(57)【要約】  バイタル測定値を取得するための方法、システム、コンピュータ可読媒体、および装置が提示される。バイタル測定値は、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値および心電図(ECG)測定値の関数としてパルス移動時間(PTT)を決定することによって取得され得る血圧値を含み得る。モバイルデバイスは、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体と、外装体内に含まれているプロセッサと、ライトガイドに結合されたディスプレイと、ライトガイドに結合された少なくとも1つの第1のセンサとを含む。ディスプレイは、ユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するように構成される。少なくとも1つの第1のセンサは、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光を測定するように構成され、プロセッサは、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するように構成される。
2018534007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイタル測定値を取得するためのモバイルデバイスであって、
前記モバイルデバイスのユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体と、
前記外装体内に含まれているプロセッサと、
ライトガイドに結合されたディスプレイであって、前記ユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するように構成された、ディスプレイと、
前記ライトガイドに結合された少なくとも1つの第1のセンサであって、前記ユーザ内の前記血管から反射された前記照明パターンからの反射光を測定するように構成され、前記プロセッサが、前記測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するように構成された、少なくとも1つの第1のセンサと
を含む、モバイルデバイス。
【請求項２】
前記外装体に結合された少なくとも1つの第2のセンサをさらに含み、前記少なくとも1つの第2のセンサが、心臓電気的活動を示す第2の測定値を取得するように構成された、請求項1に記載のモバイルデバイス。
【請求項３】
心臓電気的活動を示す前記第2の測定値が、心電図記録法(ECG)測定値を含む、請求項2に記載のモバイルデバイス。
【請求項４】
前記少なくとも1つの第2のセンサが、少なくとも第1の電極と第2の電極とを含み、前記ユーザの身体の部分が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の回路を完成させる、請求項2に記載のモバイルデバイス。
【請求項５】
前記プロセッサが、前記第1の測定値および前記第2の測定値に基づく血圧値の生成を支援するようにさらに構成された、請求項2に記載のモバイルデバイス。
【請求項６】
前記少なくとも1つの第1のセンサが、フォトダイオードを含む、請求項1に記載のモバイルデバイス。
【請求項７】
前記少なくとも1つの第1のセンサが、前記ディスプレイのエッジに配置される、請求項1に記載のモバイルデバイス。
【請求項８】
血液量の変化を示す前記第1の測定値が、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値を含む、請求項1に記載のモバイルデバイス。
【請求項９】
前記モバイルデバイスが、スマートフォンデバイスまたは腕時計のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載のモバイルデバイス。
【請求項１０】
バイタル測定値を取得するための方法であって、
ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するステップであって、前記ディスプレイデバイスがライトガイドに結合され、前記モバイルデバイスは、前記ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む、表示するステップと、
前記ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、前記ユーザ内の前記血管から反射された前記照明パターンからの反射光を測定するステップと、
プロセッサを介して、前記測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記外装体に結合された第2のセンサを介して、心臓電気的活動を示す第2の測定値を取得するステップをさらに含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記第2のセンサが、少なくとも第1の電極と第2の電極とを含み、前記ユーザの身体の部分が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の回路を完成させる、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
心臓電気的活動を示す前記第2の測定値が、心電図記録法(ECG)測定値を含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロセッサを介して、前記第1の測定値および前記第2の測定値に基づく血圧値の生成を支援するステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1のセンサが、フォトダイオードを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1のセンサが、前記ディスプレイのエッジに配置される、請求項10に記載の方法。
【請求項１７】
血液量の変化を示す前記第1の測定値が、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１８】
前記モバイルデバイスが、スマートフォンデバイスまたは腕時計のうちの少なくとも1つである、請求項10に記載の方法。
【請求項１９】
バイタル測定値を取得するための装置であって、
ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するための手段であって、前記ディスプレイデバイスがライトガイドに結合され、前記モバイルデバイスは、前記ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む、表示するための手段と、
前記ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、前記ユーザ内の前記血管から反射された前記照明パターンからの反射光を測定するための手段と、
プロセッサを介して、前記測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するための手段と
を含む、装置。
【請求項２０】
前記外装体に結合された第2のセンサを介して、心臓電気的活動を示す第2の測定値を取得するための手段をさらに含む、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
前記第2のセンサが、少なくとも第1の電極と第2の電極とを含み、前記ユーザの身体の部分が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の回路を完成させる、請求項20に記載の装置。
【請求項２２】
心臓電気的活動を示す前記第2の測定値が、心電図記録法(ECG)測定値を含む、請求項20に記載の装置。
【請求項２３】
前記プロセッサを介して、前記第1の測定値および前記第2の測定値に基づく血圧値の生成を支援するための手段をさらに含む、請求項20に記載の装置。
【請求項２４】
前記第1のセンサが、フォトダイオードを含む、請求項19に記載の装置。
【請求項２５】
前記第1のセンサが、前記ディスプレイのエッジに配置される、請求項19に記載の装置。
【請求項２６】
血液量の変化を示す前記第1の測定値が、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値を含む、請求項19に記載の装置。
【請求項２７】
前記モバイルデバイスが、スマートフォンデバイスまたは腕時計のうちの少なくとも1つである、請求項19に記載の装置。
【請求項２８】
バイタル測定値を取得するためのコンピュータ実行可能命令を記憶する1つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータ実行可能命令が、実行されたとき、モバイルデバイス内に収容される1つまたは複数のコンピューティングデバイスに、
ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示することであって、前記ディスプレイデバイスがライトガイドに結合され、前記モバイルデバイスは、前記ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む、表示することと、
前記ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、前記ユーザ内の前記血管から反射された前記照明パターンからの反射光を測定することと、
プロセッサを介して、前記測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得することと
を行わせる、1つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２９】
