(57)【要約】 【課題】血液循環量と組織内を流れる非パルスの血液の流れに大きく影響されることのない脈拍計／酸素濃度計を提供する。【解決手段】  本発明の脈拍計／酸素濃度計は、（Ａ）ドーム形状の構造体（４０）と、（Ｂ）異なる波長の複数の光源（５０）と、前記異なる波長に応答する光検出器（５２）とを有し、前記構造体（４０）は、尺骨（３８）の先端上に所定領域（４２）を固定し、前記所定領域から静脈血流の影響を取り除き、前記光検出器（５２）は、前記光源（５０）から放射された光を測定し、前記光は、前記尺骨（３８）の先端からの前記所定領域（４２）を介したトランス・イルミネーション光である。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ドーム形状の構造体（４０）と、
前記構造体（４０）は、尺骨（３８）の先端上に所定領域（４２）を固定し、前記所定領域から静脈血流の影響を取り除き、
（Ｂ）異なる波長の複数の光源（５０）と、前記異なる波長に応答する光検出器（５２）と
を有し、
前記光検出器（５２）は、前記光源（５０）から放射された光を測定し、
前記光は、前記尺骨（３８）の先端からの前記所定領域（４２）を介したトランス・イルミネーション光である
ことを特徴とする脈拍計／酸素濃度計。
【請求項２】
前記光検出器（５２）は、前記固定領域（４２）上方に配置され、
前記光源（５０）は、前記固定領域（４２）の周囲に配置され、
前記光検出器（５２）は、前記光源（５０）から放射された光が前記尺骨（３８）の先端で反射された反射光を測定し、
前記反射は、前記放射された光から２０°−１６０°の間の角度で行われる
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項３】
（Ｃ）プロセッサを更に有し、
前記プロセッサは測定された反射光から脈拍／酸素濃度のデータを算出する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項４】
（Ｄ）コヒーレント光源（７２）と光検出器（５２）とを有し、
前記光検出器（５２）は、コヒーレント光散乱（ＣＬＳ）データを測定して脈拍を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項５】
前記コヒーレント光源（７２）は、前記複数の光源（５０）の内の１つとして用いられる
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項６】
前記複数の光源（５０）は、
１．異なる波長の２個のＬＥＤと、
２．異なる波長の２個のレーザダイオードと、
３．１個のＬＥＤと前記ＬＥＤの波長以外の波長の１個のレーザダイオード
の内の１つである
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項７】
前記脈拍計／酸素濃度計がストラップ（３２）上に搭載されている
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項８】
前記光検出器（５２）と前記光源（５０）とは、放射された光が７０°−１１０°の間の角度での反射されるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項９】
ユーザの手首に装着されるストラップ（３２）と、
前記ストラップ（３２）に結合される前記ドーム形状の構造体（４０）を有する部材と、
を有し、
前記光源（５０）は、前記部材の近傍で前記ストラップ（３２）に結合され、
前記光検出器（５２）は、前記部材の一部と前記ストラップ（３２）に結合され、
前記光源（５０）と前記光検出器（５２）は、前記光源から放射された光が、前記光検出器に達する前に、前記尺骨（３８）で散乱するように配置される
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項１０】
前記ストラップ（３２）は、ケーシング（３４）を更に有し、
前記ケーシング（３４）は、コヒーレント光源（７２）と光検出器（５２）とを有し、
これによりＳＰＯ２計算に用いられる脈拍と脈拍波形を得るために、コヒーレントの光散乱（ＣＬＳ）データを得る
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項１１】
前記光源（５０）は、前記ドーム形状の構造体（４０）から、０．５−３ｃｍの間の距離だけ離れている
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項１２】
（Ａ）所定領域（４２）を尺骨（３８）の先端上方に固定するステップと、
（Ｂ）前記固定領域（４２）上方の光検出器（５２）を配置するステップと、
（Ｃ）異なる波長の複数の光源（５０）を、前記固定領域（４２）に配置するステップと、
（Ｄ）前記光源（５０）から手首に光を放射するステップと、
（Ｅ）前記光源（５０）からの光が前記尺骨の先端部分で反射された状態の光を検出するステップと
を有し、
前記放射光と検出された反射光との間の角度は、２０°−１６０°の間である
ことを特徴とする血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１３】
（Ｆ）コヒーレント光源（７２）からの光を尺骨が反射するのを検出することにより脈拍を測定するステップ
を更に有する
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記（Ｆ）ステップは、
（Ｆ１）ストラップに結合されたコヒーレント光源（７２）によりコヒーレント光を放射するステップと、
（Ｆ２）前記光検出器と前記光源とを保持するステップと、
（Ｆ３）前記放射されたコヒーレント光から得られた光を光検出器で検出するステップと、
（Ｆ４）前記放射されたコヒーレント光から得られた検出光に基づいて、コヒーレント光散乱（ＣＬＳ）データを得るステップと、
（Ｆ５）前記ＣＬＳデータに基づいて、ＳＰＯ２計算を行うのに必要な脈拍とパルス波形を得るステップと
を有し、
前記コヒーレント光源と光検出器は、ストラップに結合されている
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
（Ｇ）前記コヒーレント光源を複数の光源の１つとして用いるステップ
を更に有する
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記（Ａ）ステップは、前記尺骨の先端に適合するドーム形状構造体により行われる
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手首に装着した脈拍計／酸素濃度計による測定システムと測定方法に関し、特に手首に装着した脈拍計／酸素濃度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の様々な態様を以下開示する。ここでの議論は本発明を理解するための背景技術を提供する為のものである。従ってここに記載した事項は、従来技術として認めているものではない。
【０００３】
医療分野においては、医者は、患者のある種の生理学的特徴を監視することを望む。従って、様々な装置が患者の生理学的特徴をモニタ（監視）する為に開発されている。この様な装置は、患者、医者、更には医療従事者に、患者の最適な健康状態を確保するのに必要な情報を提供する。その結果、この様な監視装置は、現代の医療においては必要不可欠なものとなっている。
【０００４】
患者の生理学的特徴を監視する装置は、一般的に脈拍や酸素濃度を測定する。それに基づいて作成された装置は、脈拍計／酸素濃度計とも称する。脈拍計／酸素濃度計は、様々な血液の特性（例、動脈血中のヘモグロビンの飽和量（arterial blood oxygen saturation of hemoglobin:ＳＰＯ２）、又は患者の心拍数に対応する脈拍）を測定する。実際に脈拍計／酸素濃度計で測定した脈拍は、各心臓のサイクルの測定値における動脈血の時間変化量である。上記の生理学的特徴を得るのに用いられる脈拍計／酸素濃度計は、photoplethysmography略してＰＰＧと称する。
