂｖベクトルの集合が、測定された光信号からパルス信号を抽出するための基礎として使用される。特に、血液ボリュームパルスベクトルの集合の中の１つと相関した重み付けを使用して、各々が異なる波長の検出された光信号の組合せ（例えば線形結合）として形成された、複数のパルス信号が導出される。
【００１８】
したがって、品質インジケーター値は、生成されたＰｂｖベクトルの各々に対して導出される。
【００１９】
例えば、正規化されたパワースペクトルにおける最高ピークに着目したパルス信号といった最高品質のパルス信号を生成するＰｂｖベクトルが、次に、動脈血酸素化を導出するために選択及び使用される。これは、最高ピークの存在が最高の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）すなわち最高品質の信号の標示であるからである。
【００２０】
ＳｐＯ２は、ＰｂｖベクトルをＳｐＯ２値に関連付ける、例えば事前に規定された参照テーブルにより、又は、Ｐｂｖベクトルに基づいてＳｐＯ２の特定を可能にする校正式により、識別された最高品質のＰｂｖベクトルから導出される。校正式は、例えばＳｐＯ２＝１００−Ｃ１×ｋの形態をとり、ここで、Ｃ１はＳｐＯ２センサーから受信された検出信号値であり、ｋは最高品質の信号をもたらすＰｂｖベクトルに関連した数（例えば、テーブル又はリストに列記されたＰｂｖベクトルの数）である。
【００２１】
本方法は、ノイズを一切含まない対象者のパルスを特徴付ける「真の」血液ボリュームパルスベクトルに最も近く一致する血液ボリュームパルスベクトルを識別する実質的に間接的な手段である。
【００２２】
この方法は、例えば、（接触センサーの場合に）対象者の皮膚とのセンサーの接触を変えること、又は（遠隔監視の場合に）体の部位がカメラへ、及びカメラから動くことといった、波長チャンネルにおいて異なる相対強度をもつ信号におけるアーチファクトに対してロバストである。
【００２３】
ＳｐＯ２の正確な特定のために「最良の」血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖ、すなわち最高品質の信号を結果的にもたらすものが選択されることが重要である。この目的を達成するために、品質インジケーター値が異なるＰｂｖベクトルから導出されたパルス信号の各々に対して特定される。
【００２４】
１つの簡単かつ有益な品質インジケーターは、各パルス信号に対する周波数スペクトルにおける最高ピークの高さ値のものである。
【００２５】
（特定のＰｂｖベクトルを使用した）抽出されたパルス信号の各々は、スペクトルエネルギーの和が１に等しくなるようにフーリエ領域において正規化される。この後、周波数プロットにおいて最高ピークを示すパルス信号が、最高品質のパルス信号として識別される。これは図３に示されており、図３は（Ａ）及び（Ｂ）において、異なるそれぞれの血液ボリュームパルスベクトルから導出された２つパルス信号を示しており、各信号が周波数領域に変換される。ｘ軸が周波数を表し、ｙ軸が周波数成分の大きさを表す。
【００２６】
パルス信号（Ａ）が最高ピーク４２を特徴としていることが確認され得る。したがって、この単純な例における信号（Ａ）は最高品質の信号として選択され、したがって、血液ボリュームパルスベクトルであって、この血液ボリュームパルスベクトルからパルス信号（Ａ）が導出された血液ボリュームパルスベクトルを使用して、生理学的情報が導出された。
【００２７】
この品質基準の使用は概して良好な動きロバスト性をもたらすが、それは、動きやすい患者、又は、重度の不整脈を患っている患者に使用する場合には問題となる。このような患者に対しては、生成された信号における運動アーチファクトが、重大な問題であることに変わりがない。加えて、ＳｐＯ２センサーが胸の上に位置している場合、信号は、呼吸に対応した重要な成分を含む。これらの呼吸による変動は、多くの場合、パルス信号に寄与するものとして誤って解釈され得、ＳｐＯ２の誤った測定結果を結果的にもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
ここまでに概略的に説明されているＡＰＢＶ法を使用するが運動アーチファクトに対する改善された正確さ、及び改善されたロバスト性を提供する、生理学的パラメータを導出する改善されたアプローチが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、請求項により規定される。
【００３０】
本発明の一態様によると、
対象者の体の皮膚領域で反射して、又は、対象者の体の皮膚領域を通して透過して、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号を取得するように適応された検出インターフェースと、
心拍数検出手段と、
検出インターフェース及び心拍数検出手段に動作可能に結合されたプロセッサとを備え、前記プロセッサが、
少なくとも２つのパルス信号を導出することであって、少なくとも２つのパルス信号の各々が検出信号の重み付けされた組合せから形成され、各パルス信号に対する重み付けが、少なくとも２つの血液ボリュームパルスベクトルの集合の異なる血液ボリュームパルスベクトルの成分に基づく、少なくとも２つのパルス信号を導出することと、
導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値を導出することであって、品質インジケーター値が、パルス信号と対象者の心拍信号との間における導出された関連性の特徴に基づき、心拍信号が、心拍数検出手段により検出される、品質インジケーター値を導出することと、
最高の品質インジケーター値をもつパルス信号を結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトルから、及び／又は、導出されたパルス信号自体から少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報を導出することと、
を行うように適応された、生理学的パラメータ検出システムが提供される。
【００３１】
本発明は、改善された生理学的パラメータ検出を達成する生理学的パラメータ検出方法への、補助的心拍数検出手段からのセンサー情報の有益な統合に基づく。特に、血液ボリュームパルスベクトルのより高ロバストな品質評価が実施され得、それにより、生理学的パラメータ情報の最も正確な特定をもたらす血液ボリュームパルスベクトルのより信頼性の高い選択を実現する。
【００３２】
品質インジケーター値を特定することに関する概括的な概念は、導出されたパルス信号の各々が、心拍数検出手段に由来する心拍信号により表された対象者の心拍数の成分に対応する、又は、対象者の心拍数の成分を含む程度を特定することとして理解される。より大きい対応は、運動アーチファクトによるひずみがより小さいことを示す、より大きい信号対ノイズ比を示す。
【００３３】
導出された関連性の特徴は、導出されたパルス信号と測定された心拍信号との間の関連性の強さを表す。
【００３４】
血液ボリュームパルスベクトルは、血液ボリュームベクトル、又はシグネチャベクトルとも呼ばれる。
【００３５】
血液ボリュームパルスベクトル（「Ｐｂｖベクトル」）は、ＡＰＢＶ法に関連してここまでに参照されるものと同様である。これらはベクトルであって、そのベクトルの成分が、２つ又は３つの異なる波長成分における光信号の相対的脈動性である可能性のあるものを表す、ベクトルである。特に、本方法は、血液ボリュームパルスベクトルの集合の中の１つと相関した重み付けを使用して、検出信号の組合せ（例えば線形結合）として各々が形成された複数のパルス信号を導出することを伴う。したがって、このコンテキストにおけるベクトルは、空間座標系におけるベクトルではなく、むしろ、自己構築型「血液ボリュームパルス」空間のベクトルである。血液ボリュームパルスベクトルは、事前に規定されたベクトル集合であってよく、又は、ベクトルは、プロセッサによりリアルタイムで構築されてよい。これは、以下でさらに詳細に説明される。
【００３６】
心拍数検出手段は、本方法の有効性に影響を与えずに心拍数又は脈拍数を検出する。平易さ及び簡潔さを目的として、以下の開示では、実施形態は、心拍数検出手段に由来する「心拍信号」の使用を参照しながら説明される。しかし、すべての場合において、脈拍数信号が、代替的に測定及び使用されてよい。
【００３７】
さらに、以下の開示に対して、「心拍信号」という用語は、心拍数検出手段に由来する信号、すなわち、対象者の「真の」心拍数又は脈拍数の直接的な測定結果を表すと理解される。対照的に、「パルス信号」は、別段の指定がない限り、血液ボリュームパルスベクトルの集合の中の１つに基づいて本発明の方法により導出された、導出されたパルス信号を表すと理解される。
【００３８】
「で反射して」という用語は、光が表面又は物質で標準的な意味で反射した場合に加えて、光が対象者の皮膚領域で散乱される、例えば、このような皮膚領域内における血液で散乱される場合をカバーすると理解される。
【００３９】
各血液ボリュームパルスベクトルは、ｎ個の成分を含む。各血液ボリュームパルスベクトルのｎ個の成分は、ｎ個の検出信号Ｃｎの各々において相対的脈動性である可能性のあるものを表し、ｎ個の検出信号は、例えば、反射又は透過された電磁放射スペクトルの特定の部分を各々が検出する検出インターフェースの異なる周波数（又は色）チャンネルに由来する。
【００４０】
相対的脈動性は、概して、３つの検出信号チャンネルの各々における血液パルスの相対強度を意味し、すなわち、事実上、３つの検出信号の各々の相対強度を意味する。
【００４１】
所与の対象者に対して、運動又は他のアーチファクト又はひずみが存在しない状態において、典型的には、例えば、ｎ個の色チャンネルの各々における相対的脈動性を表す測定結果が得られたとき、ｎ個の検出信号の集合の各々の強度を正確に表す比較的安定した血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖが現れる。ここから、例えばＳｐＯ２、脈拍数、ＣＯ及びＣＯ２といった生理学的パラメータ情報が導出され得る。