前記外装体に結合された第2のセンサを介して、心臓電気的活動を示す第2の測定値を取得することをさらに含む、請求項28に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３０】
前記第2のセンサが、少なくとも第1の電極と第2の電極とを含み、前記ユーザの身体の部分が、前記第1の電極と前記第2の電極との間の回路を完成させる、請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３１】
心臓電気的活動を示す前記第2の測定値が、心電図記録法(ECG)測定値を含む、請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３２】
前記命令が、実行されたとき、前記1つまたは複数のコンピューティングデバイスに、前記プロセッサを介して、前記第1の測定値および前記第2の測定値に基づく血圧値の生成を支援させる、請求項29に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３３】
前記第1のセンサが、フォトダイオードを含む、請求項28に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３４】
前記第1のセンサが、前記ディスプレイのエッジに配置される、請求項28に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３５】
血液量の変化を示す前記第1の測定値が、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値を含む、請求項28に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３６】
前記モバイルデバイスが、スマートフォンデバイスまたは腕時計のうちの少なくとも1つである、請求項28に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の態様はモバイルデバイスに関し、より詳細には、モバイルデバイスを操作するユーザのバイタル測定値を取得するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザが、自分のバイタル測定値(たとえば、身体機能測定値)を知っていることが望ましいことがある。最近、多くの個人が、彼らの心拍数(HR)および血圧(BP)を測定することが可能な小型の持ち運びできるデバイスを装着する。HRとBPの両方は、個人の健康、フィットネス、および感情状態に関するバイタル情報を明らかにすることができる測定値である。HR測定値を取得することは、比較的簡単であり、時間単位において触診された脈拍数を計数することを伴う。HRを測定する確立された方法は、心電図(ECG:electrocardiogram)と光電式容積脈波(PPG:photoplethysmogram)とを含む。対照的に、BP測定値を取得することは、一般に、膨張式のカフを必要とする。さらに、多くの小型デバイスは、ECG心拍とPPG血液パルスとの間の遅延時間を算出する、パルス移動時間(PTT:pulse transit time)技法を使用することによってBPを推定することができる。しかしながら、これらの小型デバイスは、依然として、多くの欠点を有する。
【０００３】
モバイルデバイス(たとえば、スマートフォンおよびスマートウォッチ)上で実装されるPTTベースのBP推定は、デバイス製造業者に対して追加の複雑さおよび材料コストを加える。消費者は、一般に、これらの機能のために追加料金を支払う意思がなく、それらがすでにデバイスのデフォルト機能セットの一部であることを期待する。さらに、それらは、デバイス自体内の追加の実装面積を必要とし、デバイス製造業者にとって設計複雑さを増加させ、望ましいとは言えないデバイスフォームファクタをしばしば生じる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Poon, C.C.Y.およびZhang, Y.T.、「Cuff-less and Noninvasive Measurements of Arterial Blood Pressure by Pulse Transit Time」、Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, 2005年 IEEE, 1〜4頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、そのようなデバイス上で受け継ぐハードウェアを活用するHRおよびBP測定値を与えることができる小型モバイルデバイスが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
モバイルデバイスを操作するユーザの少なくとも1つの身体機能測定値を取得するためのいくつかの実装形態が説明される。
【０００７】
いくつかの実装形態では、バイタル測定値を取得するためのモバイルデバイスは、モバイルデバイスのユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体と、外装体内に含まれているプロセッサと、ライトガイドに結合されたディスプレイと、ライトガイドに結合された少なくとも1つの第1のセンサとを含む。ディスプレイは、ユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するように構成され得る。少なくとも1つの第1のセンサは、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光を測定するように構成され得る。プロセッサは、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するように構成され得る。
【０００８】
いくつかの実装形態では、モバイルデバイスは、外装体に結合された少なくとも1つの第2のセンサを含み、少なくとも1つの第2のセンサは、心臓電気的活動(heart electrical activity)を示す第2の測定値を取得するように構成される。
【０００９】
いくつかの実装形態では、心臓電気的活動を示す第2の測定値は、心電図記録法(ECG:electrocardiography)測定値を含む。
【００１０】
いくつかの実装形態では、プロセッサは、第1の測定値および第2の測定値に基づく血圧値の生成を支援するようにさらに構成される。
【００１１】
いくつかの実装形態では、少なくとも1つの第1のセンサは、フォトダイオードを含む。
【００１２】
いくつかの実装形態では、少なくとも1つの第2のセンサは、少なくとも第1の電極と第2の電極とを含み、ユーザの身体の部分が、第1の電極と第2の電極との間の回路を完成させる。
【００１３】
いくつかの実装形態では、血液量の変化を示す第1の測定値は、光電式容積脈波記録法(PPG:photoplethysmography)測定値を含む。
【００１４】
いくつかの実装形態では、モバイルデバイスは、スマートフォンデバイスまたは腕時計のうちの少なくとも1つである。
【００１５】
いくつかの実装形態では、バイタル測定値を取得するための方法は、ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するステップを含み、ディスプレイデバイスはライトガイドに結合され、モバイルデバイスは、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む。本方法は、ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光を測定するステップをも含む。本方法は、プロセッサを介して、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得するステップをさらに含む。
【００１６】
いくつかの実装形態では、バイタル測定値を取得するための装置は、ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示するための手段を含み、ディスプレイデバイスはライトガイドに結合され、モバイルデバイスは、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む。本装置は、ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光を測定することをも含む。本装置は、プロセッサを介して、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得することをさらに含む。
【００１７】
いくつかの実装形態では、1つまたは複数の非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されたとき、モバイルデバイス内に収容される1つまたは複数のコンピューティングデバイスに、ディスプレイデバイスを介して、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンを表示することを行わせるバイタル測定値を取得するためのコンピュータ実行可能命令を記憶し、ディスプレイデバイスはライトガイドに結合され、モバイルデバイスは、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含む。命令はまた、実行されたとき、1つまたは複数のコンピューティングデバイスに、ライトガイドに結合された第1のセンサを介して、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光を測定することを行わせる。命令は、実行されたとき、1つまたは複数のコンピューティングデバイスに、プロセッサを介して、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値を取得することをも行わせる。