【０００５】
脈拍計／酸素濃度計は非侵襲性の光学センサーを用いる。この光学センサーは、光を照射した患者の組織に吸収される光量を示す光応答量を検出する。上記の生理学的特徴の１つを光の吸収量に基づいて計算する。具体的には、組織を通過する光は、血液により吸収される光の波長に関連し、これは血液中に存在するヘモグロビン成分の量に対応する。異なる波長の光が吸収される光量に基づいて、動脈血中のヘモグロビンに関連するパラメータを様々なアルゴリズムを用いて予測する。血圧波形の伝搬中に照射された部位における動脈血のパルス状の変動量は、光学センサーの光検出器により検出された光応答の強度に変更を及ぼす。
【０００６】
脈拍計／酸素濃度計の品質は、一部は光が照射された血液還流特性と、一部は照射された組織内の血液量のパルス状の変動量に依存する。脈拍計／酸素濃度計は、通常、血液が十分に還流する部位を利用する。例えば、患者の指、つま先、耳たぶであり、そこにセンサーを配置する。
【０００７】
図１によれば、従来のセンサー１０は、患者の指１２上に配置される。このセンサー１０は、２つの部分１４，１６から構成されるクリップを有し、センサー１０を指１２に挟み込み、脈拍／酸素濃度の測定を行う。センサー１０はケーブル１８に接続され、このケーブル１８がセンサー１０をモニタシステムに繋げて、センサー１０からの信号を受信し処理する。従って連続モニタモードで使用されるこの種のセンサーでは、患者がある場所にいること、例えばモニタリングシステムの近傍にいることが必要であり、これにより患者の動きが制限される。更に部分１４，１６により患者の指１２に加えられる力は、長期にわたり不快なものであり、患者が、センサー１０を外して必要とされるモニタを中止させてしまうことがある。その結果、この種のセンサーは、長期かつ連続的な脈拍計／酸素濃度計としては不適切なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０５６９３４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／２４７８８５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０−３３１７０９号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００２／１８８２１０号明細書
【特許文献５】米国特許第６２１０３４０号明細書
【特許文献６】日本特許出願公開第２００９−１６０２７４号公報
【特許文献７】日本特許出願公開第２００５−２７０５４４号公報
【特許文献８】日本特許出願公開第２００９−２５４５２２号公報
【特許文献９】日本特許出願公開第２０１０−２２０９３９号公報
【特許文献１０】日本特許出願公開第２００５−０４０２６１号公報
【特許文献１１】国際公開第２０１０−１１１１２７号公報
【特許文献１２】国際公開第２０１１−０１３１３２号公報
【特許文献１３】韓国特許出願公開第２０１１／０００６９９０号明細書
【特許文献１４】英国特許第２３４１２３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
生理信号測定装置においてしばしば発生することであるが、測定データ中に、アーチファクト又は他の異常が表れ、これらが収集したデータの品質を劣化させる。それは、この種のデータが生理的プロセスを信頼性高く示す為には、使用できない程度のこともある。この点に関し脈拍計／酸素濃度計も例外ではない。この様な装置は、患者が、ランダムに意図的に又は無意識に動いたりすることにより発生するアーチファクトには弱い。従って、この様な環境から発生したアーチファクトは、得られたデータを歪め、最終的に脈拍計／酸素濃度計の測定品質に悪影響を及ぼす。脈拍計／酸素濃度計の信頼性と測定精度は、血液循環量と組織内を流れる非パルスの血液の流れに、大きく影響される。その結果、アーチファクトは、脈拍計／酸素濃度計の不正確な測定値に対する大きな原因となる。上記の事実により、脈拍計／酸素濃度計の反射を利用した測定方法は、患者の身体の様々な部分には適用できない。この測定方法は、血液循環量が弱い部位と患者の大きな動きによるアーティファクトには弱い傾向がある。更にこの様な身体の部位の測定は、発光器と受光器が身体の測定部位の反対側にあり、発光器から光が放射されて身体内を伝搬しその光を受光器が受光する方式を採用する脈拍計／酸素濃度計には不向きである。この様な構成において、脈拍／酸素濃度の測定が好ましい身体の一部は、光が通過するには厚すぎることがある。その為、脈拍／酸素濃度の測定値を誤らせることになる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの文献に開示された装置は、光検出において、反射モード（０°）又は伝搬（透過）モード（１８０°）のいずれかを用いている。本発明者らの特許文献１０は、光の吸収方法に関連した血液分析濃度パラメータを測定するシステムと方法を開示する。このシステムと方法は、ＰＰＧ装置を用いる。ＰＰＧ装置は、患者に少なくとも２種類の波長の光を照射し、各波長における相対的吸収率を決定して、ＰＰＧ測定を実行する。そして更にdynamic light scattrring （ＤＬＳ）装置を用いて、対象物のＤＬＳ測定を実行して、対象物の脈拍パラメータをレオロジカルに測定する。更に電子回路を用いて、ＰＰＧ測定値とＤＬＳ測定値の結果を時間的に相関させる。これは、ＰＰＧ測定値とＤＬＳ測定値の間の時間相関関係を用いて行い、光吸収に関連する血液分析濃度パラメータの値を評価する。
【００１１】
本発明の一実施例によれば、本発明の脈拍計／酸素濃度計は、（Ａ）ドーム形状の構造体４０と、（Ｂ）異なる波長の複数の光源５０と、前記異なる波長に応答する光検出器５２とを有する。前記構造体４０は、尺骨３８の先端上に所定領域４２を固定し、前記所定領域から静脈血流の影響を取り除き、前記光検出器５２は、前記光源５０から放射された光を測定し、前記光は、前記尺骨３８の先端からの前記所定領域４２を介したトランス・イルミネーション光である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の脈拍計／酸素濃度計の斜視図。
【図２】本発明の一実施例による手首装着型の脈拍計／酸素濃度計の斜視図。
【図３】手首に装着された状態の脈拍計／酸素濃度計の斜視図。
【図４】本発明の脈拍計／酸素濃度計の側面図。
【図５】本発明の脈拍計／酸素濃度計の斜視図。
【図６】脈拍計／酸素濃度計で使用される構造の側面図。
【図７Ａ】本発明の他の実施例の脈拍計／酸素濃度計の断面図。
【図７Ｂ】本発明の他の実施例の脈拍計／酸素濃度計の断面図。
【図８】脈拍／酸素濃度のデータを表すグラフ。
【図９】本発明の一実施例による脈拍／酸素濃度のデータを表すグラフ。
【図１０】本発明の一実施例による脈拍／酸素濃度のデータを得る方法を表す図。
【図１１】本発明の一実施例による脈拍／酸素濃度のデータを表すグラフ。
【図１２】本発明の一実施例による相関のチャートを表す図。
【図１３】本発明の一実施例によるヒストグラムを表す図。
【図１４】本発明の他の実施例によるヒストグラムを表す図。
【図１５Ａ】従来の反射型装置（左）と透過型装置（右）を表す模式図。
【図１５Ｂ】本発明の透過照射型の装置を表す模式図。
【図１６Ａ】本発明による脈拍計／酸素濃度計の測定構造／方法を表す図。
【図１６Ｂ】本発明による脈拍計／酸素濃度計の測定構造／方法を表す図。
【図１６Ｃ】本発明による脈拍計／酸素濃度計の測定構造／方法を表す図。
【図１６Ｄ】本発明による脈拍計／酸素濃度計の測定構造／方法を表す図。