【００４２】
しかし、対象者の運動、検出インターフェースの物理的な変位、又は他の干渉は、対象者に対する「真の」ひずみのない（シグネチャ）血液ボリュームパルスベクトルからの逸脱をもたらす、取得された検出信号に対するひずみをもたらし得る。検出信号のうちのいくつかは、例えば、相対強度を高め、それにより様々なチャンネル強度値間の比率にひずみをもたらす。しかし、強度のこれらの変化は、基礎となる生理学的パラメータの変化の真の反射ではなく、信号におけるノイズに起因している。問題は、ノイズによりもたらされる色チャンネル信号の変動と本物の生理学的変化によりもたらされる変動とをどのように識別するかである。
【００４３】
本発明がその発展形にあたる、いわゆる適応型Ｐｂｖ（ＡＰＢＶ）法の解決策は、検出信号の重み付けされた組合せから各々が形成された、複数の予測パルス信号を効果的に構築すること、及び、次に、どれが最大「品質インジケーター値」に到達するかを特定するように、品質評価を使用して各パルス信号を試験することである。この品質インジケーター値は、例えば信号対ノイズ比を直接的に、又は間接的に示す。
【００４４】
検出信号は、予測血液ボリュームパルスベクトルの集合の中の１つの成分の相対的なサイズに基づいて生成された予測パルス信号の各々に対して重み付けされる。この手法により、各々が異なる血液ボリュームパルスベクトルの集合の中の１つと相関した、パルス信号である可能性のあるものの集合が生成される。最高の品質インジケーター値をもつ導出されたパルス信号は、血液ボリュームパルスベクトルであって、最高の品質インジケーター値をもつ導出されたパルス信号が基礎とされた血液ボリュームパルスベクトルが、生の検出信号に影響を与えるノイズ及びひずみが存在しない状態において、その対象者に対する「真の」（ひずみのない）血液ボリュームパルスベクトルを最も正確に表すことを示す。
【００４５】
本発明の革新的なことは、品質評価に追加的な心拍数センサーデータを有益に組み込んで、様々な予測パルス信号の、より（運動）ロバストであり、したがって、より信頼性の高い品質評価を達成することである。導出されたパルス信号の各々は、この方法に従って、リアルタイムに獲得された生理学的パラメータと比較して評価され、したがって、正確さ及びロバスト性を改善する。
【００４６】
より具体的には、品質インジケーターは、測定された心拍信号と導出されたパルス信号の各々との間における導出された関連性の特徴に基づいて、各パルス信号に対して導出される。
【００４７】
導出された関連性の特徴は、パルス信号と心拍信号との間の関連性の強さを表す。
【００４８】
導出された関連性の特徴は、パルス信号と心拍信号との間の相関の程度を表す。
【００４９】
導出された関連性の特徴は、対象者の心拍信号の周波数成分に対応したパルス信号における周波数成分の強度を表す。
【００５０】
上述のように、測定された心拍信号とのより大きい対応は、（生理学的パルスに比べて）パルス信号のより大きい信号対ノイズ比を示し、これは、運動アーチファクトによる、より小さいひずみを示し、したがって、真のひずみのないパルス信号のより正確な表現を示す。
【００５１】
検出インターフェースは、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える。検出インターフェースは、ＰＰＧセンサーである。
【００５２】
検出インターフェースは、胸部搭載可能検出ユニットを備える。これは、例えば胸パッチである。胸部搭載可能検出ユニットは、ＰＰＧセンサーを組み込み、又は備える。例において、胸部搭載可能検出ユニットは、利便性を高めるように心拍数検出手段をさらに備え、又は組み込む。これは、（対象者に結合される追加的な検出要素を必要としない）対象者にとっても、対象者に１つの検出ユニットを装着又は搭載することしか必要としない臨床医にとっても利便性が高い。
【００５３】
心拍数検出手段は、例において、（検出インターフェースから独立した）独立した心拍数検出要素又はデバイスであってよく、又は検出インターフェースに含まれ、又は統合されてよい。
【００５４】
実施形態の１つの集合によると、心拍数検出手段は、ＥＣＧ検出手段及び／又は加速度計を備える。
【００５５】
ＥＣＧ検出手段は、心電図手段又はデバイスを表す。ＥＣＧ検出手段は、対象者の心臓が拍動する各時点において対象者の心臓により生成された電気信号を検出するために皮膚への適用に適応された１つ又は複数のセンサーを備える。この手法により、心拍数が導出され得る。
【００５６】
ＥＣＧは、高い動きロバスト性の利点をもつ。
【００５７】
加速度計は、心拍数を測定する非常に利便性の高い手段を提供し、例えば、心拍によりもたらされる振動といった運動データの使用に基づく。運動に基づく心拍数検出は、例において重度の不整脈を患う患者に対して、有益に適用される。本例において、本発明の目的は、動きロバスト性の改善との関連性は低く、このような不整脈を患った患者におけるパフォーマンスの改善との関連性がより高い。
【００５８】
重度の不整脈を患った患者に対して、最高品質のパルス信号を特定することは特に困難である。これは、品質インジケーターを識別する標準的なアプローチは単に、品質インジケーターの値として各パルス信号の周波数スペクトルの最高ピークの高さを採用するからである。しかし、重度の不整脈を患った患者に対して、各パルス信号の周波数スペクトルは、概して、非常に分散しており、１つの「最高」ピークの識別を困難にし、又は、少なくとも信号の品質の信頼できない指標にする。
【００５９】
したがって、これらの場合において、結果の正確さは、真のパルス周波数の特定を可能にする（本発明における）補助的心拍数検出手段の使用により改善され、結果として、品質インジケーターが特定の心拍数周波数に対応したピークの高さとしてより信頼性高く特定され得る。
【００６０】
１つ又は複数の実施形態によると、心拍数検出手段は、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える。ＰＰＧセンサーを使用した心拍信号の測定は、当技術分野においてよく知られた手順である。
【００６１】
これらの場合において、心拍数検出手段は、特定の例において検出インターフェースに統合され、心拍数検出手段と検出インターフェースとが、同じフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える。これらの場合において、心拍数検出手段は検出インターフェースに含まれ、同じ１つのＰＰＧセンサーは検出インターフェースと心拍数検出手段との両方の機能を円滑化する。
【００６２】
これらの例において、ＰＰＧセンサーは、複数の波長の電磁放射を放射及び検出するように適応され、波長の１つの部分集合が少なくとも２つの検出信号を取得するために使用され、波長のさらなる部分集合が心拍信号を取得するために使用される。波長の２つの部分集合は、特定の例においてある程度重なる。
【００６３】
特定の例において、心拍数検出手段は検出インターフェースに統合され、心拍数検出手段と検出インターフェースとが同じフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）検出手段を備える。
【００６４】
「に統合され」とは、例えば、心拍数検出手段が検出インターフェースに含まれること、心拍数検出手段が検出インターフェースと同じ１つのものであること、及び／又は、２つが同じデバイス又はコンポーネント、すなわちこの場合、同じＰＰＧ検出手段により円滑化されることを意味してよい。
【００６５】
システムは、血液分析対象濃度パラメータを検出するためのものであってよい。
【００６６】
システムにより検出された生理学的パラメータは、血液酸素飽和度ＳｐＯ２である。システムは、この場合、酸素飽和度検出システムである。ＳｐＯ２は、血液分析対象濃度パラメータの一例である。
【００６７】
この場合、生理学的パラメータ、すなわちＳｐＯ２を示す生理学的情報を導出することは、上述のように、ＰｂｖベクトルをＳｐＯ２値に関連付ける事前に規定された参照テーブルの使用を含む。代替的に、Ｐｂｖベクトルに基づくＳｐＯ２の特定を可能にする校正式が使用されてよい。校正式は、例えば、ＳｐＯ２＝１００−Ｃ１×ｋの形態をとり、ここで、Ｃ１はＳｐＯ２センサーから受信された検出信号値であり、ｋは最高品質の信号をもたらすＰｂｖベクトルに関連した数（例えば、テーブル又はリストに列記されたＰｂｖベクトルの数）である。
【００６８】
しかし、例えば、一酸化炭素ヘモグロビン、メトヘモグロビン、及びビリルビンの濃度といった他の生理学的パラメータが導出されてもよい。これらは各々が血液分析対象濃度パラメータの例でもある。
【００６９】
生理学的パラメータは、各場合において、好ましくは特定された血液ボリュームパルスベクトルから導出される。これは、ＳｐＯ２を導出するためのものと同様の手法により実施され得る。しかし、最良の品質インジケーター値をもつパルス信号自体も、本発明に従ってシステムにより処理及び出力され得る関心のある生理学的パラメータである。さらに、脈拍数、拍動間インターバル、又は心拍数の変動性が、パルス信号から導出され得る。このパルス信号は、固定の血液ボリュームパルスベクトルを使用して取得されたパルス信号より、非一定のＳｐＯ２の場合に、より高ロバストである。
【００７０】
例によると、血液ボリュームパルスベクトルの集合は事前に規定される。
【００７１】
例えばシステム、例えばシステムの制御装置はメモリを備え、血液ボリュームパルスベクトルはメモリに事前に記憶される。他の例において、それらは、遠隔データ記憶部と確立された通信チャンネルを介して遠隔操作により記憶され、及びアクセスされる。
【００７２】
この場合、プロセッサは、血液ボリュームパルスベクトルの固定の集合を使用するように構成され、すなわち、各血液ボリュームパルスベクトルが離散的生理学的パラメータ値、例えばＳｐＯ２値に対応している。例えば、固定のベクトル集合は、例えば範囲をカバーする１０個の異なるベクトルを使用して、６０％から１００％の範囲内のＳｐＯ２値を表す。