【００１８】
本開示の態様は例として示される。添付の図面では、同様の参照符号は、類似の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】1つまたは複数の実装形態を組み込み得るモバイルデバイスの簡略ブロック図である。
【図２】いくつかの実施形態による、ユーザのPPG測定値およびECG測定値を取得するように構成されたスマートフォンデバイスを示す図である。
【図３】いくつかの実装形態による、ディスプレイ上に示された2つの接触部(contact)と照明された画像とを有するスマートフォンデバイスを示す図である。
【図４】いくつかの実装形態による、ディスプレイおよびカバーガラスの断面図である。
【図５Ａ】いくつかの実装形態による、ライトガイド特性(light guiding feature)をもつカバーガラスを有しないディスプレイの平面図である。
【図５Ｂ】いくつかの実装形態による、ライトガイド特性をもつカバーガラスを有するディスプレイの平面図である。
【図６】いくつかの実装形態による、カバーガラスのエッジに結合された複数の光センサを有するタッチスクリーンディスプレイの平面図である。
【図７】いくつかの実装形態による、パルスタッチスクリーンディスプレイ光源についてのタイミング図である。
【図８】いくつかの実装形態による、バイタル測定値を取得するための方法のフローチャートである。
【図９】1つまたは複数の実施形態が実装され得るコンピューティングシステムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本明細書の一部を形成する添付の図面に関して、いくつかの例示的な実装形態が説明される。本開示の1つまたは複数の態様が実装され得る特定の実装形態が、以下で説明されるが、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲の趣旨から逸脱することなく、他の実装形態が使用され得、様々な変更が加えられ得る。
【００２１】
いくつかの実装形態は、一般に、液晶ディスプレイ(LCD)、または他のタイプのディスプレイ、たとえば、OLEDなどの放射型ディスプレイをすでに含む、小型モバイルデバイス(たとえば、スマートフォンおよびスマートウォッチ)に関係する。LCDディスプレイは、PPGベースのHR測定のための光源として活用および使用され得る。代替的に、反射ディスプレイは、ディスプレイから反射されると、周辺光が光源として不十分である場合、追加の光を与えるためにバックライトを利用することができる。さらに、LCDディスプレイのカバーガラスが、1つまたは複数の光センサ(たとえば、フォトダイオード)のほうへ光を向けるためにライトガイドとして使用され得る。モバイルデバイスはまた、ECG測定値を取得するために、ユーザの身体を通して回路を完成させるための1つまたは複数の電極を含むことができる。
【００２２】
LCDは、PPGベースのHR測定値を取得するのを支援するために、特定の画像を表示するように構成され得る。たとえば、ディスプレイは、ユーザが自分の指(たとえば、各手からの1つの指または親指)を置くことができる2つの赤色または緑色スポットの画像を与えることができる。言い換えれば、LCDは、PPG測定値を取得するために光源として使用される、特定の色および形状の照明されたパターンを表示する。ディスプレイ上に示されている照明されたパターンの上にユーザが自分の指を置いたとき、光は、LCDディスプレイのカバーガラスに反射され得る。カバーガラスは、ライトガイドとして働き、光源から小さい距離(たとえば、20〜35mm)離れて配置された光センサ(たとえば、フォトダイオード)のほうへ反射光を向け得る。たとえば、1つまたは複数の光センサがディスプレイのエッジに配置され得、照明されたパターンがディスプレイの中心のほうへ表示され得る。ディスプレイのカバーガラスは、ディスプレイの中心のユーザの指から反射された光を、ディスプレイのエッジに配置された1つまたは複数の光センサのほうへ向け得る。別の実施形態では、照明されたパターンは、光センサの近くの、ディスプレイのエッジのほうへ、またはコーナーのほうへ表示され得る。
【００２３】
上記で説明された原理は、ユーザの指からの反射光が動脈拍動によって変調され得、次いで、カバーガラスに結合され得るので、機能する。いくつかの場合には、カバーガラスは、(ガラスの場合のn=1.5とは対照的に)1の屈折率をもつ空気によって囲まれているので、カバーガラス中で伝搬する光は複数の内部全反射を受ける。実際に、空気によって囲まれたカバーガラスは、HR変調された反射光が、光センサ(たとえば、光検出器)が取り付けられたカバーガラスのエッジ(たとえば、ディスプレイのエッジ)に到達することを可能にするライトガイドとして働く。他の場合には、ディスプレイデバイス中の空隙は、ガラス/空気インターフェースにおけるフレネル反射によってコントラストが低減されるので望ましくないことがある。そのような場合、ライトガイドが空気および低屈折率材料によって囲まれるように、低屈折率透明材料がライトガイドに結合され得る。
【００２４】
ユーザのHRは、次いで、光センサにおいて検出されたHR変調された光に基づいて、PPG測定値から決定され得る。さらに、小型モバイルデバイス上に配置されたECGセンサが、ユーザの心拍を測定するために使用され得る。ユーザのBPは、次いで、PTT技法として、PPG測定値およびECG測定値を使用して推定され得る。
【００２５】
図1は、1つまたは複数の実装形態を組み込み得るモバイルデバイス100の簡略ブロック図を示す。モバイルデバイス100は、プロセッサ110と、マクロフォン120と、ディスプレイ130と、入力デバイス140と、スピーカ150と、メモリ160と、カメラ170と、センサ180と、光源185と、コンピュータ可読媒体190とを含み得る。
【００２６】
プロセッサ110は、モバイルデバイス100上で命令を実行するように動作可能な任意の汎用プロセッサであり得る。プロセッサ110は、マクロフォン120と、ディスプレイ130と、入力デバイス140と、スピーカ150と、メモリ160と、カメラ170と、センサ180と、光源185と、コンピュータ可読媒体190とを含む、モバイルデバイス100の他のユニットに結合される。
【００２７】
マイクロフォン120は、音を電気信号に変換する任意の音響/電気変換器またはセンサであり得る。マイクロフォン120は、モバイルデバイス100のユーザが、オーディオを録音するか、またはモバイルデバイス100のための音声コマンドを発行するための機能を提供し得る。
【００２８】
ディスプレイ130は、ユーザに情報を表示する任意のデバイスであり得る。例としては、LCDスクリーン、CRTモニタ、または7セグメントディスプレイがあり得る。
【００２９】
入力デバイス140は、ユーザからの入力を受け取る任意のデバイスであり得る。例としては、キーボード、キーパッド、またはマウスがあり得る。いくつかの実装形態では、マイクロフォン120も入力デバイス140としての役割を果たし得る。
【００３０】
スピーカ150は、ユーザに音を出力する任意のデバイスであり得る。例としては、電気オーディオ信号および/または超音波信号に応答して音を生成する内蔵スピーカまたは任意の他のデバイスを含み得る。
【００３１】
メモリ160は、任意の磁気、電子、または光学メモリであり得る。メモリ160は任意の数のメモリモジュールを含み得ることが諒解されよう。メモリ160の一例は、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)であり得る。
【００３２】
カメラ170は、モバイルデバイス100の本体上に配置されたレンズを介して1つまたは複数の画像をキャプチャするように構成される。キャプチャされた画像は、静止画像またはビデオ画像であり得る。カメラ170は、画像をキャプチャするためのCMOSイメージセンサを含み得る。プロセッサ110上で動作している様々なアプリケーションが、画像をキャプチャするためにカメラ170へのアクセスを有する。カメラ170は、画像がモバイルデバイス100内に実際には記憶されることなく、画像を絶えずキャプチャすることができることを諒解されよう。キャプチャされた画像は画像フレームと呼ばれることもある。
【００３３】
センサ180は、プロセッサによってアクセス可能なデータを取得するように構成された複数のセンサであり得る。センサ180はまた、モバイルデバイス100の外装体に物理的に結合され得る。複数のセンサ180は、1つまたは複数の光センサ182、および/または1つまたは複数の電極184を含み得る。光センサ182は、ユーザの血液量の変化を示すPPG測定値を取得するために、モバイルデバイス100のユーザ内の血管から反射される(以下で説明される)光源185からの反射光の測定を支援するように構成され得る。光センサ182は光収集構成要素と呼ばれることがある。光センサ182は、1つまたは複数のフォトダイオードを含み得る。たとえば、ユーザが第1の電極と第2の電極の両方に触れるときに、モバイルデバイス100のユーザの身体の部分が、両方の電極184間に回路を完成させ得る。電極184は、ECG測定値を取得するために、ユーザの心臓電気的活動の測定を支援するように構成され得る。
【００３４】