【図１６Ｅ】本発明による脈拍計／酸素濃度計の測定構造／方法を表す図。
【図１７Ａ】本発明の装置を手首に装着しない状態の斜視図。
【図１７Ｂ】図１７Ａの部分拡大図。
【図１８】本発明の脈拍計／酸素濃度計による測定方法を表すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面を参照して以下本発明を説明する。これは本発明の好ましい実施例の説明のためであり、かつ本発明の原理あるいは発明概念を容易に理解するようにするためのものである。本発明の基本的な理解の為に必要以上に詳細を記述するものではない。図面を用いた説明は本発明を実施するために当業者には明らかであろう。
【００１４】
本発明は、以下の記載及び添付した図面に示した構成要素の配列及び構造に限定されるものではない。本発明は様々な方法で実施できる他の変形実施例にも適用可能である。本発明の用語及び文言は発明の理解のためのものであり、発明の特許請求の範囲を限定するためのものではない。
【００１５】
用語「トランス・イルミネーション」とは、光学測定モードとして定義する。即ち測定された光は、０°以上（単純な反射）１８０°未満（単純な伝搬）で、表面から反射された光である。一般的にトランス・イルミネーションモードでの反射角は、２０°と１６０°の間である。トランス・イルミネーションモードにおいては、測定された光は、光源から発射され反射表面（湾曲していることもある）にある角度で当たり、ある角度で反射されて検出器に戻ってくる。実際には、トランス・イルミネーション光は、共通の光源から放射され、様々な光学パスを通り、そして検出器での測定光を含む。
【００１６】
本発明の一実施例は、脈拍計／酸素濃度計を含む。この脈拍計／酸素濃度計は、手首のバンドに搭載され、ドーム形状の構造物で尺骨の先端の上方にある領域を固定する。この領域が測定領域である。測定は固定領域の上に配置された検出器により行われる。この検出器は、様々な波長の光源から放射された光を検出するよう、固定領域の周辺に配置される。その為反射は、完全な反射モード又は完全な伝搬モードのいずれでもなく、放射された光から２０°と６０°の間の角度で測定される。このトランス・イルミネーションモードにより。最初から優れたｓ／ｎ比を達成でき、かつ手首上で脈拍計／酸素濃度計の連続的かつ信頼性の高い測定が可能となる。
【００１７】
本発明の脈拍計／酸素濃度計は、（Ａ）ドーム形状の構造体４０と、（Ｂ）異なる波長の複数の光源５０と、前記異なる波長に応答する光検出器５２とを有し、前記構造体４０は、尺骨３８の先端上に所定領域４２を固定し、前記所定領域から静脈血流の影響を取り除き、前記光検出器５２は、前記光源５０から放射された光を測定し、前記光は、前記尺骨３８の先端からの前記所定領域４２を介したトランス・イルミネーション光である。
【００１８】
本発明は、以下に述べる特徴により上記の従来技術よりも遙かに進んでいる。特許文献１０に対し以下の特徴が新規性かつ進歩性を有する。
ＰＰＧ測定において、トランス・イルミネーションモード（検出光と放射光との間の２０−１６０°の角度での伝搬）で測定するために、尺骨の先端を凸型の反射機として用いている点、
尺骨の先端の上方領域を測定領域として使用する点、
尺骨の先端領域上の本発明の装置をドーム形状の構造体で固定する点、
パルス測定装置と酸素濃度測定装置の一体化とその特徴の一体化である。
【００１９】
図２は本発明の脈拍計／酸素濃度計３０の斜視図である。脈拍計／酸素濃度計３０は、図３に示すように、患者の手首３１に装着される手首装着型の脈拍計／酸素濃度計である。脈拍計／酸素濃度計３０は、脈拍データと飽和酸素濃度（oxygen saturation（ＳＰＯ２））を含むデータを患者の手首３１から得る。ユーザは、腕時計を装着するのと同様な方法で、脈拍計／酸素濃度計３０を装着できる。かくして脈拍計／酸素濃度計３０を装着しているユーザは、日常生活を送りながら、例えば歩いたり、ランニングしたり、自転車で走ったりしながら、測定できる。本発明の一実施例によれば、脈拍計／酸素濃度計３０は、パルス状酸素濃度と脈拍のデータを得ようとする人が、いつでもどこでも装着可能であり、これはモニタ装置を取り付けることなく、モニタ領域にいなければならないということもない。かくして脈拍計／酸素濃度計３０は、自己保存型あるいは自己能動型の装置であり、様々な光電磁信号を得て解析し処理して、最終的に脈拍／酸素濃度のデータを得ることができる。脈拍計／酸素濃度計３０は、更に有線又は無線のインターフェースを有し、外部の装置あるいは離れた場所にある装置とデータ信号をやり取りすることができる。脈拍計／酸素濃度計３０は、脈拍／酸素濃度データを得てそれを他の離れた場所にいるユーザや病院、診療所あるいはこの様な脈拍計／酸素濃度計によるデータを必要とする者に送ることができる。
【００２０】
図２，３に示すように、脈拍計／酸素濃度計３０は、ケーシング３４に接続されるリストバンド３２から構成される。リストバンド３２は、フレキシブルな又は伸縮可能な材料例えばゴム、シリコン、軟質プラスチック材料、布あるいは研磨した金属あるいはそれらの組み合わせで構成され、ユーザに対し脈拍計／酸素濃度計３０の装着に際し心地よさを提供できるものである。ケーシング３４は、強固かつ耐久性のある材料から構成される。即ち金属、硬質プラスチック材料等である。脈拍計／酸素濃度計３０内の全ての機能部品を収納し、外部からの力から保護する。図示していないが、脈拍計／酸素濃度計３０内の収納される機能部品は、電気的装置、機械的装置、光学的装置を含む、例えばバッテリ、プロセッサ、集積回路、発光ダイオード、シャントあるいは他の脈拍計／酸素濃度計の機能、あるいは一体性に寄与する他の部品である。
【００２１】
ケーシング３４上に表示部３６が配置されている。この表示部３６は、ユーザに脈拍／酸素濃度のデータあるいは他のデータの視覚的表示を与える。表示部３６は例えばＬＣＤあるいは他のタイプの表示装置である。表示部３６の隣にボタン３７がある。このボタン３７は、ユーザがアクセスできる更なる他の機能及び特徴を与える。あるいは脈拍計／酸素濃度計３０より提供されるパラメータを設定するあるいはそれを見ることができるようにする。ボタン３７は、英数字のボタンで、ユーザが英数字の組み合わせを入力できる。脈拍計／酸素濃度計の使用中に必要とされる英数字の組み合わせを入力することができる。ボタン３７は、ケーシング３４の側面あるいは他の領域で、ユーザがアクセスしやすいような場所に配置されている。
【００２２】
図４は本発明の一実施例の脈拍計／酸素濃度計の断面図である。この脈拍計／酸素濃度計は、脈拍計／酸素濃度計３０に類似し、上記の機能を組み込んでいる。図５は、脈拍計／酸素濃度計３０の斜視図である。図４，５の両方は、脈拍計／酸素濃度計３０を構成するシステムと構造物を表す。
【００２３】
図４の脈拍計／酸素濃度計３０は、ユーザの手首３１に装着される。従って脈拍計／酸素濃度計３０は、その内側に構造物４０を有する。これにより構造物４０は、手首３１の尺骨３８の上部に適合する。構造物４０は、ドーム状構造物を有し、尺骨３８にピッタリと嵌まる。その結果脈拍計／酸素濃度計３０は手首３１の回りにキッチリと固定される。
図５に示すように、構造物４０は内側部分４２を有する。この内側部分４２は、ユーザが手首３１の回りに脈拍計／酸素濃度計３０を装着した時に、尺骨３８を収納できる（受け入れる）ようになっている。その為構造物４０の形状は、尺骨３８の一般形状に適合し、その結果脈拍計／酸素濃度計３０は手首３１の回りに巻き付けられる際、脈拍計／酸素濃度計３０と手首３１との間の良好な接触を達成する。この様なユーザの手首と脈拍計／酸素濃度計の間の良好な接触は、脈拍計／酸素濃度計３０の検出機能要素とユーザの皮膚の組織との間の良好なインターフェースを構成する。これによりユーザと脈拍計／酸素濃度計３０との間の適宜のデータ収集インターフェースを達成できる。他の実施例においては、センサー構成要素は、パディングあるいは他の保護材料内（ゴム）に埋め込むことも可能で、これによりセンサーの構成要素を外部振動衝撃あるいはユーザがセンサーを装着している間経験する力から保護する。この様な材料は外部の力を減衰させ、更に脈拍／酸素濃度のデータに表れる運動アーチファクトを減少させ良好なデータ収集を可能とする。