【００７３】
任意の実施形態によると、プロセッサは、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す導出された生理学的情報を示す、又は表す出力情報を生成するように適応される。プロセッサは、通信チャンネルを介して、例えばローカルに接続された、又は遠隔に接続されたコンピュータ、プロセッサ、又はデータストアに、この生成された出力情報を通信するようにさらに適応される。
【００７４】
例によると、導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値は、パルス信号の周波数スペクトル内における心拍信号の１つ又は複数の周波数成分の強度に関係する。
【００７５】
強度は、広く解釈されることが意図され、周波数成分がパルス信号に存在する程度を示す任意の尺度を意味する。
【００７６】
導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値は、患者の真の心拍数と比べた、それぞれのパルス信号の信号対ノイズ比を表す。これは、それらが与えた特定の光信号読み取り値に基づいて患者に対する生理学的パラメータを導出するための血液ボリュームパルスベクトルの品質の良い標示を与える。
【００７７】
例において、導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値は、心拍信号の周波数成分に対応したパルス信号の１つ又は複数の周波数成分の値に基づいて導出される。
【００７８】
値は、（例えばそれが表す周波数ではなく）例えば周波数成分のサイズ、大きさ、又は高さを意味する。
【００７９】
例えば、各パルス信号は、例えばフーリエ変換を通して周波数領域に変換される。次に、関連する周波数成分の値が特定される。
【００８０】
例において、品質インジケーター値は、測定された心拍数周波数（又は、例えば心拍数スペクトルが取得された周波数）に厳密に、又は実質的に対応した、測定された心拍数周波数における、すなわち、周波数領域において変換されたときの信号の値における、周波数スペクトルピークの高さに実質的に、又は厳密になるように得られる。他の周波数成分は、この場合、無視される。
【００８１】
例において、心拍信号はただ１つの周波数成分のみを含んでよく、又は複数の成分を含んでよい。例において、心拍信号の最も強い（すなわち最大の）周波数成分のみが選択され、この成分のみがパルス信号スペクトル内において識別及び選択される。
【００８２】
例において、各パルス信号に対する品質インジケーター値は、パルス信号に対する周波数スペクトルにおける最高の最大値、すなわち、パルス信号に対する周波数スペクトルにおける最高ピークの値又は高さになるように得られる。このコンテキストにおける値は、大きさ又は「ピーク高さ」を意味する。
【００８３】
このアプローチは、各パルス信号の周波数スペクトルにおける最高ピークが、対象者の生理学的血液パルスに対応する、又は、対象者の生理学的血液パルスによりもたらされるという仮定に基づく。この周波数成分の値又は高さ、すなわち、周波数領域内におけるこの周波数成分の強度は、信号対ノイズ比の標示を与える。したがって、品質インジケーター値として最高ピークの高さを使用することにより、各パルス信号が対象者の生理学的パルスに対応したＳＮＲを表す指標が選択される。
【００８４】
このアプローチの１つ又は複数の例によると、品質インジケーター値を導出することは、品質インジケーターを特定する前に、心拍信号の周波数成分に対応した１つ又は複数の周波数成分を、各パルス信号において強調することを有する。次に、パルス信号の周波数スペクトルにおける最高ピークの高さが、各パルス信号に対する品質インジケーター値として選択される。
【００８５】
心拍信号の１つ又は複数の成分に整合するそれらの１つ又は複数の周波数成分が増強されるので、これは、最高ピークが対象者のパルスに実際に対応することをより適切に確実なものとする。
【００８６】
追加的に、又は代替的に、このアプローチの例において、各パルス信号に対する品質インジケーター値を導出することは、品質インジケーターを特定する前に心拍信号の周波数成分に対応していないパルス信号の周波数成分を抑制すること、又はなくすことを有する。次に、パルス信号の周波数スペクトルにおける最高ピークの高さが各パルス信号に対する品質インジケーター値として選択される。
【００８７】
心拍信号に存在することが知られている成分に整合しない成分が減らされる、又は除去されるので、これは、同様に、最高ピークが確かに対象者のパルスに対応することをより適切に確実なものとする。
【００８８】
実施形態の代替的な集合によると、導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値を導出することは、パルス信号と心拍信号又は心拍信号から導出された信号との間の相関の強さを特定することに基づく。
【００８９】
これは、導出されたパルス信号の各々と対象者に対する心拍信号との間の関連性の強さを特定する代替的なアプローチを表す。これは、対象者の真のパルスに関連したパルス信号の信号対ノイズ比を評価する手段を与える。相関が強いほど、対象者のパルスに対応した導出されたパルス信号における信号成分の強度が大きい。
【００９０】
相関の「強さ」は、概して、相関の程度、すなわち、例えば、それぞれのパルス信号と心拍信号との間において特定された相関係数の値を意味する。
【００９１】
このアプローチの例において、各パルス信号に対する品質インジケーター値を導出することは、パルス信号にヒルベルト変換を適用して分析信号を導出すること、及び、後に、分析信号と対象者に対する心拍信号との間の相関の強さを導出することを有する。
【００９２】
パルス信号自体を使用して相関を導出するとき、相関は、心拍数検出手段により検出された心拍信号とＰＰＧ由来のパルス信号との間の位相シフトにより影響を受けやすいものである。導出された分析信号を代替的に使用することにより、２つの間のどのような位相シフトにも無関係な（又は、影響を受けない）相関を特定することが可能である。特に、このアプローチは、相関の大きさと、さらに位相差との両方を導出することを可能にし、したがって位相差が無視され得る。
【００９３】
実施形態の１つ又は複数の集合によると、プロセッサは、少なくとも２つのパルス信号を導出する前に、取得された検出信号が運動によりもたらされる信号成分の寄与を減らすように適応的にフィルタ処理されるフィルタ処理ステップを実施するように適応される。
【００９４】
例において、これは、対象者に結合された運動センサーから取得された運動信号に基づいてフィルタ処理することを有する。特に、検出信号は、運動信号の周波数スペクトルにおいて識別された周波数成分を低減又は除去するようにフィルタ処理される。他の例において、フィルタ処理は、心拍数検出手段に由来する心拍信号に基づく。この場合、検出信号は、心拍信号において識別されない周波数成分を低減又は除去するようにフィルタ処理される。
【００９５】
これは、生理学的パラメータ情報を導出することにおいて対象者の運動のもたらし得る寄与を減らし、それにより、測定結果に生じ得る不正確さを減らす。
【００９６】
帯域通過フィルタが特定の例に使用されてよく、ここで、通される周波数の範囲は、心拍数検出手段を使用して導出された心拍信号の周波数スペクトルにおいて検出された周波数成分に基づいて選択される。
【００９７】
本発明のさらなる態様による例は、
対象者の体の皮膚領域で反射して、又は、対象者の体の皮膚領域を通して透過して、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号を取得するステップと、
対象者に対する心拍信号を取得するステップと、
少なくとも２つのパルス信号を導出するステップであって、少なくとも２つのパルス信号の各々が検出信号の重み付けされた組合せから形成され、各パルス信号に対する重み付けが、少なくとも２つの血液ボリュームパルスベクトルの集合の異なる血液ボリュームパルスベクトルの成分に基づく、少なくとも２つのパルス信号を導出するステップと、
導出されたパルス信号の各々に対する品質インジケーター値を導出するステップであって、品質インジケーター値が、パルス信号と対象者の心拍信号との間における導出された関連性の特徴に基づく、品質インジケーター値を導出するステップと、
最高の品質インジケーター値をもつパルス信号を結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトルから、及び／又は、導出されたパルス信号自体から少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報を導出するステップと、
を有する、生理学的パラメータ検出方法を提供する。
【００９８】
本発明のさらなる態様による例は、コンピュータにおいて動作したとき、ここまでに概略的に説明されている生理学的パラメータ検出方法の任意の実施形態をコンピュータに行わせるように適応された、コンピュータプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品を提供する。
【００９９】
本発明の好ましい実施形態が、添付図面を参照しながら単なる例示として以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】部分的酸素化血液及び完全酸素化血液に対するモル吸光係数及び脈動性を示す図である。
【図２】ＳｐＯ２センサー信号のＡＣ成分及びＤＣ成分を概略的に示す図である。
【図３】異なる血液ボリュームベクトルから導出された２つのサンプルパルス信号に対する周波数スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の１つ又は複数の実施形態による検出システムを概略的に示す図である。
【図５】本発明の１つ又は複数の実施形態により使用される検出インターフェース及び心拍数検出手段を統合した、例示的な胸パッチを概略的に示す図である。