光源185は、ユーザの身体を通して光を放出するように構成された任意の光源であり得る。いくつかの実装形態では、光源185は、モバイルデバイス100のディスプレイ130を介して放出され得る。放出された光は、ユーザの身体の部分を通過することができる波長のものであり得る。たとえば、光源185は、ユーザの手首を通して光を放出するLEDであり得る。光源185から放出された光は、ユーザの身体内の血管から反射し得、上記で説明されたように、PPG測定値を取得するために、反射された光を1つまたは複数の光センサ182によって測定し得る。放出された光は、異なる変数に応じて異なる波長からのものであり得ることが諒解されよう。たとえば、信号を改善するか、ノイズを低減するか、暗い皮膚色を扱うか、血液の酸素含有量を測定するか、またはユーザの身体の異なる深度まで入り込むのに、光の異なる波長が適していることがある。光源185は発光構成要素と呼ばれることもある。
【００３５】
コンピュータ可読媒体190は、任意の磁気、電子、光学、または他のコンピュータ可読記憶媒体であり得る。コンピュータ可読媒体190は、PPG測定モジュール192と、ECG測定モジュール194と、血圧値モジュール196と、インピーダンス測定モジュール198とを含む。
【００３６】
PPG測定モジュール192は、プロセッサ110によって実行されたとき、光電式容積脈波記録法(PPG)測定値を取得するように構成される。PPG測定値は、モバイルデバイス100を操作するユーザの血液量の変化の測定値であり得る。PPG測定値は、ユーザアクションに応答してPPG測定モジュール192によって取得され得る。PPG測定モジュール192は、PPG測定値を取得するために、光源185および光センサ182とインターフェースし得る。PPG測定値の必要がユーザによって指示されると、PPG測定モジュール192は、光源185または複数の光源に、ユーザの身体の中に光を放出するように指示し得る。上記で説明されたように、放出された光は、ユーザの身体内の血管から反射されるか、または血管を透過され得、モバイルデバイス100内の1つまたは複数の光センサ182によって検出され得る。PPG測定モジュール192は、1つまたは複数の光センサとインターフェースすることによって、1つまたは複数の光センサ182によって検出された反射されたまたは透過された光の量を測定し得る。PPG測定モジュール192は、次いで、反射光の測定値に基づいて、ユーザの血液量の変化を示すPPG測定値を決定し得る。
【００３７】
ECG測定モジュール194は、プロセッサ110によって実行されたとき、心電図記録法(ECG)測定値を取得するように構成される。ECG測定値は、モバイルデバイス100を操作するユーザの心臓電気的活動の測定値であり得る。ECG測定値は、ユーザアクションに応答してECG測定モジュール194によって取得され得る。ECG測定モジュール194は、ECG測定値を取得するために、電極184とインターフェースし得る。ECG測定値の必要がユーザによって指示されると、ECG測定モジュール194は、ユーザの身体内の心臓組織の分極および脱分極によって生成される電気インパルスを測定するために(ユーザの身体が電極184間の回路を完成させると仮定して)、電極184とインターフェースし得る。いくつかの実装形態では、電気インパルスは、ユーザの心臓の拍動によって生成され得る。いくつかの実装形態では、ECG測定モジュール194は、ユーザの身体が電極184間の回路を完成させると、電気インパルスを自動的に測定するために、電極184とインターフェースし得る。ECG測定モジュール194は、次いで、測定された電気インパルスに基づいてECG測定値を決定し得る。ECG測定値は2つ以上の電極リード線を用いて取得され得ることが諒解されよう。
【００３８】
血圧値モジュール196は、プロセッサ110によって実行されたとき、PPG測定値およびECG測定値に基づいて、ユーザの血圧値を生成するように構成される。Poon, C.C.Y.およびZhang, Y.T.、「Cuff-less and Noninvasive Measurements of Arterial Blood Pressure by Pulse Transit Time」、Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, 2005年 IEEE, 1〜4頁によれば、PPG測定値およびECG測定値に基づく血圧値の計算は、当該技術分野でよく知られている。
【００３９】
インピーダンス測定モジュール198は、プロセッサ110によって実行されたとき、インピーダンス測定値を取得するように構成される。インピーダンス測定値は、モバイルデバイス100を操作するユーザの水和レベルを示し得る。インピーダンス測定値は、ユーザアクションに応答してインピーダンス測定モジュール198によって取得され得る。インピーダンス測定モジュール198は、インピーダンス測定値を取得するために、電極184とインターフェースし得る。インピーダンス測定値の必要がユーザによって指示されると、インピーダンス測定モジュール198は、ユーザの身体内の電気的インピーダンスを測定するために(ユーザの身体が電極184間の回路を完成させると仮定して)、電極184とインターフェースし得る。いくつかの実施形態では、インピーダンス測定モジュール198は、ユーザの身体が電極184間の回路を完成させると、電気的インピーダンスを自動的に測定するために、電極184とインターフェースし得る。
【００４０】
モバイルデバイス100は、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定され得ることが諒解されよう。「持ち運びできる」という用語は、容易に搬送または移動されることが可能であるものを指すことがあり、軽量および/または小型であり得ることが諒解されよう。持ち運びできるという用語は、ユーザによって容易に搬送可能であるか、またはユーザによって装着可能であるものを指すことがある。たとえば、モバイルデバイス100は、ユーザによって装着可能なスマートフォンデバイスまたは腕時計であり得る。持ち運びできるデバイスの他の例としては、ヘッドマウントディスプレイ、計算器、持ち運びできるメディアプレーヤ、デジタルカメラ、ページャ、パーソナルナビゲーションデバイス、電子リーダー(eリーダー)などがある。持ち運びできると見なされないことがあるデバイスの例としては、デスクトップコンピュータ、旧来の電話、(DVDプレーヤなど、動画を見るための持ち運びできるテレビまたはディスプレイシステムを含まない)テレビ、機器などがある。身体機能測定値は、スマートフォン、腕時計または前述のデバイスのうちの任意の他のデバイスを介して取得され得ることが諒解されよう。
【００４１】
図2は、いくつかの実施形態による、ユーザのPPG測定値およびECG測定値を取得するように構成されたスマートフォンデバイス210を示す。スマートフォンデバイス210はモバイルデバイス100の一例にすぎず、他の等しく好適なタイプの持ち運びできるデバイスは、eリーダー、携帯情報端末(PDA)、DVDプレーヤなどを含むことが諒解されよう。スマートフォンデバイス210は複数の接触部220を含み得る。いくつかの実施形態では、単一の接触部220が、スマートフォンデバイス210の各端部に配置され得る。他の実施形態では、スマートフォンデバイス210のタッチスクリーンディスプレイ250は、たとえば、銀地金または酸化インジウムスズ(ITO)を含む、接触層(contact layer)を含み得る。スマートフォンデバイス210は、ユーザ260のPPGとECGの両方の測定値を取得し得る。
【００４２】
たとえば、ユーザ260は、ユーザの第1の手240が接触部220のうちの1つまたは複数に触れ、ユーザの第2の手230がタッチスクリーンディスプレイ250に触れるように、スマートフォンデバイス210を保持し得る。ユーザ260がこのアクションを実行すると、接触部220、およびタッチスクリーンディスプレイ250の接触層は、ユーザ260の身体を通して回路を完成させ得る。次いで、スマートフォンデバイス210は、ECG測定値を決定するために、完成した回路を通して電位を測定し得る。ECG測定値は、ユーザの第1の手240または第2の手230がタッチスクリーンディスプレイ250に触れることなく取得され得ることが諒解されよう。すなわち、回路を完成させるために、ユーザの第1の手240は、第1の側面接触部220に接触し得、ユーザの第2の手230は、第2の側面接触部220に接触し得る。代替的には、ユーザ260は、ユーザの第1の手240または第2の手230のみを用いて、両方の側面接触部220に接触し得る(PPGまたは電気皮膚反応(GSR:Galvanic Skin Response)の測定について下記参照)。代替的には、図1には示されていないが、接触が行われるロケーションおよびどのように接触が行われるかに応じて、他のロケーション、たとえば、脚、足、足首、膝、肘、腕、首、頭などに位置し、および/またはそれらに触れるセンサが、PPG、GSR、そして場合によってはECGを生成するためにも使用され得る。たとえば、ユーザの手首上に着用されている腕時計、または眼鏡などのヘッドマウントデバイス(図示せず)は、必要とされる一部または全部の情報を生成するために必要とされるセンサを含むことができる。
【００４３】
スマートフォンデバイス210のタッチスクリーンディスプレイ250はまた、光学ベースの技術を使用することによって、ユーザ260のPPG測定値を取得し得る。たとえば、ユーザ260がタッチスクリーンディスプレイ250に触れたとき、タッチスクリーンディスプレイは、ユーザ260の皮膚を照らす光を生成し、毛細管を通る血流を測定し、したがってユーザの心拍数(PPG)を決定し得る。タッチスクリーンディスプレイは、個別光源の必要なしにディスプレイに内蔵された要素を使用して光を生成し得ることが諒解されよう。このプロセスは、以下でさらに詳細に説明される。
【００４４】