【００２４】
ドーム型構造物４０はフレキシブルな材料から構成される。例えばシリコン、プラスチック、軟質材料等、あるいはそれらの組み合わせである。これにより構造物４０を骨の形状、即ち脈拍計／酸素濃度計３０が結合される尺骨３８の形状に容易に変形し適合させること出来る。従って本発明の構造物４０は、様々な大きさと形状の尺骨を有するユーザに気持ちよく適合できるように調整可能である。脈拍計／酸素濃度計３０を手首３１上に装着する際、尺骨３８を収納すること以外に、構造物４０は、ユーザと様々な電子−光学要素（脈拍計／酸素濃度計３０の一部でもある）との間に配置される中間構造物として機能する。これは脈拍／酸素濃度の測定値を得るために用いられる電子−磁気−波長を放出し検出するものである。構造物４０の別の機能は、光検出器を外部の光の入射から保護することである。
【００２５】
脈拍計／酸素濃度計３０は、構造物４０の近傍に配置された複数の光源５０を有する光学装置と、構造物４０の一部に配置された光学ディテクタ５２とを有する。図５に示すように、部分４２は開口４４を有する。この開口４４から光源５０により放出された光は手首３１内を伝搬する。同様に部分４２は開口４６を有し、そこを通して光学ディテクタ５２で光が受光される。
【００２６】
図４に示すように、光源５０と光学ディテクタ５２とは、光源５０からの光が、手首の組織を通って伝搬し、光学ディテクタ５２に集められるように配置される。従って、手首３１の尺骨３８は、光源５０と光学ディテクタ５２との間に配置される。これにより光源５０から放出された光は、尺骨３８で散乱され、光学ディテクタ５２に到達する。ここに示した実施例は、発光装置／光検出器が手首３１の回りに配置される構成である。特に尺骨３８の回りに配置されて構成を示しているが、他の構成も可能である。光源５０と光学ディテクタ５２を、尺骨３８の近傍に配置し、信頼性の高い脈拍／酸素濃度のデータを得るよう構成できる。この様なトランス・イルミネーションセンサーの構成は、検出器に送信される光の複数の散乱成分を測定するが、光の特定の成分と送信された前方向の成分は検出されない。
【００２７】
一実施例においては、光源５０は、６６０ｎｍの波長の可視光を放射するが、これに限定されない、例えば９４０ｎｍの波長の赤外光を放射してもよい。両方のＬＥＤにより放射された光は、光学ディテクタ５２により検知される。組織を通り拡散して光学ディテクタ５２に達した光は、血液と軟組織により、血液中のヘモグロビン濃度に依存して、吸収される。各波長における光の吸収量は、血液内のヘモグロビンの酸素化（oxygenation of hemoglobin）の程度に依存する。光源５０により放射された光は、尺骨３８の様々な部位で散乱し、最終的に光学ディテクタ５２に到達する。
尺骨３８による光の散乱量は、組織内に存在する血液による光の吸収量と、光が透過／伝搬する様々な内部領域内に血液を流す他の構造物による光の吸収量を増加させる。脈拍計／酸素濃度計３０の構成により得られた光学パス長さの増加により、伝搬光と周囲組織との間の相互作用が増加し、これにより最終的に強靱な信号を提供でき、そこから脈拍／酸素濃度のデータを得ることができる。
【００２８】
より具体的には、脈拍計／酸素濃度計３０により実施される、分光光度計によるヘモグロビンの酸素飽和量を検出する技術は、Beer-Lambert法則に基づく。この法則は、溶質の濃度を溶液を透過する光の強度に関連付ける。パルス状の血液の測定技術と組み合わせて、この技術はＰＰＧ（photoplethysmography）とも称する。溶液を透過する光の強度から透明な溶液中の光吸収物質の濃度を測定するためには、入射光の強度と波長、光が伝搬するパス長さ、特定の波長における物質の光吸収量即ち光が伝搬する媒体の消失係数（extinction coefficient）を知る必要がある。
【００２９】
一般的に動脈血管(vascular bed)のパルス状の拡張は、光伝搬のパス長さを増加させる。これにより光の吸収量を増加させる。検出された光応答は、時間依存性のあるＡＣ信号と、非パルス状のバックグラウンドのＤＣ信号から構成される。従って、特定の信号を処理するアルゴリズムを用いて、各波長における光吸収量のＡＣ成分をまず決定し、このＡＣ成分を各波長に対応するＤＣ成分で割る。この２つの可視光波長と赤外線（ＩＲ）波長を用いて、これは異なる２つの光源５０により生成されるが、この２つの周波数における各成分により吸収される光の比率を用いて、パルス状に追加された「吸収量」の比率（Ｒ）を得ることができる。これは文献中では、γパラメータである。それは次式の通りである。
Ｒ＝（ＡＣ６６０／ＤＣ６６０）／（ＡＣ９４０／ＤＣ９４０）
【００３０】
脈拍／酸素濃度の測定値が得られ、この測定値では、異なる動脈血の体積に対応する異なる時点で発生する測定された光吸収の差は、体積測定値（volumetric measurements）と称し、これは異なる時間における患者の動脈血管内の測定部位に存在する血液の差分体積を表す。
【００３１】
本発明の他の実施例によれば、上記のデータ収集、データ解析、データ処理は、その場所で、即ち脈拍計／酸素濃度計３０内に配置された処理要素により行われる。図４は脈拍計／酸素濃度計３０のケーシング３４内に配置されたコンポーネント５６を示す。このコンポーネント５６は、様々な電子部品を含み、これが脈拍計／酸素濃度計３０により行われる様々な操作を電気的にサポートする。この構成要素は、マイクロプロセッサ、バッテリ、集積回路、メモリ装置、無線／有線通信装置を含む。コンポーネント５６は、様々なソフトウエアプラットホームとアルゴリズムを記憶し、それに応じて様々な操作を実行して、脈拍計／酸素濃度計３０により行われる様々な信号処理動作をサポートする。例えばこの様な信号処理は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムや、収集した生理学的データを解析する様々なパターン認識ルーチンを利用する。コンポーネント５６は、更に入出力（Ｉ／Ｏ）装置に結合され、脈拍計／酸素濃度計３０を外部装置に繋げて、脈拍計／酸素濃度計３０が様々なデータをダウンロードしたりアップロードしたりするのを可能とする。これらのデータは、例えばユーザデータ、生理学的パラメータあるいはその他のデータであり、健康管理のための監視用あるいはユーザに有益なものであり、これは患者の生理学的パラメータあるいは他のパラメータを含む。
【００３２】
図６は、手首３１の尺骨３８を収納する構造物４０を示す。この構造物４０は、ドーム形状あるいはコーン形状をしており、尺骨３８の上に被さりそして尺骨３８を収納するような形状をしている。従って構造物４０は内側表面である部分４２から構成される。その寸法とその特徴は、手首３１の尺骨３８との周囲組織の外部表面に適合するようになっている。かくして構造物４０は、尺骨３８と周囲組織を収納可能な構造をしている。構造物４０は、一般的に円形をしており、その結果丸い構造物の上に配置されるキャップの形状に類似して、尺骨３８を収納する。尺骨３８は円形の外側表面を有する。
【００３３】
図７Ａは、本発明の他の実施例の脈拍計／酸素濃度計７０を示す。この脈拍計／酸素濃度計７０は、図１−６の脈拍計／酸素濃度計３０に類似する。脈拍計／酸素濃度計７０は、脈拍計／酸素濃度計３０の構成要素と類似する構成要素を含む。これにより脈拍計／酸素濃度計７０は、脈拍計／酸素濃度計３０により実行される心拍数と酸素濃度の計測を実行する。
【００３４】