【図６】ノイズに対する基準信号に基づいて、取得された検出信号からノイズを除去するためのフィルタ回路を示す図である。
【図７】基準パルス信号に基づいて取得された検出信号からノイズを除去するためのフィルタ回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０１】
本発明は、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す情報が導出される生理学的パラメータ検出システム及び方法を提供する。本発明のアプローチは、対象者の皮膚領域に向けられた、又は対象者の皮膚領域を通った、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号の異なる重み付けされた組合せから複数のパルス信号を構築することに基づく。重み付けは、様々な血液ボリュームパルスベクトルの集合の違いに基づく。品質標示値は、生成されたパルス信号の各々に対して導出され、これは患者に対する取得された心拍信号とパルス信号との間の導出された関連性に基づく。最高の品質インジケーター値をもつパルス信号を結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトル、及び／又は、導出されたパルス信号自体が、生理学的パラメータ情報を導出するために使用される。
【０１０２】
図４は、本発明の１つ又は複数の実施形態による例示的な生理学的パラメータ検出システムのブロック図を示す。システム５０は、対象者の体の皮膚領域で反射して、又は、対象者の体の皮膚領域を通して透過して、検出された電磁放射に由来する少なくとも２つの検出信号Ｃｎを取得するように適応された検出インターフェース５２を備える。図４の例において、検出インターフェースはＰＰＧ（フォトプレチスモグラフィ）センサーを備える。
【０１０３】
異なる検出信号Ｃｎは、異なる波長の放射に対応する。特定の例において、２つ又は３つの検出信号が、２つ又は３つの波長の光に対して取得される。有益には、これらは、例えば６６０ｎｍ、８１０ｎｍ、及び９４０ｎｍの（これらから選択された）波長である。
【０１０４】
システム５０は、対象者の心拍数又は脈拍数を示す対象者からの心拍信号を取得するための心拍数検出手段５４をさらに備える。
【０１０５】
好ましい例では、心拍数検出手段は、ＥＣＧ検出デバイス又は動き検出デバイス、例えば加速度計を備える。
【０１０６】
ＥＣＧ検出デバイスは、心臓により生成された電気信号を検出するための対象者の体への適用又は装着のための電極又は他のセンサーを備える。これらの信号は、心臓の拍動、したがって心拍数が検出されることを可能にする。
【０１０７】
加速度計が使用される場合、運動の検出、例えば、患者の胸部エリアの周囲における振動を検出すること、又は、心臓の拍動によりもたらされる胸の動きを検出することに基づいて心拍数が検出される。運動に基づく心拍数検出のさらなる詳細が米国特許第９５１０７７５号の文献に見られる。
【０１０８】
超音波に基づく検出手段及び誘導性検出手段などの他の心拍数検出手段が代替的に使用されてよい。
【０１０９】
心拍数検出手段は、いくつかの例により、ＰＰＧセンサーを備えてよく、又は、ＰＰＧセンサーにより円滑化されてよい。ＰＰＧセンサーを使用して心拍数（又は脈拍数）を検出することは、よく知られた手順であり、ここまでに説明されている。
【０１１０】
検出インターフェース５２及び心拍数検出手段５４は、インターフェースと検出手段との各々により取得された検出信号を処理するように、及び、対象者の１つ又は複数の生理学的パラメータを示す生理学的情報をそこから生成するように適応されたプロセッサ５８に動作可能に結合されている。
【０１１１】
実施形態の１つの有益な集合では、検出インターフェース５２と心拍数検出手段５４とのうちの少なくとも１つが、胸部搭載可能検出ユニット、例えば胸パッチ内に統合されている。さらにより好ましくは、検出インターフェースと心拍数検出手段との両方がこのような胸部搭載可能検出ユニットに統合されている。
【０１１２】
例示として統合されたＰＰＧセンサー及びＥＣＧセンサーを組み込んだ胸パッチ６４を身に着けた対象者６２を示す一例が図５に概略的に示されている。追加的に、又は代替的に、例において、パッチは、温度計及び運動センサー、例えば加速度計のうちの１つ又は複数を組み込む。運動センサーは、例において、呼吸速度、及び／又は、コンテキスト情報、例えば体の姿勢、及び、対象者が歩行しているか否かを測定するために使用される。
【０１１３】
胸部搭載検出デバイスは、例えば、病院の一般病棟にいる、又は高度看護施設にいる患者に特に有用である。例えば図５に示される胸パッチベースの検出ユニットは、生理学的データの収集を止めずに対象者が十分に動きやすい状態であり続けることができるので、対象者にとって利便性が高い。
【０１１４】
図４及び図５の例では検出インターフェースがＰＰＧセンサーを備えるが、任意の検出デバイスが、対象者の体の皮膚領域に電磁放射を適用するように、及び、対象者の体からの、又は対象者の体を通った放射光の反射又は透過を検出するように動作可能に使用されてよい。
【０１１５】
概して、電磁放射出射源（例えばＬＥＤ）及び電磁放射センサー（例えばフォトダイオード、又はセンサーアレイ）の任意の組合せが使用されてよい。（異なる波長を出射する）複数の異なる電磁放射出射源が使用されてよい。これらは、例えば、時分割多重化又は周波数多重化において使用される。他の例において、広帯域出射源は、皮膚から反射又は透過された放射を同時に検出するために、個々のセルに適用された光学フィルタを含むセンサーアレイと組み合わされる。
【０１１６】
ここまでに概略的に説明されている例では、独立した検出インターフェース５２及び心拍数検出手段５４が提供されているが、代替的な例において、以下でさらに詳細に説明されるように互いに２つが統合されてよい。
【０１１７】
対象者が動きやすい場合、導出された生理学的パラメータ情報における運動アーチファクトについてより高いリスクが存在する。
【０１１８】
本発明は、生理学的パラメータ情報を導出する、より運動ロバストな測定方法を提供することを目的とする。
【０１１９】
上述のように、本発明は、生理学的パラメータを示す生理学的情報を導出する前述の方法の発展形である。この方法は、ＷＯ２０１７／０５５２１８において詳細に説明されており、「適応型ＰＢＶ」法（ＡＰＢＶ法）と呼ばれる。
【０１２０】
本発明の実施形態は、対象者の心臓活動に関連した（すなわち心拍数検出手段５４を通した）追加的なセンサーデータを使用することによりＡＰＢＶ法のロバスト性を改善する。
【０１２１】
プロセッサは、生理学的パラメータ情報を導出するために、改善されたアルゴリズムに従って検出インターフェース５２及び心拍数検出手段からの信号データを処理するように構成される。
【０１２２】
本発明をより適切に理解するために、知られたＡＰＢＶ法の原理の説明が以下で概略的になされる。さらなる詳細は、ＷＯ２０１７／０５５２１８から、Ｇ．ｄｅ  Ｈａａｎ及びＡ．ｖａｎ  Ｌｅｅｓｔ、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂｌｏｏｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｐｕｌｓｅ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ」、Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．３５  １９１３から、及び、Ｍ．ｖａｎ  Ｇａｓｔｅｌ、Ｓａｎｄｅｒ  Ｓｔｕｉｊｋ、及び、Ｇ．ｄｅ  Ｈａａｎ、「Ｎｅｗ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ａｒｔｅｒｉａｌ  ｂｌｏｏｄ  ｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ，ｅｎａｂｌｉｎｇ  ｍｏｔｉｏｎ−ｒｏｂｕｓｔ  ｒｅｍｏｔｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｐｏｒｔｓ  ６，Ａｒｔｉｃｌｅ  ｎｕｍｂｅｒ：３８６０９（２０１６）から理解される。
【０１２３】
血液酸素飽和度ＳｐＯ２などの生理学的パラメータを測定する一般的に使用される方法は、赤色及び赤外線（ＩＲ）におけるＰＰＧセンサー信号振幅の比率を使用する。特に、赤色ＰＰＧ信号は非常に小さい。この知られた方法を使用すると、赤色ＰＰＧ信号はノイズを含むので、赤色ＰＰＧ信号の振幅が過大評価される。対照的に、ＡＰＢＶ法は、生理学的パラメータ測定結果についての基礎を直接、検出された光周波数振幅に置いているのではなく、むしろ、最良の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を示す導出されたパルス信号をもたらす（以下で説明される）パルス血液ボリューム（「シグネチャ」）ベクトルを識別する。
【０１２４】
ＰＰＧ信号は、皮膚における血液ボリュームの変動により結果的にもたらされる。特に、心臓が血液を脈管床の抵抗に逆らって送るとき、心臓の拍動は動脈内における圧力変動をもたらす。動脈は弾性体であるので、圧力変動と同時に動脈の直径が変化し、それにより、所与の領域に存在する血液の局所的ボリュームが増加する。これらの直径の変化は皮膚のより小さい脈管においても発生し、ボリューム変動が光の変化する吸収をもたらす。
【０１２５】
変動は、反射光／透過光の異なるスペクトル成分の相対強度の観点から特徴的な脈動性「シグネチャ」を発生させる。このシグネチャは、無血の皮膚組織のものと比較された血液に対する吸収スペクトルの間のコントラストにより結果的にもたらされる。
【０１２６】
