(57)【要約】  本発明はユーザの血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイス１に関する。光源２は組織サンプル１１中で散乱するためのコヒーレント光を提供し、光検出ユニット３は再放射ジオメトリで散乱コヒーレント光を受光し、光検出ユニット３は異なる組織深度に従って光源２から増加する距離において光強度値を捕捉するための複数の光検出素子３２ａ；３２ｂを有する。評価ユニット１０は捕捉される光強度に基づいてコントラスト値を決定し、異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定する。さらに、本発明はセンサデバイス１を用いて少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定する方法に関する。
2018514244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイスであって、
前記ユーザの組織サンプル中で散乱するためのコヒーレント光を提供するための光源と、散乱コヒーレント光の少なくとも一部を受光するための光検出ユニットとを有し、前記光源と前記光検出ユニットが相互に対して再放射ジオメトリで配置され、
前記光検出ユニットが、散乱コヒーレント光により形成されるスペックルパターンに従って光強度値を捕捉するため複数の光検出素子を有し、前記光検出素子が前記光源から増加する距離において配置され、異なる組織深度と関連し、
前記センサデバイスが、前記光源と前記光検出ユニットを含むハウジングを有し、前記ハウジングは、前記光源により放射される光がそこを通って前記ハウジングから出ることができる第一の開口と、前記光検出ユニットにより捕捉される散乱光がそこを通って前記ハウジングに入ることができる第二の開口とを有する、前記組織サンプルと接触させることができる接触面を有し、
前記光センサデバイスは、捕捉される光強度に基づいて前記光検出素子に対する個別のコントラスト値を決定し、異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて前記血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定するように構成される評価ユニットをさらに有する、
光センサデバイス。
【請求項２】
前記第一及び第二の開口は、前記接触面が前記組織サンプルと接触するとき、前記第一及び第二の開口の間の接続線が前記組織サンプルを横断しないような方法で、相互に対して配置される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項３】
前記血液灌流パラメータが、前記ユーザの心拍数及び／又は前記組織サンプル中の血流速度を示す、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項４】
前記評価ユニットが、前記コントラスト値の変化の周波数を推定し、推定される周波数に基づいて前記ユーザの心拍数を示す血液灌流パラメータを決定するように構成される、請求項３に記載の光センサデバイス。
【請求項５】
前記評価ユニットが、前記血液灌流パラメータを少なくとも一つの閾値と実質的に連続的に比較し、前記血液灌流パラメータが前記閾値を超える若しくは下回る場合にアラームルーチンを実行するように前記光センサデバイスを制御するように構成される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項６】
前記血液灌流パラメータが前記組織サンプル中の血流速度を示し、前記センサデバイスが温度センサをさらに有し、前記評価ユニットは、前記温度センサを使用して測定される温度が既定期間内に規定閾値を超える量だけ減少することを決定するときにアラームルーチンの開始を防止するように構成される、請求項５に記載の光センサデバイス。
【請求項７】
前記血液灌流パラメータが前記組織サンプル中の血流速度を示し、前記センサデバイスが高度計をさらに有し、前記評価ユニットは前記高度計を使用して決定される高度に基づいて前記閾値を決定するように構成される、請求項５に記載の光センサデバイス。
【請求項８】
前記血液灌流パラメータが前記組織サンプル中の血流速度を示し、前記センサデバイスが、前記センサデバイスにより前記組織サンプルへ加えられる圧力を測定するための圧力センサをさらに有し、前記評価ユニットは、前記圧力の変化を検出し、前記圧力の変化が検出されるときに対応する情報を出力するように前記センサデバイスを制御するように構成される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項９】
前記血液灌流パラメータが前記組織サンプル中の血流速度を示し、前記センサデバイスが、前記組織サンプルに対する前記センサデバイスの変位を検出するための位置センサをさらに有し、前記評価ユニットは、前記組織サンプルに対する前記センサデバイスの変位が検出されるときに対応する情報を出力するように前記センサデバイスを制御するように構成される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項１０】
前記評価ユニットが、個別のコントラスト値に基づいて異なる組織深度に従って前記血液灌流パラメータの複数の値を決定するように構成される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項１１】
前記評価ユニットが、前記異なる組織深度に従って前記血液灌流パラメータの値に基づいて前記血液灌流パラメータの動き補正値を決定するように構成される、請求項１０に記載の光センサデバイス。
【請求項１２】
前記第二の開口がアパーチャとして構成され、前記アパーチャのサイズは前記スペックルパターンの少なくとも一部のスペックルが既定最小サイズを持つように選択される、請求項１に記載の光センサデバイス。
【請求項１３】
複数の検出素子が少なくとも一つの組織深度と関連付けられ、前記光検出ユニットが前記スペックルパターンの画像を捕捉するように構成され、前記画像は前記検出素子に対応する複数のピクセルを有し、前記アパーチャのサイズは、最小サイズを持つスペックルが前記複数の検出素子の少なくとも二つの検出素子を覆うように選択される、請求項１２に記載の光センサデバイス。
【請求項１４】
ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための方法であって、
前記ユーザの組織サンプル中で散乱するためのコヒーレント光を提供するための光源と、散乱コヒーレント光の少なくとも一部を受光するための光検出ユニットとを有するセンサデバイスを設けるステップであって、前記光源と前記光検出ユニットは相互に対して再放射ジオメトリで配置され、前記光検出ユニットは前記散乱コヒーレント光により形成されるスペックルパターンに従って光強度値を捕捉するための複数の光検出素子を有し、前記光検出素子は前記光源から増加する距離において配置され、異なる組織深度と関連する、ステップと、