脈拍計／酸素濃度計７０は、コヒーレント光の散乱装置であるＣＬＳ装置７２を有する。このＣＬＳ装置７２は、ＣＬＳ装置７２より得られた脈拍／酸素濃度の測定値を補足したりあるいは強化したりすることのできる脈拍を検出できる。従って、脈拍計／酸素濃度計７０は、脈拍／酸素濃度のデータ中に含まれるアーチファクト（ユーザが動くことにより通常生じる）を検出できる。脈拍計／酸素濃度計７０は、コヒーレント光源（例えばダイオードレーザ）を有し、コヒーレント光を放射する。更に脈拍計／酸素濃度計７０は、このコヒーレントの光散乱応答を検出できる光ディテクタを有する。かくして脈拍計／酸素濃度計７０は、手首３１の組織内からコヒーレント光の散乱応答を連続的に測定し、ドップラー信号あるいはダイナミックなスペックル信号（dynamic speckle signal）を示すデータを生成する。
ＤＬＳ（dynamic light scattering）法を用いて、動きによるアーチファクトの存在中に脈拍／酸素濃度の測定値を検出する方法は特許文献１１に開示されている。
【００３５】
図７Ｂにおいて、ＣＬＳ装置７２は光源５０の近傍に配置され、その領域の脈拍を測定する。ＣＬＳ装置７２で散乱された光の一部は光源５０の１つとして用いられて、酸素濃度データを測定する。ＣＬＳ装置７２のコヒーレンシー性は、散乱した光では失われるが、このコヒーレンシー性は、脈拍の測定のみに重要であり、酸素濃度の測定には重要ではない。散乱光は、光源が適宜の周波数に合うように選択された場合には、酸素濃度の測定用に用いることもできる。
【００３６】
生理学的設定に関連するＤＬＳの理論をカバーする記述の一部として、動きのアーチファクトが重要ではない良好な血液脈動状態においては、ＤＬＳの時間変動信号とＰＰＧ信号に対応する時間微分（time derivative）との間に、良好な相関関係が見られる。
【００３７】
図８は、本発明の一実施例による脈拍／酸素濃度のデータを表すグラフ１００を示す。プロットの組１００は、動きアーチファクトの存在下で行われたＰＰＧ測定値とＣＬＳ測定値を示す。このグラフの組は、グラフ１０２，１０４，１０６を含む。グラフ１０２−１０６の垂直軸１０８が信号の振幅を水平軸１１０が時間を表す。
プロット１０２は、例えば波長６６０ｎｍの赤色ＬＥＤ（光源５０）を用いて得られたＰＰＧの測定値である。
プロット１０４は、例えば９４０ｎｍのＩＲ（赤外線）・ＬＥＤにより得られたＰＰＧ測定値を表す。
プロット１０６は、ＣＬＳ装置７２を用いて特にコヒーレント光散乱技術（ＣＬＳ）を用いて得られた脈拍と脈拍波長の測定値を表す。
動きアーチファクトの存在下での各グラフ１０２−１０６は、得られたパルスが動きアーチファクトの発生と開始により歪んだ遷移点（transition point）を含む。例えばプロット１０２においてはこの動きアーチファクトの発生は、ポイント１１２で示され、プロット１０４においてはこの動きアーチファクトの発生は、ポイント１１４で示され、更にプロット１０６においてはこの動きアーチファクトの発生は、ポイント１１６で示される。この様な動きアーチファクトは、脈拍計／酸素濃度計３０／７０を装着したユーザにより加えられた動きの結果である。例えば、これは、ユーザが脈拍計／酸素濃度計が装着されている手首３１を自発的あるいは非自発的に動かした時に発生する。
【００３８】
図９は、本発明の一実施例による脈拍／酸素濃度のデータを示すグラフ１５０である。このグラフ１５０は、図８で示されたのに類似するＰＰＧデータとＣＬＳデータのプロットを含む。プロット１５０（プロット１５２，１５４，１５６を含む）は、動きアーチファクトのない状態でのＰＰＧ測定値とＣＬＳ測定値を示す。
プロット１５２は、６６０ｎｍの波長のＬＥＤで行われたＰＰＧ測定値のプロット１５２を示す。
プロット１５４は、９４０ｎｍの波長のＬＥＤで行われたＰＰＧ測定値のプロット１５４を示す。
プロット１５６は、引例に開示したＣＬＳセンサーで採られた脈拍と脈拍波形のデータを表す。
【００３９】
プロット１５０で示されるように、動きアーチファクトの存在しない状態においては、ＰＰＧ信号は、図８のプロット１００で表されるのとは異なる特性と形状を示す。動きアーチファクトがない状態では、脈拍／酸素濃度の測定値は、この動きアーチファクトが存在した時よりも確実かつ決定的である。ＣＬＳ装置は、標準のＰＰＧ方法と共に用いて、フィルタ処理された脈拍／酸素濃度のデータを生成することができる。この様なフィルタを用いることにより、上記の装着可能な脈拍計／酸素濃度計７０は、ユーザに対し信頼性の高い脈拍／酸素濃度のデータを与えることができ、これにより、心拍数と酸素飽和濃度（ＳＰＯ２）の測定値を与える。
【００４０】
図１０は、脈拍／酸素濃度のデータを得るプロセスを表すフローチャート２００である。このフローチャート２００は、例えば脈拍計／酸素濃度計３０又は７０が、ＰＰＧとＣＬＳの相関方法を用いて、動きアーチファクトの存在下での脈拍／酸素濃度のデータを得るプロセスを示す。更にプロセス２００は、得られたＣＬＳデータとＰＰＧデータの相関を取って動き、アーチファクトを示すデータを最小にしたり無くしたりする。これにより、ユーザのＳＰＯ２レベルを表す信頼性のある脈拍／酸素濃度のデータ（測定値）を生成する。
【００４１】
本発明のフローチャート２００は、ステップ２０２で始まる。このステップにおいて、ＤＬＳ／ＣＬＳ装置とＤＬＳ／ＣＬＳの測定方法を、ＰＰＧと分光光度計と共に用いて、脈拍計／酸素濃度計７０を装着したユーザの手首から脈拍／酸素濃度のデータを得る。ＰＰＧデータの収集は、光源（ＬＥＤ）５０と光学ディテクタ５２を用いて行われる。特に、ＰＰＧデータは、２つの波長６６０ｎｍと９４０ｎｍの信号を生成する２個のＬＥＤから発せられた２個の電磁信号の使用と検出により得られる。この２つの測定値は、更に第３の光学測定値即ち脈拍計／酸素濃度計７０内に配置されたＤＬＳ／ＣＬＳ装置７２と共に用いられる。
ステップ２０４において、ＣＬＳデータとＰＰＧデータを含む３個の光測定値を更に処理する。
ステップ２０４において、様々なアルゴリズムとルーチンを用いて、例えばＣＬＳ時間依存性の波形に対し高速フーリエ変換を実行して、周波数パワースペクトルを得る。
ステップ２０４において、ＣＬＳデータ又はＰＰＧデータを用い、脈拍波形を抽出し、そこからユーザの脈拍を特定する。最初に得られたデータのこの様な処理は、脈拍計／酸素濃度計７０のコンポーネント５６を用いて行われる。
【００４２】
動きアーチファクトの発生により歪んだ波形の処理済みＣＬＳデータとＰＰＧデータを図１１に１０秒のタイムフレームで示す。４，６，８，１２秒の時点でも示す。ＰＰＧ・ＩＲデータの時間微分を左の垂直軸３００にプロットし、ＣＬＳデータを右の垂直軸３０２にプロットする。ＣＬＳ波形とＰＰＧ波形は、時間軸３０４に対しプロットされている。
【００４３】
分岐ステップ２０６において、修正済みＰＰＧ波形と得られたＣＬＳ波形の間で、脈拍計／酸素濃度計７０を用いてデータが連続的に収集される移動時間フレームに渡って存在する相関関係を決定する。ステップ２０６で得られた相関関係により、脈拍／酸素濃度のデータ中に存在する動きアーチファクトの量を確定する特定の基準を設定できる。
【００４４】
ステップ２０６の相関関係は、特定のしきい値即ち基準値（例０．８未満）以下であると見出された。その後このプロセスは、ステップ２０６からステップ２０８に移る。      ステップ２０８で、移動回帰アルゴリズム（moving regression algorithm）を脈拍計／酸素濃度計７０が実行して、ユーザの動きから発生したアーチファクトを示すデータを排除する。この様な排除の方法を図１２に示す。
図１２において、得られたＰＰＧ−ＣＬＳ相関関係を、垂直軸３５０上に対応する動きタイムフレーム内で集められたデータポイントと対比してプロットする。