ディテクター、例えばカメラ又はセンサーが、光スペクトルの特定の部分を各々が検出する別々の数の色チャンネルＣｎを含む場合、これらのチャンネルに対する（信号強度により示される）相対的脈動性は、「正規化血液ボリュームベクトル」（Ｐｂｖ）とも呼ばれる「シグネチャベクトル」の形態で数学的に表記され得る。このシグネチャベクトルが知られている場合、色チャンネル及びシグネチャベクトルに基づく運動ロバストなパルス信号の抽出が可能であることが、Ｇ．ｄｅ  Ｈａａｎ及びＡ．ｖａｎ  Ｌｅｅｓｔ、「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂｌｏｏｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｐｕｌｓｅ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ」、Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．３５  １９１３、２０１４に示されている。
【０１２７】
Ｐｂｖとして規定された単位長さ正規化血液ボリュームパルスベクトル（シグネチャベクトルとも呼ばれる）は、赤色、緑色、及び青色の光信号チャンネルにおける相対ＰＰＧ強度を示し、すなわち、
【数３】
2021503323.tif 000005
であり、ここで、σは標準偏差を示す。
【０１２８】
本概念を例示するために、サンプル血液ボリュームパルスベクトルが、カメラを備える遠隔ＰＰＧセンサーを使用して試験で導出された。
【０１２９】
まず想定されるＰｂｖベクトル成分を定量化するために、赤色、緑色、及び青色チャンネルの信号応答Ｈｒｅｄ（ｗ）、Ｈｇｒｅｅｎ（ｗ）、及びＨｂｌｕｅ（ｗ）がそれぞれ、光学的検出信号Ｃｎを取得するために使用されるグローバルシャッターカラーＣＣＤカメラの波長ｗの関数として測定された。本モデルは、対象者の皮膚の反射率ρｓ（ｗ）を考慮している。ρ値は、絶対ＰＰＧ振幅曲線ＰＰＧ（ｗ）に基づくものとした。
【０１３０】
例えばｄｅ  Ｈａａｎ及びｖａｎ  Ｌｅｅｓｔの上記の論文の図２に示されるこれらの曲線から、理論的な血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖが、次のように演算され、
【数４】
2021503323.tif 000006
本式は白色ハロゲン照明スペクトルＩ（ｗ）を使用して、正規化されたＰｂｖ＝［０．２７，０．８０，０．５４］を導く。より多くのノイズを含む曲線を使用する場合、結果は、Ｐｂｖ＝［０．２９，０．８１，０．５０］である。
【０１３１】
これらの値は、９８＋／−２％の知られたＳｐＯ２値をもつ健康な対象者に対して取得された。
【０１３２】
使用されるモデルにより予測された血液ボリュームパルスは、白色照明状態のもとでの、及び、同じ知られたＳｐＯ２をもつ多くの健康な対象者に対する測定結果を平均化した後に導出された、実験的に測定された正規化血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖ＝［０．３３，０．７８，０．５３］に合理的に適切に対応する。この結果により、特に赤色において、及び、より小さい程度で青色チャンネルにおいて観察されたＰＰＧ振幅は、５００ｎｍから６００ｎｍの間のインターバルにおける波長からのクロストークにより主に説明され得ると結論づけられた。正確な血液ボリュームパルスベクトルは、モデルが示す、カメラ又は光センサーのカラーフィルタ、光のスペクトル、及び皮膚の反射率に依存する。実際には、ベクトルは波長チャンネルの所与の集合に対して大幅に安定することが分かる（本ベクトルはＲＧＢベースのベクトルに比べて赤外線において異なる）。
【０１３３】
白色照明のもとでの赤色、緑色、及び青色チャンネルにおける皮膚の相対反射率が皮膚のタイプにほとんど依存しないことがさらに見出された。
【０１３４】
結果として、正規化血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖは所与の一定のＳｐＯ２に対して一定の、例えば白色の照明のもとで非常に安定であると結論づけられた。
【０１３５】
したがって、血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖの安定した特徴は、それが、血液ボリューム変化によりもたらされる取得された信号の色の変動と、例えば、対象者の運動、又は、センサーの動きといった代替的な原因に起因した変動とを区別することに有用に使用されることを可能にし、すなわち、Ｐｂｖベクトルは、色の変動の他の原因からこのような変化を区別するために、血液ボリューム変化の「シグネチャ」として使用され得る。
【０１３６】
したがって、色チャンネルＰｂｖの知られた相対的脈動性は、真の生理学的パルス信号を表す導出されたパルス信号の成分と、ひずみによりもたらされるものとを弁別するために使用され得る。
【０１３７】
ＡＰＢＶ法に従って、導出されたパルス信号Ｓの各々が、例において、個々のＤＣを含まない正規化色チャンネルの線形結合（又は、別の種類の「混合」）として次のように記述される。
Ｓ＝ＷＣｎ
ここで、ＷＷＴ＝１であり、３×Ｎ行列Ｃｎの３つの行の各々が、それぞれ、ＤＣを含まない正規化された赤色チャンネル信号Ｒｎ、緑色チャンネル信号Ｇｎ、及び青色チャンネル信号ＢｎのＮ個のサンプルを含み、すなわち次式のとおりである。
【数５】
2021503323.tif 000007
【０１３８】
演算子μは平均に対応している。
【０１３９】
ＡＰＢＶ法は、例えば、米国特許出願公開第２０１３／２７１５９１（Ａ１）号において、及び、上記の論文ｄｅ  Ｈａａｎ及びｖａｎ  Ｌｅｅｓｔにおいても説明されるように血液ボリュームパルスベクトルを使用して混合係数Ｗを取得する。帯域通過フィルタ処理されたバージョンのＲｎ、Ｇｎ、及びＢｎが使用される場合、最良の結果が得られる。この方法によると（検出信号チャンネル空間における）Ｐｂｖの知られた「方向」は、パルス信号とひずみとを弁別するために使用される。
【０１４０】
パルス信号は、正規化された色信号の線形結合として導出される。赤色、緑色、及び青色チャンネルにおけるパルス信号の相対振幅がＰｂｖにより与えられることが知られているので、色チャンネルＲｎ、Ｇｎ、及びＢｎとの相関がＰｂｖに等しいパルス信号Ｓを与える重みＷＰＢＶが調べられる。言い換えると少なくとも２つの検出信号の重み付けされた組合せが、結果として得られるパルス信号が元の検出信号Ｃｎ、及び、パルス血液ボリューム（Ｐｂｖ）ベクトルと相関するように選択された重みを使用して探される。
【数６】
2021503323.tif 000008
及び、結果として混合のための重みが、
【数７】
2021503323.tif 000009
により決定され、ここで、スカラーｋは、ＷＰＢＶが単位長さをもつように決定される。正規化血液ボリュームパルスＰｂｖにおいて反映されたＰＰＧ信号の特徴的な波長依存性は、皮膚エリアにわたって平均化された時間シーケンシャルＲＧＢピクセルデータからパルス信号を推定するために使用され得ると結論づけられる。
【０１４１】
したがって、上述のように、パルス信号（Ｓ１、Ｓ２）は、少なくとも２つの検出信号Ｃｎの加重和として導出される。
【０１４２】
しかし、「正確な」すなわち無ノイズのパルス信号を達成するために、パルス信号を形成するために使用されるシグネチャが「正しい」こと、すなわち、真の血液ボリューム変動を正確に表すことは、そうでなければ適用された重み付けが生成されたパルス信号にノイズを混合するので重要である。
【０１４３】
この目的を達成するために、ＡＰＢＶ法では、品質インジケーター値が導出されたパルス信号の各々に対して演算され、及び少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報が、最良の品質インジケーター値をもつパルス信号を結果的にもたらすシグネチャベクトルのみを使用して、及び／又は、パルス信号から、すなわち、最良の品質インジケーター値をもつパルス信号から導出される。
【０１４４】
検出信号が単に任意の比率に従って組み合わされた場合、結果として得られるパルス信号は比較的悪い信号対ノイズ（ＳＮＲ）比（すなわち悪い品質インジケーター）をもたらすことが知られている。したがって、有益な実施形態において、最良ＳＮＲパルス信号（すなわち最良の品質インジケーター）を与える血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖを選択することにより、アルゴリズムが、正しい生理学的パラメータ情報（例えば血液酸素飽和度ＳｐＯ２）を実現することに最も近くなる。
【０１４５】
したがって、ＡＰＢＶ法は最適なパルスボリューム血液ベクトルＰｂｖベクトルの選択を導くための品質基準を使用する。
【０１４６】
最高品質のＰｂｖベクトルを特定するための例示的な一実施態様が、例えば図３を参照してここまでに示されている。
【０１４７】
抽出されたパルス信号は、フーリエ（周波数）領域に変換され、結果として得られるスペクトルは正規化される（スペクトルエネルギーの和が１に等しい）。
【０１４８】
最高ピークの高さは品質インジケーター値として使用される。本方法が適切に機能するために、スペクトルにおける最高ピークが対象者のパルスを示し、例えば運動によりもたらされるノイズではないことが必要である。したがって、本方法は、制御された条件のもので、静止した患者に対して適切な働きをするが、動きやすい患者に対しては、運動が信号における大きいノイズ成分の生成をもたらしてＰｂｖベクトルの選択を誤らせ得るというリスクが存在する。
【０１４９】
この問題は、特定された生理学的パラメータ情報の正確さを改善するように、別の（より運動ロバストな）センサーから取得された心拍数情報を使用して本発明において解決される。
【０１５０】
本発明の実施形態の１つの集合によると、対象者の心臓活動の周波数スペクトルが心拍数検出手段５４（例えばＥＣＧセンサー又は加速度計）を使用して測定される。この後、取得された心拍信号スペクトル内において識別された周波数成分が、最高スペクトルピークを識別する前に、導出されたパルス信号スペクトル内において強調又は増強される。この手法により、スペクトル内における最高ピークが対象者のパルスに実際に対応していることがより適切に確実なものとされる。したがって、最高ピークの値（すなわち高さ）は、より高ロバストな品質インジケーター尺度にレンダリングされる。