したがって、ユーザ260のPPG測定値とECG測定値の両方を取得することによって、ユーザの血圧を決定するために、PTT技法が使用され得る。スマートフォンデバイス210は、次いで、決定された血圧に基づいて、ユーザ260に(以下にさらに説明される)重要な情報を提供し得る。
【００４５】
さらに、スマートフォンデバイス210は、生体インピーダンス分析(BIA)技法を使用して、ユーザのインピーダンス測定値を取得し得る。いくつかの実施形態では、インピーダンス測定値は、タッチスクリーンディスプレイ250の接触層を介して取得され得る。インピーダンス測定値を取得するプロセスは、以下でさらに詳細に説明される。
【００４６】
タッチスクリーンディスプレイ250が複数の機能をサービスし得ることが諒解されよう。すなわち、タッチスクリーンディスプレイ250は、上記で説明されたように、ECG、PPG、および/またはインピーダンス測定値を取得するために使用され得、ユーザ入力デバイスとしても使用され得る。ユーザ260は、スマートフォンデバイス210上で実行されているアプリケーションに入力を与えるために、タッチスクリーンディスプレイ250を使用し得る。ユーザ260が、タッチスクリーンディスプレイ250を使用して身体機能測定値を取得することを望むとき、ユーザ260は、スマートフォンデバイス210を測定モードに入れ得る。代替的に、スマートフォンデバイス210は、たとえば、ユーザ260が、タッチスクリーンディスプレイ250上の特定のロケーション中に自分の指を置くこと、または所定の時間期間の間タッチスクリーンディスプレイ250に触れることから、身体機能測定値を取得するというユーザの意図を自動的に検出し得る。代替的に、スマートフォンデバイス210は、ユーザが、その時間において特定のバイタルサイン報告を希望または必要とすることなしに、およびユーザが各測定を促すことなしに、スマートフォンデバイス210を操作するユーザの通常過程においてユーザ260のバイタルサインを定期的に走査し、記憶し得る。
【００４７】
図3は、いくつかの実装形態による、ディスプレイ上に示された2つの接触部と照明された画像とを有するスマートフォンデバイスを示す。図は、スマートフォンデバイス210がユーザのECG測定値を取得するために、ユーザの指に接触し得る2つの側面接触部220(たとえば、電極)を示す。側面接触部220は、スマートフォンデバイス210の側面または背面のいずれか上に配置され得る。いくつかの実装形態では、接触部220は、スマートフォンデバイス210上の他のロケーションに、たとえば、スマートフォンデバイス210の下部に置かれ得る。接触部220は、ユーザが、接触部220を使用して自分の身体を通して回路を完成させることが可能であるような場所に位置し得る。
【００４８】
さらに、タッチスクリーンディスプレイ250は、PPG測定値を取得するための反射光を測定するために、ユーザの動脈中に光を照らすために使用され得る光源を生成し得る。いくつかの実装形態では、生成される光は、色が赤色または緑色であり得、特定の波長のものであり得る。生成される光は、個別光源の必要なしにタッチスクリーンディスプレイ250自体の要素によって生成され得る。たとえば、タッチスクリーンディスプレイ250内のピクセルのグループが、ユーザの親指が示されているロケーションにおいて赤色光を表示するように制御され得る。生成される光は一定である、たとえば、色を変化させないので、LCDディスプレイの変調は、ささいなものであり、基本的にタッチスクリーンディスプレイ250のリフレッシュレートであることが諒解されよう。別の実装形態では、タッチスクリーン機能のないディスプレイが使用され得る。
【００４９】
さらに、1つまたは複数の光センサが、タッチスクリーンディスプレイ250のカバーガラスのエッジに接着され得る。いくつかの実装形態では、光センサはフォトダイオードであり得る。光センサは、タッチスクリーンディスプレイ250によって生成されたユーザの(1つまたは複数の)指から反射された光を検出するように機能し得る。反射光は、タッチスクリーンディスプレイ250のカバーガラスに取り付けられたライトガイドを介して光センサのほうへ向けられ得る。たとえば、4つのフォトダイオードが、タッチスクリーンディスプレイ250のカバーガラスの側面に接着され、各側に1つのフォトダイオードがあり、得る。フォトダイオードはまた、たとえば、内蔵、はんだ付けなど、他の様式で取り付けられ得る。ライトガイドの機能は以下でさらに詳細に説明される。
【００５０】
図4は、いくつかの実装形態による、ディスプレイおよびカバーガラスの断面図を示す。上記で説明されたように、カバーガラス410が、タッチスクリーンディスプレイ250に取り付けられる。カバーガラス410は、公称距離、たとえば、わずか数ミリメートルだけタッチスクリーンディスプレイ250からカバーガラス410を分離するように構成された1つまたは複数のスペーサ420を介してタッチスクリーンディスプレイ250に取り付けられ得る。カバーガラス410はスペーサ420に接着され得、スペーサ420はタッチスクリーンディスプレイ250に接着され得る。いくつかの実装形態では、スペーサ420の代わりに、低屈折率接着剤(図示せず)が使用され得る。いくつかの実施形態では、カバーガラス410内の内部全反射を可能にするために、いずれかの層における材料に適した屈折率をもつ結合材料(図示せず)が、タッチスクリーンディスプレイ250とカバーガラス410との間の一部または全部のギャップを埋め得る。
【００５１】
タッチスクリーンディスプレイ250は、プロセッサからの命令に応答して、タッチスクリーンディスプレイ250内のピクセルの特定のグループによって表示された色付き画像の形態で光を生成し得る。ピクセルの特定のグループは、ユーザが自分の指をタッチスクリーンディスプレイ250に触れることを期待される位置に配置され得る。いくつかの実装形態では、色付き画像430は、色が赤色または緑色であり得る。ユーザが(たとえば、カバーガラス410を介して)自分の指440をタッチスクリーンディスプレイ250に触れると、ユーザの指440のほうへ向けられた色付き画像430からの光は、指内の動脈拍動によって変調され、光はカバーガラス410に結合される。いくつかの実装形態では、カバーガラスは、厚さが0.3mmから0.7mmの間であり得る。ユーザの指440のほうへ向けられた光がカバーガラス410に反射されると、光は、複数の内部全反射を受けながらカバーガラス410内を伝搬する。これは、カバーガラス410が、(カバーガラス410の場合のn=1.4とは対照的に)1の屈折率をもつ空気によって囲まれ得るので起こり得る。実際に、カバーガラス410は、心拍数変調された反射光が、光センサ182(たとえば、フォトダイオード)が配置されたカバーガラス410のエッジに到達することを可能にする「ライトガイド」として働き得る。スペーサ420は、異なる屈折率が存在するように、カバーガラス410とタッチスクリーンディスプレイ250の中間に「空隙」を可能にし得る。光源(たとえば、タッチスクリーンディスプレイ250上の色ピクセル)と光センサ182とがある距離離れているが、光センサ182は、依然として、光が受ける内部全反射により、ユーザの指440から反射された光を測定し得ることが諒解されよう。これは、光センサが、反射光の正確な測定値を取得するために、光源からわずか数ミリメートルに位置しなければならない既存のソリューションとは対照的であり得る。本明細書で説明される実装形態は、光センサが、光源からかなりの距離(たとえば、30mm)離れて位置し、依然として、反射光の正確な測定値を取得することを可能にし得る。
【００５２】
光センサ182が検出された光の量を測定すると、測定値は、ユーザについてのPPG測定値を決定するため、スマートフォンデバイス210のプロセッサによって使用され得る。さらに、光センサ182とタッチスクリーンディスプレイ250上のピクセルによって表示された色付き画像とは、光センサ182の測定値に影響を及ぼす周辺光害を緩和するために同期され得る。本質的に、光センサ182は光を2回測定し得る。光センサ182は、光源(たとえば、タッチスクリーンディスプレイ250上のピクセルによって表示された色付き画像)がアクティブであるときに、および光源がアクティブでないときに1回、光を測定し得る。事実上、タッチスクリーンディスプレイ250を示す色付き画像は、同期周波数(たとえば、ディスプレイ250のリフレッシュレート)に等しい特定の周波数においてパルス化される。したがって、光源がアクティブでないとき、光センサ182は周辺光害を測定していることがある。光源がアクティブであるとき、光センサ182は、ユーザの指からの反射光(たとえば、有用な信号)と周辺光害の両方を一緒に測定していることがある。光源がアクティブでないときの測定値は、ユーザの指からの測定された光(たとえば、有用な信号)のみを取得するために、光源がアクティブであるときの測定値から除去され得る。同期は、タッチスクリーンディスプレイ250のリフレッシュレートに等しい周波数において実行され得るか、または完全に異なる周波数において実行され得る。同期は、測定のためにリフレッシュレートにひも付けられる必要はないが、ディスプレイの設計要件によってそのように制約される場合にリフレッシュレートにひも付けられ得ることが諒解されよう。
【００５３】
いくつかの実装形態では、ユーザは、同じ手の2つの指でタッチスクリーンディスプレイ250に触れ得る。タッチスクリーンディスプレイ250は、ディスプレイの2つの別個のエリア中に色付き画像を表示し得る。ユーザは、第1の指を第1のエリアに、および第2の指を第2のエリアに同時に触れ得る。2つの指間の血流経路のわずかな差により、2つの異なるエリアにおいて生成されたPPG信号(たとえば、測定された反射光)は、測定され得る小さい位相差を有し得る。この測定値から、ユーザの脈管構造状態に関する情報が抽出され得る。たとえば、ユーザの中指の先端は、同じ手のユーザの親指よりも心臓から約50mm〜70mm遠くに離れて配置され得る。血流経路長差は、BPがそれから抽出され得るPTT測定値を可能にし得る。