図１２で示された相関関係は、ステップ２０６のデータポイント（１、２，３，４，５）で移動時間フレームに対し見出された相関である。。そこから、最適な大きさの相関範囲（例、０．３−０．６）が、アダプティプアルゴリズムを用いて選択され、動きアーチファクトの量を量子化し、この量子化を用いて、動きアーチファクトを濾過又は排除し、正しい脈拍／酸素濃度のデータをスクリーンする。それ故に、これは、誤ったＳＰＯ２を引き起こすある動きに関連する特性を減らすあるいは削除する。
それ故にステップ２１０で、この様なデータは、更に処理するために提供され、フィルタ処理されたデータを用いて、動きヒストグラム方法（moving histogram method）を用いて、実際のＳＰＯ２のレベルを計算する。
【００４５】
図１３は、脈拍／酸素濃度のデータであって、動きアーチファクトをフィルタ処理したデータではないγ（ガンマ）の測定値のグラフである。
図１４は、脈拍／酸素濃度のデータであって、動きアーチファクトをフィルタ処理したデータであるγ（ガンマ）の測定値のグラフである。
図１３の垂直軸４００上にプロットしたように、水平軸上のγ対カウントされたプロットの数を表す。図１３と図１４を比較する。
図１４は、上記のＣＬＳ−ＰＰＧ相関関係を用いて得られたフィルタ処理されたγ測定値を表す。これにより、動きアーチファクトから生じたこれらの信号を除いている。図１４に示すように。第１ピーク４０４は真のγを示すが、これは、図１３の動きアーチファクトで揺れるデータと比較すると、明らかに識別可能である。
【００４６】
フローチャート２００に戻って、分岐ステップ２０６において、修正されたＰＰＧデータとＣＬＳデータの間の相関が、所定のしきい値よりも大きい場合には、プロセスはステップ２１０に移り、そこでＳＰＯ２が、従来の方法を用いて計算される。
【００４７】
フローチャート２００の各ステップは、ソフトウエアとアルゴリズムを含む様々なスキームを用いて実行できる。このソフトウエアとアルゴリズムは、本発明の脈拍計／酸素濃度計により記憶され実行される。
【００４８】
本発明の実施例は、手首バンド（手首装着）の形態の脈拍計／酸素濃度計である。これはユーザの手首に巻き付けるストラップを有する。本発明の脈拍計／酸素濃度計は、少なくとも２個の発光器と少なくとも１個の光検出器を有する。これらはストラップ型の脈拍計／酸素濃度計上に配置される。これにより発光器と光検出器は、ユーザの手首にある尺骨を受け入れる構造体の一部である。本発明の一実施例においては、発光器と光検出器は、手首の尺骨が、脈拍計／酸素濃度計がユーザの手首に装着されたときに、発光器と光検出器の間に配置されるように配置される。かくして放射された光は、伝搬モードで組織内を伝搬し、光が光検出器に達するまで骨で散乱し、光検出器で光が検出され、脈拍／酸素濃度の測定値が得られる。かくして所望の光吸収特性と光反射特性を有することにより手首に尺骨は、拡散と反射とを繰り返し、光を発光器から光検出器に向けるような媒体を提供する。尺骨の大きさと形状が、発光器と光検出器の間に、長く伸びた光学パスを提供する。この意味において、発光器と光検出器の間に配置された尺骨が、特定の拡散器と反射器として機能し、骨の構造的、科学的、物理的な構成とその周囲の組織が、組織と骨内を散乱する光を増加させ、光の吸収を増やす。この様な構造は発光器と光検出器の間の手首の組織を光が通るのを容易にするような構成により、トランス・イルミネーションの光信号の測定が達成できる。この様な形状のもとで、放射光の特定の成分は検出されず、測定される光信号の拡散された複数の散乱伝搬成分のみが検出される。本発明は、光学パス長さ即ち発光器と光検出器の間の長さを増加させる。従って、これにより光が受ける散乱の量が増え、更に確実な検出光信号を容易に得ることができる。そこから信頼性の高い脈拍／酸素濃度のデータを得ることができる。
【００４９】
本発明の他の実施例においては、リストバンド型の脈拍計／酸素濃度計は、ユーザの動きから生じる信号アーチファクトを検出するあるいは緩和（除去）するシステムを利用し、これにより信頼性の高い脈拍／酸素濃度の測定を実行する。具体的にはリストバンド型の脈拍計／酸素濃度計は、脈拍を測定するコヒーレント光散乱ＣＬＳセンサーを有する。ＣＬＳは、コヒーレント光により生成される光の散乱を含む。これは、動く対象物の大きさにより複数回の散乱により引き起こされるダイナミックな光散乱に関連する。その結果、ダイナミックなスペックル即ちドップラー散乱が得られる。ＣＬＳは、弾性的あるいは非弾性的な散乱例えばラマン散乱に関連する。用語ＣＬＳは、前記の光散乱現象を含むが、本発明はあらゆる形態のダイナミックな光散乱ＤＬＳ、あるいは脈拍の測定を行う他の散乱プロセスを利用する。一実施例ではコヒーレントな光源を有するセンサー例えば垂直キャビティ面発光レーザvertical-cavity surface-emitting laser（ＶＣＳＥＬ）とを含む、あるいは脈拍計／酸素濃度計の測定サイド近傍の組織と骨の領域を照射するのに用いられる他のダイオードレーザも含む。この装置は、コヒーレントの光散乱応答測定を行うための光検出器を有する。流れる血流あるいはパルス状の血流で、コヒーレント光の複数回の散乱に応答する光は、光検出器の表面での瞬間光強度パターンを生成し、これにより脈拍の計算が可能となる。この様な情報は、脈拍／酸素濃度のデータと組み合わせて、ユーザの動きから生じるアーチファクトの特定除去フィルタ処理を可能とし、これによりユーザの信頼性のある脈拍とＳＰＯ２のデータを生成することができる。
【００５０】
本発明の他の態様は、上記の方法を実行するシステムを含む。本発明の実施例の更なる特徴及び利点は、本明細書に記載されており、本明細書から更には遂行可能であり、更に本発明の実施例により他の変形例も可能となる。
【００５１】
図１５Ａは従来の反射モードと伝搬モードの間の差を示し、図１５Ｂは本発明の一実施例によるトランス・イルミネーションモードを示す。従来の測定（反射／伝搬）モードとは対照的に、本発明は、光源５０と光学ディテクタ５２との間に、複数の光学パスを組み込んだトランス・イルミネーションモードでの測定を行う。従来の反射モードにおいては、光源５０から放射された光と光学ディテクタ（即ち光源５０近傍の光学ディテクタ）５２により検出された光との間の角度はα＝０°である。伝搬モードにおいては、光源５０により放射された光と近傍の光学ディテクタ５２により検出された光との間の角度はα＝１８０°である。
本発明の光学ディテクタ５２は、バック反射とは異なる角度での反射する、即ちαが２０°と１６０°の間で反射する。この反射は、例えば手首装着型の脈拍計／酸素濃度計の場合には尺骨の先端の凸学表面からの反射である。尺骨（ulna bone）の先端を用いる更なる利点は、様々な手首の特性を持った様々なユーザに容易に装着できることである。例えば橈骨（radius bone）の先端も光学的な観点から用いられているが、ユーザにより脈拍計／酸素濃度計３０を適正に配置し、それを測定することが困難となる。
【００５２】
正確な角度αは、ユーザ毎に更には使用時毎に異なり、これは手首の形状と脈拍計／酸素濃度計３０の手首への装着方法によって変化する。尺骨のヘッド上のトランス・イルミネーションの使用は、正確な角度αに関する広い許容範囲により、測定値の変動に打ち勝つことができる。脈拍計／酸素濃度計３０は、ドーム状構造物４０上の光学ディテクタ５２の位置を決定する。この構造物４０は、尺骨のヘッドに固定されて、更に距離ｄ（図１６Ａ，１７Ａ）は、光源５０と構造物４０（光学ディテクタ５２を具備する）との間のスペースを決定する。その測定値の変動は、リストバンド３２の弾力性により生じたものである。かくして距離ｄは、様々なユーザに対する取りうる角度αの範囲を決定する。その全ての範囲は、トランス・イルミネーションの原理を用いて測定可能となる。距離ｄは、０．５ｃｍと３ｃｍの間又は１ｃｍと２．５ｃｍの間であり、特定のデザイン、光学測定の効率、意図したユーザに依存する。
【００５３】
図１６Ａ−Ｅは、本発明の一実施例の脈拍計／酸素濃度計３０の構造を示す。