【０１５１】
実施形態のさらなる集合によると、この場合も、対象者の心拍信号の周波数スペクトルが、心拍数検出手段５４を使用して取得される。この後、取得された心拍信号スペクトルにおいて識別された周波数成分に対応していないフーリエ変換されたパルス信号の周波数成分が、最高スペクトルピークを識別する前に小さくされ、又はなくされる。この場合も、これは、スペクトル内における最高ピークが対象者のパルスに実際に対応していることをより適切に確実なものとし、最高のピーク高さがより高ロバストな品質インジケーター尺度であることを確実なものとする。
【０１５２】
実施形態の１つの集合によると、対象者の心臓活動の周波数スペクトルは、この場合も心拍数検出手段５４を使用して取得される。この後、心拍信号スペクトルにおいて識別された周波数成分に対応した周波数のみにおける、フーリエ変換されたパルス信号の信号値又は高さに基づいて、品質インジケーター値が特定される。
【０１５３】
例えば、品質インジケーター値は、心拍信号の周波数成分に対応したフーリエ変換されたパルス信号内における最高ピークの値となるように得られる。代替的に、品質インジケーター値は、心拍信号の周波数成分に対応したパルス信号スペクトルにおけるピーク高さのすべての平均高さとなるように得られる。
【０１５４】
実施形態の代替的な集合によると、品質インジケーター値は、パルス信号と心拍数検出デバイスを使用して導出された心拍信号との間の相関の強さに基づく。代替的な例において、品質インジケーター値は、パルス信号に対するそれぞれの周波数スペクトルと心拍信号との間の相関の強さに基づく。言い換えると、品質インジケーター値は、時間領域又は周波数領域において導出されたパルス信号と心拍信号との間の相関の強さに基づく。
【０１５５】
実施形態のこの集合によると、相関はまず例えば、２つの信号間の標準ピアソン係数を導出することにより、導出されたパルス信号の各々と取得された心拍信号との間において導出され、又は計算される。次に、各パルス信号に対する品質インジケーター値は、例えば単純に、導出された相関係数自体として得られる。
【０１５６】
有益な例の集合によると、分析信号は、まず、例えばヒルベルト変換を使用して心拍信号から導出される。次に、各パルス信号に対する品質インジケーター値は、パルス信号と導出された分析信号との間の相関の大きさに基づく。品質インジケーターは、例えば単に相関の大きさ自体として得られる。
【０１５７】
品質インジケーター値が、導出されたパルス信号の各々に対して導出された後、これらの値が比較され、最高の品質インジケーター値をもつパルス信号が識別される。この後、少なくとも１つの生理学的パラメータを示す生理学的情報が、血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖであって、その血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖから最高品質のパルス信号が導出された、血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖから、又は、最高品質のパルス信号自体から導出される。
【０１５８】
実施形態の１つの集合によると、血液酸素飽和度ＳｐＯ２を示す情報が導出される。
【０１５９】
上述のように、ＳｐＯ２は、例において、ＰｂｖベクトルをＳｐＯ２値に関連付ける事前に規定された参照テーブルにより、又は、代替的な例において、Ｐｂｖベクトルに基づいてＳｐＯ２の特定を可能にする校正式により、識別された最高品質のＰｂｖベクトルから導出される。校正式は、例えば、ＳｐＯ２＝１００−Ｃ１×ｋの形態をとり、ここで、Ｃ１はＳｐＯ２センサーから受信された検出信号値であり、ｋは最高品質の信号をもたらすＰｂｖベクトルに関連した数（例えばテーブル又はリストに列記されたＰｂｖベクトルの数）である。
【０１６０】
追加的に、又は代替的に、他の生理学的パラメータを示す情報が、最高品質のパルス信号及び／又は対応する血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖから導出される。導出され得る生理学的パラメータとして、例えば、一酸化炭素ヘモグロビン（ヘモグロビンに結合されたＣＯ）、ビリルビン、及びメトヘモグロビンが挙げられる。
【０１６１】
これらは、生理学的パラメータとのＰｂｖベクトルの関連付けを可能にする専用の事前に規定された参照テーブルにより、又は、専用の相関式により、ＳｐＯ２と同様の手法により識別された最高品質のＰｂｖベクトルから導出され得る。
【０１６２】
上述のように、ＡＰＢＶ法では、（例えば検出された光の異なる色チャンネルといった）異なる放射波長に各々が関連した検出信号Ｃｎの重み付けされた組合せからパルス信号が導出され、重み付けは、Ｐｂｖベクトルの集合の異なるものの成分に基づく。同じアプローチが本発明において適用される。
【０１６３】
特に、プロセッサ５８は、各パルス信号の演算に対して異なる（正規化された）血液ボリュームベクトルＰｂｖ１、Ｐｂｖ２を使用して、少なくとも２つの検出信号Ｃｎから少なくとも２つのパルス信号Ｓ１、Ｓ２を演算する。このステップは、例えば、上記のｄｅ  Ｈａａｎ及びｖａｎ  Ｌｅｅｓｔの論文において、又は、Ｍ．ｖａｎ  Ｇａｓｔｅｌ、Ｓ．Ｓｔｕｉｊｋ及びＧ．ｄｅ  Ｈａａｎ、「Ｍｏｔｉｏｎ  ｒｏｂｕｓｔ  ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ  ｉｎ  ｉｎｆｒａｒｅｄ」、ＩＥＥＥ、Ｔｒ．Ｏｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、２０１５において詳細に説明されている。
【０１６４】
各パルス信号の演算に対して使用される異なる血液ボリュームベクトルＰｂｖ１、Ｐｂｖ２が、少なくとも２つの検出信号Ｃｎにおけるパルス信号Ｓ１、Ｓ２の想定される相対強度を提供する。パルス信号Ｓ１、Ｓ２の演算は、結果として得られるパルス信号Ｓ１、Ｓ２が、それぞれのシグネチャベクトルＰｂｖ１、Ｐｂｖ２により示される元の検出信号Ｃｎと相関するように、例えば、Ｐｂｖベクトル成分により決定付けられた比例関係により元の検出信号と相関するように選択された重みを使用した、少なくとも２つの検出信号Ｃｎの重み付けされた組合せを伴う。
【０１６５】
より詳細には、プロセッサ５８は、時間ウィンドウにわたって正規化されたＤＣを含まない検出信号Ｃｎの共分散行列Ｑ＝ＣｎＣｎＴを演算することにより、パルス信号を演算するように、及び、パルス信号
【数８】
2021503323.tif 000010
を演算するために、
【数９】
2021503323.tif 000011
として重みＷｘを算出するように構成され、ここで、ｋは、
【数１０】
2021503323.tif 000012
及び、ｘ∈｛１，２｝であるように選択される。重み及び血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖが、同じ検出信号Ｃｎから取得された２つのパルス信号に対して異なることに留意されなければならない。
【０１６６】
好ましい例では、異なる血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖ１、Ｐｂｖ２の固定の集合が使用される。これらは、例において、事前に規定される。
【０１６７】
血液ボリュームパルスベクトルＰｂｖ１、Ｐｂｖ２の固定の集合が、測定される生理学的パラメータの範囲をカバーする。例えば、ＳｐＯ２に対して、血液ボリュームパルスベクトルの集合は、６０％から１００％の間の範囲におけるＳｐＯ２値に対応する。ベクトルは、各対象者に対して同じであり、例えば参照テーブルに記憶される。
【０１６８】
血液ボリュームベクトルの所与の集合が、典型的には、ただ１つの様々な生理学的パラメータの測定に関連している。本例では、ＳｐＯ２が考慮される。しかし、別の血液ガスが特定される場合、（この、他のガスはガスの濃度に応じて異なる血液吸収スペクトルを与えるので）血液ボリュームベクトルの異なる集合が必要となる。
【０１６９】
この例示的な説明の場合、ただ１つの血液成分が特定されると仮定するが、シグネチャベクトルの集合がガスのすべての可能な組合せをカバーするのであれば、十分に多くの波長を使用すると、原理的には１つより多い血液成分が測定可能である。血液ボリュームベクトルの複数の異なる集合が例えば参照テーブルに記憶される。
【０１７０】
上述の処理は、時間ウィンドウにわたって行われ、検出信号の例えば１０秒が各波長チャンネルにおいて取得される。したがって、このウィンドウは、スライドウィンドウであり、すなわち、時間的にいくらか後に設定された次の測定も１０秒のウィンドウからのものとなる。各ウィンドウにおいて取得された測定結果から、（見出された「最高品質の」血液ボリュームパルスベクトルに基づいて導出された）生理学的パラメータ（例えばＳｐＯ２）の推定値が導出される。（異なる時間ウィンドウからの）結果として得られる連続した生理学的パラメータ推定値が、次に、より滑らかな、及びより高い分解能の測定結果を取得するために（時間的に）フィルタ処理される。
【０１７１】
このフィルタ処理は、以下のように理解される。
【０１７２】
説明されているように、検出システムは繰り返すように、例えば規則的な時間インターバルで検出信号を取得するように適応される。プロセッサはこれらから、対応する時系列の（連続した）「最高品質の」血液ボリュームパルスベクトルを特定するように適応され、この対応する時系列の（連続した）「最高品質の」血液ボリュームパルスベクトルの各々は、血液ボリュームパルスベクトルであって、この血液ボリュームパルスベクトルに対して、所与の時点に対して（その時点での検出信号の関連する取得された集合に基づいて）最高品質のパルス信号が導出された、血液ボリュームパルスベクトルである。追加的に、又は代替的に、対応する一連の生理学的パラメータ測定結果（例えばＳｐＯ２）が、一連のＰｂｖベクトルから導出される。