【００５４】
図5Aは、いくつかの実装形態による、ライトガイド特性をもつカバーガラスを有しないディスプレイの平面図を示す。図は、色付き画像430が生成されるロケーションにおいてユーザの指440がタッチスクリーンディスプレイ250に接触している、タッチスクリーンディスプレイ250の平面図を示す。しかしながら、タッチスクリーンディスプレイ250の上のカバーガラス(図示せず)は、ライトガイド特性を含まない。わかるように、ユーザの指440から反射された反射光510は、タッチスクリーンディスプレイ250にわたって様々な方向に散乱される。ライトガイドを有しないことにおける欠点は、散乱された反射光510により、不十分な反射光510が光センサ182によって検出されることになり得るということであり得る。これは、光センサ182は、ユーザの指440から反射された反射光510の正確な測定値を与えることが可能でないことがある。したがって、ユーザについての正確なPPG測定値が決定されることが可能でないことがある。
【００５５】
対照的に、図5Bは、いくつかの実装形態による、ライトガイド特性をもつカバーガラスを有するディスプレイの平面図を示す。図は、色付き画像430が生成されるロケーションにおいてユーザの指440がタッチスクリーンディスプレイ250に接触している、タッチスクリーンディスプレイ250の平面図を示す。ただし、図5A中の説明とは異なり、カバーガラス(図示せず)はライトガイド特性を含み得る。その結果、ユーザの指440から反射された反射光510は、光センサ182に向かう方向にガイドされ得る。したがって、カバーガラス中にライトガイド特性を有することの利点は、有用な信号(たとえば、反射光510)のより大きい部分が光センサ182によって検出されることであり得る。次に、光センサは、ユーザの指440から反射された反射光510の正確な測定値を与えることが可能であり得、スマートフォンデバイスのプロセッサは、ユーザについての正確なPPG測定値を決定することが可能であり得る。
【００５６】
いくつかの実施形態では、ライトガイド特性(light guide feature)を有するカバーガラスは、ガラス、アクリル(pmma)、ポリカーボネート、PETなどを含むことができる
【００５７】
図6は、いくつかの実装形態による、カバーガラスのエッジに結合された複数の光センサ182を有するタッチスクリーンディスプレイ250の平面図を示す。いくつかの実装形態では、光センサ182(たとえば、フォトダイオード)は、タッチスクリーンディスプレイ250の4つのコーナーのうちの2つの近くに位置し得る。これらのロケーションは、タッチスクリーンディスプレイ250上のピクセル値によって生成された色付き画像430に比較的近くなり得る。色付き画像430は、ユーザが、特定の配向でスマートフォンデバイス210を保持しながら自分の指を置くために最適なロケーションにおいて生成され得る。たとえば、ユーザは、図3に示されているものと同様に、「横方向」配向でスマートフォンデバイス210を保持し得る。この配向では、ユーザは、(たとえば、カバーガラスを介して)両方の親指もタッチスクリーンディスプレイ250に触れながら、自分の人差し指が、ECG測定値を決定するために使用される接触部220に触れ得る。ユーザの親指は、タッチスクリーンディスプレイ250上の色付き画像430上に位置し得る。
【００５８】
色付き画像430は、様々な異なるピクセル配向でレンダリングされ得る。一例では、(a)は、ピクセルのクラスタによってレンダリングされる円形形状として色付き画像430を示す。別の例では、(b)は、ピクセルの単一の行によってレンダリングされる水平線として色付き画像430を示す。また別の例では、(c)は、ピクセルの単一の列によってレンダリングされる垂直線として色付き画像430を示す。タッチスクリーンディスプレイ250のピクセルを用いて色付き画像430をレンダリングする様々な他の方法もあり得る。色付き画像430をレンダリングする異なる変形形態はいくつかの利点を提供し得る。たとえば、色付き画像430をレンダリングする1つの変形形態は、色付き画像430をレンダリングする別の変形形態よりも短い時間期間内にレンダリングされ得る。
【００５９】
図7は、いくつかの実装形態による、パルスタッチスクリーンディスプレイ光源についてのタイミング図を示す。既存のソリューションは、しばしば、PPG光源のために連続波(CW:continuous wave)レジームを使用し、ここで、光源は連続的にオンである。反射光によって生成された光電流(たとえば、反射光)は、HRのみによって意図的に変調され得る。このモードでは、周辺光は、追加の照明を加え、PPG光源と「並列」に機能し得る。周辺光が、(しばしばそうである)一定、たとえば、天井蛍光灯の120Hz変調でない場合、光電流はまた、周辺光の強度の変動によって(HR変調に加えて)変調され得る。
【００６０】
周辺光によって引き起こされるこのノイズを緩和するために、光源は、所定の周波数上でパルス化され得る。上記で説明されたように、光電流は、2回、すなわち、(a)光源がオンである時間中に1回、および(b)光源がオフである時間中に1回測定され得る。オフ状態中に光センサによって測定された光電流は、オン状態中に光センサによって測定された光電流から減算され、周辺照明の変動によって引き起こされるアーティファクトを信号から事実上除去し得る。
【００６１】
いくつかの実装形態では、光センサ182は、向上した性能のためにタッチスクリーンディスプレイ250と同期され得る。一般的なディスプレイは、30、60、または120Hzにおいて自動的にリフレッシュされる。ディスプレイをリフレッシュすることは、表示されている一定の画像の強度の極めて少量の変調(たとえば、0.3%)を引き起こし得る。この量は、ユーザの指から反射された反射光の一般的な変調よりも著しく低いことがあり、それは、指先から直接ピックオフされるとき、一般に約3%である。
【００６２】
したがって、光源を常に表示するためにCWレジームを使用することが可能であるが、光源(たとえば、タッチスクリーンディスプレイ250上の色付き画像)をパルス化することが有利であり得る。理論的な可能な最も速い人間のHRは、4Hz=240bpmとして推定され得る。そのような周波数を有する信号を分解するために、ナイキスト定理に従って、信号は、8Hzよりも速い周波数においてサンプリングされなければならない。一般的なタッチスクリーンディスプレイ250の最も遅いリフレッシュレートは、30Hzにおいて控えめに設定され得、これは、最小ナイキストサンプリング周波数よりもすでに数倍速い。現代のタッチスクリーンディスプレイ250は、しばしば、より高いリフレッシュレート、たとえば、120Hzまたはそれ以上までを有する。したがって、リフレッシュレートが可能にする限り速く光源をオンおよびオフにパルス化するときに利点があり得る。光電流はオン状態中に数回サンプリングされ得、これらの読取値は、オンデータポイント、iON1を取得するためにアベレージされ得る。後続のオフ状態中に、光電流は、再び数回サンプリングされ、単一のオフデータポイントiOFF1を取得するためにアベレージダウンされ得る。コモンモード誤差を除去するために、光電流iOFF1は光電流iON1から減算され得る。このプロセスは何回も繰り返され、PPG信号のデジタル表現を生じ得、それのBP=a+b*PTTは、電子ノイズ、周辺光誘発信号など、コモンモード誤差がないことがある。
【００６３】
HR測定値の場合、パルス画像の周波数は、かなり寛大であり得、最遅リフレッシュディスプレイでさえ満たされ得る。しかしながら、PTT測定の場合、要件はより厳しくなり得る。PPG信号がユーザの指先からピックオフされるときの一般的なパルス移動時間は約200msである。この遅延時間の測定において5%の精度を達成するために、10msの絶対精度が必要とされ得る。言い換えれば、PPG信号のピークは、10msの精度で決定されなければならない。これを達成するために、光電流は10ms中に少なくとも3回サンプリングされ得、これは、ディスプレイのための300Hzサンプリングレートを意味する、300Hzサンプリングレートに等しい。したがって、一般的なディスプレイが120Hz周波数で比較的速くリフレッシュする場合でも、PTT測定の精度は、10〜15%のみであり、少なくとも10〜15%の誤差を有するBP測定値を生じ得る。
【００６４】
通常、BP測定におけるこの誤差は、測定を正確または有用であると見なすには高すぎることがある。しかしながら、推定された10〜15%の誤差は、1つのオン状態および1つのオフ状態についてのみ取得され得る。状態のペアは、30Hzリフレッシュレートディスプレイの場合、66msのみ持続し得る。BP出力データレートが15秒ごとに1回であることを期待される場合、測定は約220回繰り返され得る。アベレージダウンすることによって、ランダム誤差は、sqrt(220)=15回だけ低減され得る。
【００６５】
上記で与えられた推定値は、タッチスクリーンディスプレイ250がパルスモードで動作され得、PPG測定値を取得するための光源として使用され得ることを示す。BP決定における誤差は、PTT測定における誤差によってではなく、較正によって左右され得る(以下の式1を参照)。いくつかの実装形態では、タッチスクリーンディスプレイ250のバックライトは、赤外線(IR)光源を加えることによってオーグメントされ得、PPG測定は、IR光を使用して実行され得る。
【００６６】