図１６Ａは、橈骨と尺骨の先端を示す手首の断面である。ＣＬＳ装置７２（光源７１とＣＬＳ検出器７３を具備する）は、構造物４０から離れた場所に配置される。光源７１はコヒーレント光７４Ａを放射し、このコヒーレント光７４ＡはＣＬＳ検出器７３により反射光７４Ｂとして測定される。ＰＰＧは、構造体４０により固定された尺骨の先端上方の領域４１で測定される。少なくとも１個の光学ディテクタ５２が、固定された領域４１の上方に配置され、異なる波長の複数の光源５０Ａ，５０Ｂが、固定４１の周辺に配置される。光学ディテクタ５２は、放射光５１Ａが尺骨の先端により反射された光５１Ｂを測定するように配置される。これは、少なくとも２つの光源５０Ａ，５０Ｂから放射されたものである。反射光５１Ｂは放射光５１Ａから２０°と１６０°の間の角度である。一実施例において、光学ディテクタ５２は、２つの光源５０Ａ，５０Ｂを有し、これらは光源５０Ａから放射された光から、７０°と１１０°の間の角度で反射する光５１Ｂを検出するよう配置される。
図１６Ｂにおいて、ＣＬＳ装置７２の光源７１は、２つの目的のために使用される。      第１の目的は、ＣＬＳ装置７２用のコヒーレントな光源としてコヒーレント光７４Ａを放射し、ＣＬＳ検出器７３が、反射光７４Ｂを検出し、ＣＬＳ装置７２がそこからのパルスを計算するためである。
第２の目的は、ノンコヒーレントの光源として（異なる光学パスの組み合わせと組織を通した動きによりコヒーレント性は失われている）、２個のＰＰＧ光源（図１６Ｂでは光源５０Ｂの代わり）の１つとして機能する。
図１６Ｃは、ＣＬＳ装置７２が、光源５０Ａ，５０Ｂの近傍に配置された実施例を示すが、周波数の制限に起因して、光源の１つとして用いられるものではない。他の実施例において、光源５０Ａ，５０Ｂの両方ともレーザダイオードであり、光学ディテクタ５２はそこから放射された光を検出してＰＰＧデータを決定する。
本発明のトランス・イルミネーションモードの測定値を利用すると、光は、組織を通り尺骨のヘッドからの反射によりコヒーレント性を失い、波長への強さ依存性に関連してのみ使用される。そしてこれは血液中の酸素飽和量を表す。
一実施例において、光源５０Ａ，５０Ｂは、更に反射モードとして用いられて、そのコヒーレント性を用いてパルスを測定する、即ち光源５０Ｂは、ＣＬＳ装置７２の光源７１として機能する。
一実施例において、複数の光源５０は以下のオプションを含む。（Ｘ）異なる波長範囲を有する２個のＬＥＤ、（Ｙ）異なる波長の２個のレーザダイオード、（Ｚ）１個のＬＥＤとこのＬＥＤの波長外にある１個のレーザダイオードの組み合わせである。
図１６Ｄの構成は、光源５０は、構造物４０内にあり、例えばＬＥＤ５０Ａと別のＬＥＤ５０ＢあるいはＣＬＳ検出器７３を具備したコヒーレント光源７１を有する。この構成により、尺骨により光学ディテクタ５２に反射された光を伝搬する。
別の構成は、１つの光源５０Ａが構造物４０内にあり、別の光源５０Ｂ（又はＣＬＳ検出器７３を具備した光源７１）が構造物４０外にある。
図１６Ｅの構成は、光源５０（光源５０Ａ，５０Ｂ又はコヒーレント光源７１）が構造物４０内あり、光学ディテクタ５２が構造物４０外にある。光源５０と光学ディテクタ５２のあらゆる組み合わせは、尺骨の先端でのトランス・イルミネーションによる測定は脈拍計／酸素濃度計３０で実現される。
【００５４】
図１７Ａは、本発明の一実施例において、未装着状態の脈拍計／酸素濃度計３０の斜視図である。図１７Ｂは、図１７Ａの部分拡大図である。
光学ディテクタ５２を具備する構造物４０と、ＣＬＳ装置７１と、複数の光源５０とが、機能的な位置関係でリストバンド３２に搭載される。構造物４０は、基準ポイントとして尺骨の先端にヒットする。構造物４０は、軟質材料が内部に組み込まれ、尺骨との良好な接触とフィッティングを可能とし、その領域に優しく押し付けることにより、その領域から静脈血流の動きを除去し、ｓ／ｎ比を改善する。
図１７Ａは、構造物４０内にある光学ディテクタ５２と、光源５０と、構造物４０外にあるコヒーレント光源７１とを有する構造体を示す。光源５０は、構造物４０から距離ｄの位置にある。コヒーレント光源７１は、光源５０を、光学ディテクタ５２を光源７１から放射された光を測定し尺骨で反射させるよう配置して、置換する。反射光はコヒーレント性を失う。
図１７Ａは、構造物４０内にある光源５０を有し、図１６Ｄに示したのと類似の構造とを有する別の構造を示す。
図１７Ｂは、構造物４０外にある光学ディテクタ５２と構造物４０外にある光源５０とを有し、図１６Ｅに示したのと類似する構造を示す。
【００５５】
図１８は、本発明による酸素濃度の測定の方法５００のフローチャートである。
【００５６】
本発明の５００は以下のステップを含む。
ステップ５１０：所定領域（４２）を尺骨（３８）の先端上方に固定する。
ステップ５２０：前記固定領域（４２）上方の光検出器（５２）を配置する。
ステップ５２４：異なる波長の複数の光源（５０）を、前記固定領域（４２）に配置する。
ステップ５４０：前記光源（５０）から手首に光を放射する。
ステップ５５０：前記光源（５０）からの光が前記尺骨の先端部分で反射された状態の光を検出する。
前記放射光と検出された反射光との間の角度は、２０°−１６０°の間である。
本発明の方法５００は、更に光源をドーム内に配置し、検出器をドームの内側又は外側に配置するステップを含む（ステップ５３０）。これは、ステップ５２０と５２５の代わりを成すものである。
【００５７】
本発明の方法５００は、更に尺骨からコヒーレント光源を反射させることにより脈拍を測定する（ステップ５６０）。更にコヒーレント光を、検出器と少なくとも２個の光源を保持するストラップに結合されたコヒーレント光源によりコヒーレント光を放射する。放射されたコヒーレント光から得られた光を少なくとも１つの光検出器で検出する。放射されたコヒーレント光から得られた検出された光に基づいてコヒーレント光散乱（ＣＬＳ）データを得る。そしてＣＬＳデータに基づいてＳＰＯ２計算を行うのに用いられる脈拍と脈拍波形を得る。ここで少なくとも１個のコヒーレント光源と少なくとも１個の光ディテクタは、ストラップに結合されている。
【００５８】
本発明の方法５００は、更にコヒーレント光源を複数の光源の内の一方として用いるステップを含む（ステップ５３５）。
【００５９】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するためのものではない。また同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。「少なくとも１つ或いは複数」、「と／又は」は、それらの内の１つに限定されない。例えば「Ａ，Ｂ，Ｃの内の少なくとも１つ」は「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」単独のみならず「Ａ，Ｂ或いはＢ，Ｃ更には又Ａ，Ｂ，Ｃ」のように複数のもの、ＡとＢの組合せＡとＢとＣの組合せでもよい。「Ａ，Ｂと／又はＣ」は、Ａ，Ｂ，Ｃ単独のみならず、ＡとＢの２つ、或いはＡとＢとＣの全部を含んでもよい。本明細書において「Ａを含む」「Ａを有する」は、Ａ以外のものを含んでもよい。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。
【符号の説明】
【００６０】
１０：センサー
１２：指
１４，１６：部分
１８：ケーブル
３０：脈拍計／酸素濃度計
３１：手首
３２：リストバンド
３４：ケーシング
３６：表示部
３７：ボタン
３８：尺骨
４０：ドーム型構造物
４２：部分
４４：開口
５０：光源
５１Ｂ：
５２：光学ディテクタ
５６：コンポーネント
７０：脈拍計／酸素濃度計
７１：光源
７２：ＣＬＳ装置
７３：ＣＬＳ検出器
７４Ｂ；反射光
図１０
２０２：ＣＬＳとＰＰＧのデータストリームを検出する。
２０４：ＣＬＳとＰＰＧデータストリームを処理し、波形を抽出し、脈拍を特定する。
２０６：ＣＬＳと修正済みＰＰＧ信号を移動時間フレームに渡って相関関係をつける。