【０１７３】
プロセッサは、このような場合において、取得された時間的シーケンスの血液ボリュームパルスベクトルをフィルタ処理して、フィルタ処理されたシグネチャベクトルであって、このフィルタ処理されたシグネチャベクトルから生理学的情報が導出される、フィルタ処理されたシグネチャベクトルを取得する（又は、プロセッサは、ＳｐＯ２値をフィルタ処理してフィルタ処理されたＳｐＯ２値を取得する）。
【０１７４】
特に、外れ値をなくし、又は結果を平滑化し、それにより、より信頼性の高い結果を達成し、又は、例えば、導出された生理学的パラメータ（例えばＳｐＯ２）の分解能を改善するために、時系列のベクトル（又は値）が時間的にフィルタ処理される。
【０１７５】
例えば、５％以下しか離れていないＳｐＯ２値に対応したＰｂｖベクトルのみを保持するように構成されたフィルタが適用される。この場合、時間的なフィルタ処理は、ＳｐＯ２分解能を１％まで高める。
【０１７６】
１つ又は複数の実施形態によると、プロセッサは、最高品質をもつパルス信号を結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトルを特定することにおいて、どのパルス信号が最良の品質インジケーター値をもたらすかに依存した方向において、血液ボリュームパルスベクトル（Ｐｂｖ１、Ｐｂｖ２）の限られた集合の中の１つ又は複数を適応させるように構成される。
【０１７７】
これらの実施形態において、最高品質のパルスベクトルを結果的にもたらす血液ボリュームパルスベクトル（Ｐｂｖ）を特定することは、繰り返される方法により実施され、これにより、Ｐｂｖベクトルの初期の限られた集合が試験され、結果に基づいて、改善されたＰｂｖベクトルが、最高品質のＰｂｖベクトルに集束されるまで試験するために選択又は導出される。
【０１７８】
このような方法では、（全範囲の関連する生理学的パラメータ値、例えばＳｐＯ２値に対応した）すべての可能性のあるＰｂｖベクトルを試験するのではなく、限られた集合、例えば２つだけが試験される。「試験される」とは、このコンテキストにおいて、パルス信号を関連するＰｂｖベクトルから導出すること、及び、そのパルス信号に対する品質インジケーター値を特定することを意味する。
【０１７９】
例示として、（例えば２つの）パルスボリュームベクトルの初期集合を試験する場合、最低のＳｐＯ２値に対応したＰｂｖベクトルが、最高の品質インジケーター値を達成し、次に、第２の試験ラウンドが始まり、その低ＳｐＯ２値ベクトル、及び、さらに低い値のＳｐＯ２のＰｂｖベクトルが試験される。この工程は、最高品質のパルス信号を達成するＰｂｖベクトルへの集束が達成されるまで続く。
【０１８０】
言い換えると、さらなる試験が実施される方向、すなわち、より高い生理学的パラメータに対応したＰｂｖベクトルが試験されるべきか、より低い生理学的パラメータに対応したＰｂｖベクトルが試験されるべきかを導くために各試験ラウンドの結果が使用される動的な繰り返される試験工程が続く。
【０１８１】
結果として、反復的な処理の演算がより少なくなり、したがって、より効率的となる。
【０１８２】
実施形態の１つ又は複数の集合によると、プロセッサは、少なくとも２つのパルス信号を導出する前に、取得された検出信号がノイズを低減するように適応的にフィルタ処理されたフィルタ処理ステップを実施するように適応される。特に、検出信号は、運動によりもたらされる信号成分の寄与を減らすようにフィルタ処理される。
【０１８３】
例の１つの集合において、検出システムは、基準ノイズ信号に基づいて検出信号を適応的にフィルタ処理するように適応される。例えば、基準ノイズ信号は、検出システムに影響を与える（運動的な）妨害に対応した信号である。
【０１８４】
例の１つの特定の集合において、例えば、検出システムは、対象者の運動を検出するために対象者に装着又は結合された運動検出手段、例えば加速度計を備える。システムの制御装置５８は、運動検出手段から運動信号を取得するように、及び、運動信号に従って検出信号を適応的にフィルタ処理するように適応されている。この場合、運動信号は基準ノイズ信号として使用される。例えば、制御装置は、取得された運動信号において検出された周波数成分に対応した検出信号の周波数成分の大きさを小さくし、又はその検出信号の周波数成分を除去する。これは、まず、検出信号と運動信号とを周波数領域に変換することにより実施される。
【０１８５】
このようなフィルタ処理工程を実施するための例示的なフィルタ回路が図６に示される。
【０１８６】
例示的な回路によると、入力検出信号Ｉｎ＝ｓ（ｎ）＋ｄ（ｎ）（ここで、ｓ（ｎ）は誤差のない信号に対応し、ｄ（ｎ）は信号のノイズ成分に対応する）は、適応的な有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ７６により繰り返し処理される。
【０１８７】
適応型フィルタは最適な出力を達成するためにそのフィルタ処理特性を繰り返し変更する動的フィルタである。特に、適応型フィルタは、各繰り返しにおいてフィルタの所望の出力と実際の出力との間の差の関数を最小化するようにアルゴリズムに基づいて適応型フィルタのパラメータを調節するように適応されている。
【０１８８】
本例では、適応型フィルタ７６のフィルタ処理パラメータは、正規化線形平均平方（ＮＬＭＳ）アルゴリズム７４の出力に基づいて変更される。これは、本分野においてよく知られた適応型フィルタアルゴリズムであり、当業者は、示される回路に関するコンテキストにおいてそれを実現する手段を認識する。
【０１８９】
回路は適応型フィルタ７６を使用して入力検出信号Ｉｎを繰り返し処理する。適応型フィルタは、ノイズｄ（ｎ）に対応した基準信号Ｉ２を入力として受信する。本例の場合、基準信号は例えば、対象者の運動を測定するために対象者に結合された加速度計といった動きディテクターの出力信号となるように得られる。運動は、検出信号においてノイズアーチファクトを生成する運動的な妨害に対応している。フィルタ７６は、基準ノイズ信号Ｉ２の周波数スペクトルにおいて観測された周波数成分に対応した入力信号Ｉ１の周波数成分の大きさを小さくするように、又は、その入力信号Ｉ１の周波数成分を除去するように適応されている。
【０１９０】
適応型フィルタの出力は、誤差信号ｅ（ｎ）を導出するように、入力検出信号Ｉｎに混合器７２を介して減算的に組み合わされる。
【０１９１】
各繰り返しにおいて、誤差信号ｅ（ｎ）は、次に、ＮＬＭＳアルゴリズムにフィードバックされ、適応型フィルタ７６のパラメータが誤差信号に基づいて更新される。誤差信号は、次に、ノイズをさらにフィルタ処理するように及び、最適化されたフィルタ処理された信号に繰り返し進展するように、適応型フィルタを使用して再処理される。
【０１９２】
最終的な集束結果はフィルタ回路から出力される。これは、図６において強調された信号（「Ｅｎｈ．信号」）とラベル付けされている。
【０１９３】
例のさらなる集合によると、制御装置５８は、代替的に、対象者のパルスに対する基準信号に基づいて（少なくとも２つのパルス信号を導出する前に）検出信号をフィルタ処理するように適応されてよい。
【０１９４】
特に、検出信号は、特定の例において、検出システムの心拍数検出手段により検出された心拍信号に従ってフィルタ処理される。これらの例において、制御装置は、心拍数検出手段５４を使用して対象者の心拍数又は脈拍数の尺度を取得するように、及び、測定された心拍信号の検出された周波数成分に対応していない検出信号の周波数成分の大きさを小さくするように、又は、その検出信号の周波数成分を除去するように適応されている。制御装置は、任意選択的に、測定された心拍信号において検出された周波数成分に対応した検出信号の周波数成分の大きさ又は相対的な大きさを大きくするようにさらに適応される。これは、まず、検出信号及び取得された心拍信号を周波数領域に変換することにより実施される。
【０１９５】
このようなフィルタ処理工程を実施するための例示的なフィルタ回路が図７に示されている。
【０１９６】
図６の回路に類似して、本回路は、入力検出信号Ｉｎ＝ｓ（ｎ）＋ｄ（ｎ）を繰り返しフィルタ処理するように構成された適応型有限インパルス応答（ＦＩＲ）回路８６を備え、ここで、ｓ（ｎ）は誤差のない検出信号であり、ｄ（ｎ）は信号の誤差成分である。
【０１９７】
適応型フィルタは、対象者のパルスに対応した基準信号Ｉ２を入力として受信する。本例の場合、基準信号は、検出システムの心拍数検出手段から取得された心拍信号となるように得られる。上記の例において説明されているように、心拍数検出手段は、特定の例においてＰＰＧセンサー又はＥＣＧ検出デバイスを備える。フィルタ８６は、基準心拍信号Ｉ２の周波数スペクトルにおいて観測された周波数成分に対応していない入力信号Ｉ１の周波数成分の大きさを小さくするように、又は、その入力信号Ｉ１の周波数成分を除去するように適応されている。
【０１９８】
適応型フィルタ８６の出力は、誤差信号ｅ（ｎ）を導出するように、入力検出信号Ｉｎに混合器８２を介して減算的に組み合わされた。誤差信号は適応型フィルタ８６を使用して繰り返し再処理され、フィルタのパラメータは、誤差信号ｅ（ｎ）に基づいて（上述の図６の回路に対して説明されている手法と同じ手法により）正規化線形平均平方アルゴリズム８４に従って各繰り返しにおいて更新される。最終的な集束結果が、強調された信号（「Ｅｎｈ．信号」）としてフィルタ回路から出力される。
【０１９９】
例のさらなる集合によると、帯域通過周波数フィルタ（例えば狭帯域通過周波数フィルタ）が、パルス信号を特定する前に検出信号に適用される。フィルタにより通される周波数の範囲は、これらの場合において、心拍数検出手段を使用して取得された心拍信号の検出された周波数成分に従って決定される。この場合、心拍信号の周波数スペクトルにおける対応を導出する検出信号のそれらの周波数成分のみが、フィルタの適用後に留まり続ける。これは、例えば、直前に説明されている例において概説されているフィルタ処理前アプローチを実施する単純な手段を表す。
【０２００】