本明細書で説明されるように、スマートフォンデバイス210は、PTT技法を使用してユーザのBPを決定するために、ユーザについてのPPG測定値とECG測定値の両方を取得することができる。2つの信号(たとえば、PPGおよびECG)の測定は同時に実行され得る。各信号は、スマートフォンデバイス210上の同じクロックを使用してタイムスタンプを付けられ得る。代替的に、各信号についてのタイムスタンプは、2つの異なるクロックから取得され得る。たとえば、ECGクロックおよびPPGクロックから取得され、両方のクロックはシステムクロックと同期される。したがって、PTTの正確な測定値が取得され得る。PTTデータから、個人のBPは、後続の式、および従来技術において知られている技法を使用して算出され得る。
BP=a+b*PTT
ここで、aは切片であり、bは較正関数の傾きである。
【００６７】
図8は、いくつかの実装形態による、バイタル測定値を取得するための方法のフローチャートである。ブロック810において、モバイルデバイスのユーザ内の血管のほうへ光を向ける照明パターンが表示され得る。ディスプレイデバイスはライトガイドに結合され得、モバイルデバイスは、ユーザが持ち運びできるようにサイズ決定された外装体を含み得る。照明パターンは、赤色または緑色の画像であり得る。ライトガイドは、ライトガイド特性または光転向特性(light turning feature)を有するディスプレイデバイスの上に位置するカバーガラスであり得る。たとえば、図4では、カバーガラスは、ユーザの指から反射された反射光を光センサのほうへガイドするためのライトガイドとしての役割を果たす。光は、照明パターンの形態でディスプレイ上に表示される。
【００６８】
ブロック820において、ユーザ内の血管から反射された照明パターンからの反射光が、ライトガイドに結合された第1のセンサを介して測定され得る。たとえば、図4では、反射光が光センサのほうへ「ガイド」されると、光センサは、検出された光の量を測定する。光センサはフォトダイオードであり得る。
【００６９】
さらに、心臓電気的活動を示す第2の測定値が、外装体に結合された第2のセンサを介して取得され得る。心臓電気的活動の第2の測定値はECG測定値であり得る。たとえば、図3では、電話の側面上の2つの接触部は、ユーザの身体を通して回路を完成させ、ECG測定値を取得するために使用される。接触部は電極であり得る。
【００７０】
ブロック830において、測定された反射光に少なくとも部分的に基づいて、血液量の変化を示す第1の測定値が取得される。測定値は、モバイルデバイスのプロセッサを介して取得され得る。たとえば、図3では、ユーザが適切な様式でデバイスを把持した後、デバイスは、ユーザについてのPPG測定値とECG測定値の両方を取得し得る。PPG測定値とECG測定値の両方は、PTTを決定するために使用され得、PTTは、ユーザについてのBPを決定するために使用される。
【００７１】
図9は、1つまたは複数の実施形態が実装され得るコンピューティングシステムの一例を示す。図9に示されているコンピュータシステムは、上記で説明されたコンピュータ化デバイスの一部として組み込まれ得る。たとえば、コンピュータシステム900は、テレビ、コンピューティングデバイス、サーバ、デスクトップ、ワークステーション、自動車の制御システムまたは対話システム、タブレット、ネットブック、または任意の他の適切なコンピューティングシステムの構成要素のうちのいくつかを表すことができる。コンピューティングデバイスは、画像キャプチャデバイスまたは入力感知ユニットおよびユーザ出力デバイスをもつ任意のコンピューティングデバイスであり得る。画像キャプチャデバイスまたは入力感知ユニットは、カメラデバイスであり得る。ユーザ出力デバイスはディスプレイユニットであり得る。コンピューティングデバイスの例としては、限定はしないが、ビデオゲームコンソール、タブレット、スマートフォン、および任意の他のハンドヘルドデバイスがある。図9は、本明細書で説明されるように、様々な他の実施形態によって提供される方法を実行することができ、ならびに/あるいはホストコンピュータシステム、リモートキオスク/端末、販売時点情報管理デバイス、自動車の電話インターフェースまたはナビゲーションインターフェースまたはマルチメディアインターフェース、コンピューティングデバイス、セットトップボックス、テーブルコンピュータ、および/またはコンピュータシステムとしての役割を果たすことができる、コンピュータシステム900の一実施形態の概略図を提供する。図9は、様々な構成要素の一般化された図を提供することのみを意図しており、そのいずれかまたはすべてが適宜に利用され得る。したがって、図9は、どのようにすれば個々のシステム要素が比較的分離された様式または比較的より統合された様式で実装され得るかを広く示している。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム900の要素は、図1中のモバイルデバイス100の機能を実装するために使用され得る。
【００７２】
コンピュータシステム900は、バス902を介して電気的に結合され得る(または場合によっては適宜通信していることがある)ハードウェア要素を備えるものとして示されている。ハードウェア要素は、限定はしないが、1つまたは複数の汎用プロセッサおよび/または1つまたは複数の専用プロセッサ(デジタル信号処理チップ、および/またはグラフィックス高速化プロセッサなど)を含む1つまたは複数のプロセッサ904と、限定はしないが、1つまたは複数のカメラ、センサ、マウス、キーボード、超音波または他の音波などを検出するように構成されたマイクロフォンなどを含むことができる1つまたは複数の入力デバイス908と、限定はしないが、本明細書で説明される実施形態で使用されるデバイスなどのディスプレイユニット、プリンタなどを含むことができる1つまたは複数の出力デバイス910とを含み得る。
【００７３】
本明細書で説明される実施形態のいくつかの実装形態では、様々な入力デバイス908および出力デバイス910は、ディスプレイデバイス、テーブル、床、壁、およびウィンドウスクリーンなどのインターフェースに埋め込まれ得る。さらに、プロセッサに結合された入力デバイス908および出力デバイス910は、多次元追跡システムを形成し得る。
【００７４】
コンピュータシステム900は、1つまたは複数の非一時的記憶デバイス906をさらに含み得(および/またはそれらと通信していることがあり)、非一時的記憶デバイス906は、限定はしないが、ローカルおよび/またはネットワークアクセス可能な記憶装置を備えることができ、ならびに/あるいは、限定はしないが、ディスクドライブ、ドライブアレイ、光記憶デバイス、プログラム可能、フラッシュ更新可能などであり得るランダムアクセスメモリ(「RAM」)および/または読取り専用メモリ(「ROM」)などのソリッドステート記憶デバイスを含むことができる。そのような記憶デバイスは、限定はしないが、様々なファイルシステム、データベース構造などを含む任意の適切なデータ記憶装置を実装するように構成され得る。
【００７５】
コンピュータシステム900は、限定はしないが、モデム、ネットワークカード(ワイヤレスまたはワイヤード)、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイスおよび/または(Bluetooth(登録商標)デバイス、802.11デバイス、WiFiデバイス、WiMaxデバイス、セルラー通信施設などの)チップセットなどを含み得る、通信サブシステム912をも含み得る。通信サブシステム912は、データが、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および/または本明細書で説明される他の任意のデバイスと交換されることを可能にし得る。多くの実施形態では、コンピュータシステム900は、上記で説明されたように、RAMまたはROMデバイスを含むことができる非一時的ワーキングメモリ918をさらに備えることになる。
【００７６】
コンピュータシステム900は、本明細書で説明されるように、オペレーティングシステム914、デバイスドライバ、実行可能ライブラリ、および/または1つまたは複数のアプリケーションプログラム916などの他のコードを含む、ワーキングメモリ918内に現在配置されているように示されるソフトウェア要素をも含むことができ、ソフトウェア要素は、様々な実施形態によって提供されるコンピュータプログラムを含み得、および/または方法を実装するように設計され得、および/または他の実施形態によって提供されるシステムを構成し得る。単に例として、上記で説明された方法に関して説明された1つまたは複数の手順は、コンピュータ(および/またはコンピュータ内のプロセッサ)によって実行可能なコードおよび/または命令として実装され得、次いで、一態様では、そのようなコードおよび/または命令は、説明された方法に従って1つまたは複数の動作を実行するように汎用コンピュータ(または他のデバイス)を構成し、および/または適合させるために使用され得る。
【００７７】
これらの命令および/またはコードのセットは、上記で説明された記憶デバイス906などのコンピュータ可読記憶媒体に記憶され得る。いくつかの場合には、記憶媒体は、コンピュータシステム900などのコンピュータシステム内に組み込まれ得る。他の実施形態では、記憶媒体は、記憶媒体が、その上に記憶された命令/コードを用いて汎用コンピュータをプログラムし、構成し、および/または適合させるために使用され得るように、コンピュータシステムから分離され(たとえば、コンパクトディスクなどのリムーバブル媒体)、および/またはインストールパッケージにおいて提供され得る。これらの命令は、コンピュータシステム900によって実行可能である、実行可能コードの形態をとり得、および/または(たとえば、様々な一般的に利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮/解凍ユーティリティなどのいずれかを使用して)コンピュータシステム900上にコンパイルおよび/またはインストールすると実行可能コードの形態をとる、ソースコードおよび/またはインストール可能コードの形態をとり得る。