相関値＞＝基準
２０８：ＳＰＯ２の計算ルーチンから動きアーチファクトデータを排除するために、移動        回帰アルゴリズムを用いる。
２１０：移動ヒストグラム方法を用いてＳＰＯ２計算ルーチンを行う。
図１８
５１０：尺骨の先端上方に所定領域を固定する。
５２０：固定された所定領域上方に光検出器を配置する。
５２５：異なる波長を有する複数の光源を固定領域の周囲に配置する。
５３０：ドームに光源を配置し、前記ドームの内側又は外側に光検出器を配置する。
５３５：コヒーレント光源を前記複数の光源の１つとして用いる。
５４０：配置された光源で光を手首に放射する。
５５０：尺骨の先端で反射した反射光を検出する。
５６０：コヒーレント光源を骨に反射させて脈拍を測定する。
【図１】
2015503933.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015503933.tif 000007
【図６】
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【図７Ａ】
2015503933.tif 000009
【図７Ｂ】
2015503933.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015503933.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2015503933.tif 000017
【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
2015503933.tif 000020
【図１６Ｂ】
2015503933.tif 000021
【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
2015503933.tif 000023
【図１６Ｅ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月24日(2014.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）尺骨（３８）の先端上に所定領域（４２）を固定する構造体（４０）と、
（Ｂ）異なる波長の複数の光源（５０）と、
（Ｃ）前記異なる波長に応答する光検出器（５２）と
を有し、
前記光検出器（５２）は、固定された前記所定領域（４２）を通して、前記尺骨（３８）の先端を介して、トランス・イルミネーション光を測定し、
前記トランス・イルミネーション光は、前記光源（５０）から放射された光から放射される
ことを特徴とする脈拍計／酸素濃度計。
【請求項２】
前記構造体（４０）は、ドーム形状、円錐形状、固定された前記所定領域（４２）を覆う形状のいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項３】
前記光検出器（５２）は、前記放射された光学パスから２０°−１６０°の間の角度で、前記トランス・イルミネーション光を測定する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項４】
前記光検出器（５２）は、前記放射された光学パスから７０°−１１０°の間の角度で、前記トランス・イルミネーション光を測定する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項５】
前記光源（５０）と前記光検出器（５２）は、前記光源（５０）から放射された光が、前記光検出器（５２）に達する前に、前記尺骨（３８）でトランス・イルミネーションするように配置される
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項６】
前記複数の光源（５０）は、
１．異なる波長のＬＥＤ、
２．異なる波長のレーザダイオード、
３．ＬＥＤと前記ＬＥＤの波長外の波長のレーザダイオード
の内の１つである
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項７】
（Ｃ）プロセッサを更に有し、
前記プロセッサは、測定されたトランス・イルミネーション光から酸素濃度のデータを算出する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項８】
前記プロセッサは、ＳＰＯ２計算に用いられる脈拍と脈拍波形を得る
ことを特徴とする請求項７記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項９】
（Ｄ）ケーシングを更に有し、
前記ケーシングは、前記構造体（４０）と、前記複数の光源（５０）と、前記光検出器（５２）を収納する
ことを特徴とする請求項１記載の脈拍計／酸素濃度計。
【請求項１０】
（Ａ）構造体（４０）と、異なる波長の複数の光源（５０）と、異なる波長に応答する光検出器（５２）とを用意するステップと、
（Ｂ）前記構造体（４０）と、前記複数の光源（５０）と、前記光検出器（５２）とを、尺骨（３８）の先端上に所定領域（４２）で固定するステップと、
（Ｃ）前記光検出器（５２）が固定された前記所定領域（４２）を通して、前記尺骨（３８）の先端を介してトランス・イルミネーション光を測定するステップと
を有し、
前記トランス・イルミネーション光は、前記光源（５０）から放射された光から放射される
ことを特徴とする血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１１】
前記構造体（４０）は、ドーム形状、円錐形状、固定された前記所定領域（４２）を覆う形状のいずれかである
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１２】
前記光検出器（５２）は、前記放射された光学パスから２０°−１６０°の間の角度で、前記トランス・イルミネーション光を測定する
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１３】
前記光検出器（５２）は、前記放射された光学パスから７０°−１１０°の間の角度で、前記トランス・イルミネーション光を測定する
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１４】
前記光源（５０）と前記光検出器（５２）は、前記光源（５０）から放射された光が、前記光検出器（５２）に達する前に、前記尺骨（３８）でトランス・イルミネーションするように配置される
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１５】
前記複数の光源（５０）は、
１．異なる波長のＬＥＤ、
２．異なる波長のレーザダイオード、
３．ＬＥＤと前記ＬＥＤの波長外の波長のレーザダイオード
の内の１つである
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１６】
（Ｃ）前記トランス・イルミネーション光から酸素濃度のデータを算出するステップを更に有する
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１７】
前記（Ｃ）ステップは、ＳＰＯ２計算に用いられる脈拍と脈拍波形を得る
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【請求項１８】
前記構造体（４０）と、前記複数の光源（５０）と、前記光検出器（５２）を収納するステップを更に有する
ことを特徴とする請求項１０記載の血中の酸素レベル測定方法。
【国際調査報告】
2015503933.tif 000028
2015503933.tif 000029
2015503933.tif 000030
2015503933.tif 000031
2015503933.tif 000032