パルス信号を導出する前に検出信号をフィルタ処理することにより、運動アーチファクトの寄与が少なくされ得、それにより、生理学的パラメータ測定結果における正確さの改善を可能にする。
【０２０１】
上述のように、本発明の実施形態は、検出インターフェース（例えばＳｐＯ２センサー）及び心拍数検出手段（例えばＥＣＧ又は加速度計）を備える、又は統合した胸パッチを有益に使用する。この手法により、すべてのセンサーが、利便性を高めるように単一のパッチに統合される。このようなパッチは、動きやすい対象者（例えば一般病棟の患者、及び高度看護施設の患者又は入居者）に対してであっても正確なＳｐＯ２読み取り値を与えなければならない。
【０２０２】
より広くは、胸パッチベースであるか否かにかかわらず任意のＳｐＯ２センサーが、例において、本発明により提供される解決策の恩恵を受ける。
【０２０３】
本発明が利点を提供する用途の別の例は、例えば遠隔ＰＰＧ検出といった、例えばカメラ（生命兆候カメラ）を使用した、非接触生理学的パラメータ監視の用途である。
【０２０４】
ここまでに簡単に説明されているように、心拍数検出手段は、多くの異なる手法により円滑化される。
【０２０５】
様々な実施形態によると、心拍数検出手段は、ＰＰＧセンサーを備え、又はＰＰＧセンサーにより円滑化される。ＰＰＧセンサーは、いくつかの場合において、生理学的パラメータ情報を特定するために使用される検出信号を導出するために使用される検出インターフェースに対して、体の異なる位置に適用される。
【０２０６】
実施形態の１つの集合では、例えば、検出システムは、対象者の心拍数又は脈拍数を検出するための１つの補助ＰＰＧセンサーを備える。単純な例によると、患者は、例えば、（脈拍数の形態をとる）心拍信号を連続的に、又は繰り返し導出するように適応された補助ＰＰＧセンサー（例えば指ＰＰＧセンサー）を使用して連続的に監視される。生理学的パラメータ検出システム（例えば、ビリルビンレベルを光学的に検出するためのビリルビノメーター）が、検出インターフェースとプロセッサとを備え、検出された心拍信号出力を受信するためにＰＰＧセンサーに通信可能に接続するように適応される。通信接続として、例えば、近距離無線通信（ＮＦＣ）接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ接続、又は任意の他の有線又は無線通信チャンネル又はリンクが挙げられる。
【０２０７】
ビリルビノメーターの検出インターフェースは、ＰＰＧセンサーから取得された心拍信号情報を使用して本発明の方法によりビリルビンを示す生理学的情報を導出するためにプロセッサにより使用される。
【０２０８】
実施形態のさらなる例示的な集合によると、検出システムは、心拍信号を検出するための複数のＰＰＧセンサーを備える。いくつかの例において、各々から取得された心拍信号の強度が特定され、最高強度の心拍信号（例えば最高の信号対ノイズ比）を実現する１つのセンサーが、本発明の方法により生理学的パラメータ情報を導出することにおいて使用される心拍信号を取得するために使用される。
【０２０９】
１つの単純な例において、例えば、（ＰＰＧセンサーの例である）複数のＳｐＯ２センサーが、患者の体における異なる位置に同時に適用される。各ＳｐＯ２センサーは、本発明の方法によりＳｐＯ２を導出するために、心拍数を検出することと、検出信号Ｃｎを取得することとの両方をするように動作可能である。この場合において、各ＳｐＯ２センサーは、検出インターフェース５２と心拍数センサー５４との両方の機能を実施する（すなわち、２つが互いに統合される）。
【０２１０】
（測定されたパルス信号の形態をとる）最も強い測定された心拍信号（例えば最高の信号対ノイズ比）を生成するとして識別されるセンサーが、次に識別される。このセンサーは、次に、本発明に従ってＳｐＯ２（又は、任意の他の生理学的パラメータ）を導出することにおいて、他のセンサーのすべてのために心拍数検出手段として使用される。
【０２１１】
実施形態の少なくとも１つの集合によると、心拍数検出手段と検出インターフェースとの両方が、ＰＰＧセンサーを備え、又はＰＰＧセンサーにより円滑化される。このような場合において、２つが一体的に組み合わされてよく、すなわち、両方が、同じＰＰＧセンサーを備え、又は、同じＰＰＧセンサーにより円滑化されてよい。
【０２１２】
これらの場合において、１つのＰＰＧセンサーは、複数の異なる波長の電磁放射を放射及び検出するように適応され、波長のある部分集合が、心拍信号（又は脈拍数信号）を直接検出するために使用され、波長のさらなる部分集合が、本発明の方法により生理学的パラメータ測定結果を取得するために使用される検出信号を取得するために使用される。
【０２１３】
例の１つの集合において、少なくとも３つの異なる波長、例えば５２０ｎｍ（緑色）、６６０ｎｍ（赤色）、８３０ｎｍ（赤外線）、及び、任意選択的に、さらに９４０ｎｍ（赤外線）の電磁放射を出射するように、及び検出するように適応された１つのＰＰＧ検出手段が使用されてよい。ＰＰＧ検出手段は、特定の例において胸パッチ又はリストバンドに組み込まれてよく、又は、カメラ（すなわち遠隔ＰＰＧ検出手段）により提供されてよい。
【０２１４】
緑色光のみが、本発明の方法における使用のために心拍信号を測定するために使用されてよいとともに、赤色及び赤外線光が、生理学的パラメータ情報（例えばＳｐＯ２）を導出することにおける使用のために検出信号を取得するために使用される。緑色ＰＰＧ信号は、典型的には、赤色及び赤外線より、はるかに高い信号対ノイズ比（より強いパルス、より高いＡＣ／ＤＣ）をもち、したがって、心拍数又は脈拍数を特定することに、より適している。さらに、緑色光は組織内への侵入深さがより浅く、したがって、例えば赤色及び赤外線光と比べると、ＳｐＯ２を特定することにあまり適さない。
【０２１５】
例のさらなる集合によると少なくとも２つの異なる波長、例えば５２０ｎｍ（緑色）、及び１つ又は複数の赤色及び／又は赤外線波長の電磁放射を出射するように、及び検出するように適応された１つのＰＰＧ検出手段が使用されてよい。
【０２１６】
緑色光のみが、本発明の方法における使用のために心拍信号を測定するために使用されてよいとともに、緑色光の信号が、例えばＳｐＯ２といった生理学的パラメータ情報を導出することにおける使用のために検出信号を取得するために赤色／赤外光と一緒に使用されてよい。この場合も、ＰＰＧ検出手段は、例において、胸パッチ又はリストバンドに組み込まれてよく、又はカメラ（すなわち遠隔ＰＰＧ検出手段）により提供されてよい。
【０２１７】
例のさらなる集合によると、例えば５２０ｎｍ（緑色）、６６０ｎｍ（赤色）、８３０ｎｍ（赤外線）、及び任意選択的に、さらには９４０ｎｍ（赤外線）といった少なくとも３つの異なる波長の電磁放射を出射するように、及び検出するように適応された１つのＰＰＧ検出手段が使用されてよい。ＰＰＧ検出手段は、例において、胸パッチ又はリストバンドに組み込まれてよく、カメラ（すなわち遠隔ＰＰＧ検出手段）により提供されてよい。
【０２１８】
本発明の方法における使用のための心拍信号は、波長の組合せ（赤色及び／又は赤外線と一緒に緑色）を使用して取得されてよい。これは、論文「Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｍｏｔｉｏｎ  ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ｒｅｍｏｔｅ−ＰＰＧ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｂｌｏｏｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｐｕｌｓｅ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ」、ｄｅ  Ｈａａｎ，Ｇ及びｖａｎ  Ｌｅｅｓｔ，Ａにおいて説明されている方法を使用して達成され得る。この方法は、本発明において使用される方法と同様であり、異なる色チャンネル信号（緑色、赤色及び／又は赤外線）の異なる重み付けされた組合せに基づいて、複数の異なる予測パルス信号を導出することを有し、重み付けは、パルスボリュームベクトルの集合の成分に基づいて特定される。品質インジケーター値は、導出されたパルス信号（例えば信号対ノイズ比）の各々に対して特定され、最高の品質インジケーター値をもつパルス信号は、本発明により生理学的パラメータを特定することにおいて補助心拍信号として使用される。
【０２１９】
開示される実施形態に対する他の変形例が、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の考察により、請求項に記載された発明を実施する当業者により理解及び実現され得る。特許請求の範囲において、「備える（含む、有する、もつ）」という用語は、他の要素もステップも排除せず、単数形の表現は複数を排除しない。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということが、利点を得るためにこれらの手段の組合せが使用不可能なことを示すわけではない。特許請求の範囲における参照符号は、いずれも特許請求の範囲を限定するように解釈されてはならない。
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図２】
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【図３（Ａ）】
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【図３（Ｂ）】
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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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【国際調査報告】
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