【００７８】
特定の要件に従って、大幅な変更が行われ得る。たとえば、カスタマイズされたハードウェアも使用され得、および/または、特定の要素が、ハードウェア、(アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む)ソフトウェア、またはその両方で実装され得る。さらに、ネットワーク入出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続が採用され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム900の1つまたは複数の要素は、省略されるか、または図示されたシステムとは別個に実装され得る。たとえば、プロセッサ904および/または他の要素は、入力デバイス908とは別個に実装され得る。一実施形態では、プロセッサは、別個に実装される1つまたは複数のカメラから画像を受信するように構成される。いくつかの実施形態では、図9に示された要素に加えた要素が、コンピュータシステム900中に含まれ得る。
【００７９】
いくつかの実施形態は、本開示による方法を実行するために、(コンピュータシステム900などの)コンピュータシステムを採用し得る。たとえば、説明された方法の手順の一部または全部は、ワーキングメモリ918に含まれている(オペレーティングシステム914、および/またはアプリケーションプログラム916などの他のコードに組み込まれ得る)1つまたは複数の命令の1つまたは複数のシーケンスを実行するプロセッサ904に応答して、コンピュータシステム900によって実行され得る。そのような命令は、記憶デバイス906のうちの1つまたは複数など、別のコンピュータ可読媒体からワーキングメモリ918に読み込まれ得る。単に例として、ワーキングメモリ918中に含まれている命令のシーケンスの実行は、プロセッサ904に、本明細書で説明される方法の1つまたは複数の手順を実行させ得る。
【００８０】
本明細書で使用される「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械に特定の様式で動作させるデータを提供することに関与する任意の媒体を指す。コンピュータシステム900を使用して実装されるいくつかの実施形態では、様々なコンピュータ可読媒体が、実行のためにプロセッサ904に命令/コードを与えることに関与することがあり、および/またはそのような命令/コードを(たとえば、信号として)記憶および/または搬送するために使用され得る。多くの実装形態では、コンピュータ可読媒体は、物理的および/または有形記憶媒体である。そのような媒体は、限定はしないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む、多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は、たとえば、記憶デバイス906など、光ディスクおよび/または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、限定はしないが、ワーキングメモリ918などのダイナミックメモリを含む。伝送媒体は、限定はしないが、バス902、ならびに通信サブシステム912の様々な構成要素(および/または通信サブシステム912が他のデバイスとの通信を提供する媒体)を備える電線を含む、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバーを含む。したがって、伝送媒体はまた、(限定はしないが、電波通信および赤外線データ通信中に生成されるものなど、電波、音波および/または光波を含む)波の形態をとることができる。
【００８１】
物理的および/または有形コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、たとえば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、CD-ROM、任意の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、RAM、PROM、EPROM、フラッシュEPROM、任意の他のメモリチップまたはメモリカートリッジ、以下で説明される搬送波、または、コンピュータが命令および/またはコードをそれから読み取ることのできる任意の他の媒体を含む。
【００８２】
様々な形態のコンピュータ可読媒体が、1つまたは複数の命令の1つまたは複数のシーケンスを実行するためにプロセッサ904に搬送することに関与し得る。単に例として、命令は、最初に、リモートコンピュータの磁気ディスクおよび/または光ディスク上で搬送され得る。リモートコンピュータは、それのダイナミックメモリに命令をロードし、コンピュータシステム900によって受信および/または実行されるべき送信媒体上の信号として命令を送り得る。電磁信号、音響信号、光信号などの形態であり得るこれらの信号は、すべて、本明細書で説明された様々な実施形態による、命令が符号化され得る搬送波の例である。
【００８３】
通信サブシステム912(および/またはその構成要素)は、一般に信号を受信し、次いで、バス902は、信号(および/または、信号によって搬送されるデータ、命令など)をワーキングメモリ918に搬送し得、プロセッサ904は、ワーキングメモリ918から命令を取り出し、実行する。ワーキングメモリ918によって受信された命令は、場合によっては、プロセッサ904によって実行される前または後のいずれかに、非一時的記憶デバイス906に記憶され得る。
【００８４】
上記で説明された方法、システム、およびデバイスは、例である。様々な構成は、様々な手順または構成要素を適宜に省略、置換、または追加し得る。たとえば、代替構成では、方法は、説明された順序とは異なる順序で実行され得、ならびに/あるいは、様々な段階が、追加され、省略され、および/または組み合わせられ得る。また、いくつかの構成に関して説明された特徴は、様々な他の構成において組み合わせられ得る。構成の異なる態様および要素は、同様の方法で組み合わせられ得る。また、技術は進化しており、したがって、要素の多くは例であり、本開示の範囲または特許請求の範囲を限定しない。
【００８５】
(実装形態を含む)例示的な構成の完全な理解を与えるために、具体的な詳細が説明において与えられた。しかしながら、構成は、これらの具体的な詳細なしに実施され得る。たとえば、構成を不明瞭にすることを回避するために、よく知られている回路、プロセス、アルゴリズム、構造、および技法は、不要な詳細なしに示されている。この説明は、例示的な構成のみを提供し、特許請求の範囲、適用可能性、または構成を限定しない。むしろ、構成の上述の説明は、説明された技術を実装するための有効な説明を当業者に提供することになる。本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置において様々な変更が行われ得る。
【００８６】
また、構成は、流れ図またはブロック図として表されるプロセスとして説明され得る。各々は、順次プロセスとして動作を説明することがあるが、動作の多くは、並行してまたは同時に実行され得る。さらに、動作の順序は、並べ替えられ得る。プロセスは、図中に含まれない追加のステップを有することもある。さらに、方法の例は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはそれらの任意の組合せによって実装され得る。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードにおいて実装されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体などの非一時的コンピュータ可読媒体に記憶され得る。プロセッサは、説明されたタスクを実行し得る。
【００８７】
いくつかの例示的な構成が説明されたが、様々な変更、代替構成、および均等物が、本開示の趣旨から逸脱することなく使用され得る。たとえば、上記の要素は、より大きいシステムの構成要素であり得、他の規則が、本発明の適用例よりも優先されるか、またはさもなければ実施形態の適用例を変更し得る。また、上記の要素が考慮される前、間、または後に、いくつかのステップが行われ得る。
【符号の説明】
【００８８】
100  モバイルデバイス
110  プロセッサ
120  マクロフォン
130  ディスプレイ
140  入力デバイス
150  スピーカ
160  メモリ
170  カメラ
180  センサ
182  光センサ
184  電極
185  光源
190  コンピュータ可読媒体
192  PPG測定モジュール
194  ECG測定モジュール
196  血圧値モジュール
198  インピーダンス測定モジュール
210  スマートフォンデバイス
220  接触部
230  ユーザの第2の手
240  ユーザの第1の手
250  タッチスクリーンディスプレイ
260  ユーザ
410  カバーガラス
420  スペーサ
430  色付き画像
440  ユーザの指
510  反射光
900  コンピュータシステム
902  バス
904  プロセッサ
906  非一時的記憶デバイス
908  入力デバイス
910  出力デバイス
912  通信サブシステム
914  オペレーティングシステム
916  アプリケーションプログラム
918  非一時的ワーキングメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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