前記センサデバイスのハウジングの接触面を前記組織サンプルと接触させるステップであって、前記接触面は、前記光源により放射される光がそこを通って前記ハウジングから出ることができる第一の開口と、前記光検出ユニットにより捕捉される散乱光がそこを通って前記ハウジングに入ることができる第二の開口とを有する、ステップと、
捕捉される光強度に基づいて前記光検出素子に対する個別のコントラスト値を決定するステップと、
前記異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて前記血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定するステップと
を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光センサを用いた血液灌流パラメータの測定に関する。より具体的には、本発明は、ユーザの組織サンプル中で散乱するためのコヒーレント光を提供するための光源と、散乱コヒーレント光の少なくとも一部を受光するため、及び散乱コヒーレント光により形成されるスペックルパターンに従って少なくとも一つの光強度値を捕捉するための光検出ユニットとを有する、少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイスに関する。さらに、本発明は、ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトの組織における血液の灌流は、個人の健康状態と相関することが知られている。血液灌流に関連する一つのパラメータは個人の心拍数であり、心拍数の極値が個人の有害な健康状態を示し得る。従って、心拍数のモニタリングは、個人の有害な健康状態の指標を提供することができる。さらに、心拍数のモニタリングは、スポーツ活動などの間に個人のパフォーマンスを評価することを可能にする。さらに、血流速度は、個人の生理学的状態に相関するさらなる血液灌流パラメータである。特に、不規則な血流速度は、高血圧及びアテローム性動脈硬化症、冠状動脈疾患、慢性心不全、末梢血管疾患、卒中、糖尿病、慢性腎不全及び感染症などの心血管疾患を示し得る。
【０００３】
このような血液灌流パラメータを決定及びモニタリングするための一つのオプションは、レーザスペックルイメージングを含む。ここで、組織サンプルは、組織内の赤血球によって散乱されるコヒーレントなレーザ光を用いて照射される。散乱光は、通常スペックルパターンとも呼ばれる干渉パターンを生成する。血球の動きは、スペックルパターンの変化を引き起こし、これは特に測定されるスペックルパターン（すなわち、スペックルパターンの画像）のぼけをもたらす。従って、スペックルパターンのコントラストによりパラメータ化され得るぼけの量は、血球の動きと相関する。その結果、測定されるスペックルパターンのコントラストに基づいて血液灌流パラメータを推定することができる。
【０００４】
この点に関して、ＵＳ２０１３／０２０４１１２Ａ１は、コヒーレント光源と、組織サンプルを透過する光を測定するための検出器とを含む、レーザスペックルイメージングを使用して血液灌流をモニタリングするための方法及び装置を開示する。透過光における変動に基づいて、装置はスペックルコントラスト値を決定する。これらのコントラスト値は、血液灌流のメトリックを計算するために使用される。
【０００５】
この装置では、光源と検出器とが相互に対して透過ジオメトリで配置されているので、装置は、レーザ光により透照されるために十分に小さい厚さを持つユーザの身体の一部に取り付けられなければならない。従って、装置は、ユーザの指、つま先、鼻孔又は耳たぶにのみ取り付けることができる。これは装置の使用範囲を制限する。さらに、ユーザが、特に装置をより長時間使用するとき、身体の上記部分の一つに装置を取り付けることは、通常は不快である。
【０００６】
ＵＳ２０１２／０１８４８３１Ａ１は血行力学をモニタリングするためのデバイスを開示する。デバイスは、光を身体の領域に向け、その結果生じるスペックルパターンを検出する。デバイスは、反射ジオメトリで動作され、皮膚上に取り付けることができるハウジングの形態のセンサパッチを含む。スペックルパターンの変動に基づいて、デバイスは、血流速度と心拍数を決定することができる。さらに、ＵＳ２０１２／０１８４８３１Ａ１は、デバイスが一より多くのレーザ光源及び／又は光検出器を有することができ、複数の組織深度に関する同時測定を可能にするよう、分離距離が異なり得ることを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ユーザの血液潅流パラメータのモニタリングを、柔軟な方法で、かつユーザにとって都合のよいやり方で可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の態様では、ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイスが提案される。光センサデバイスは、ユーザの組織サンプル中で散乱するためのコヒーレント光を提供するための光源と、散乱コヒーレント光の少なくとも一部を受光するための光検出ユニットとを有する。光源と光検出ユニットとは、相互に対して再放射ジオメトリで配置される。光検出ユニットは、散乱コヒーレント光により形成されるスペックルパターンに従って光強度値を捕捉するための複数の光検出素子を有し、光検出素子は、光源から増加する距離において配置され、異なる組織深度と関連する。さらに、センサデバイスは、光源及び光検出ユニットを含むハウジングを有し、ハウジングは、光源により放射される光がそこを通ってハウジングから出ることができる第一の開口と、光検出ユニットにより捕捉される散乱光がそこを通ってハウジングに入ることができる第二の開口とを有する、組織サンプルと接触させることができる接触面を有する。さらに、光センサデバイスは、捕捉される光強度に基づいて光検出素子に対する個別のコントラスト値を決定し、異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定するように構成される評価ユニットを有する。
【０００９】
提案されるセンサデバイスは、光源と光検出ユニットが相互に対して再放射ジオメトリで配置されるので、より柔軟に使用することができる。
【００１０】
これは特に、組織サンプルが光源と光検出ユニットとの間に位置しないように、光源と光検出ユニットが相互に対して配置されることを意味する。従って、センサデバイスは、光源により放射される光によって透照されることができない、身体のより厚い部分にも取り付けられ得る。これは、ユーザがセンサデバイスをより快適に運ぶことができるユーザの体の一部にセンサデバイスを取り付けることも可能にする。特に、センサデバイスは、ユーザが腕時計のようにセンサデバイスを運ぶことができるように、ユーザの手首に取り付けることができる。
【００１１】
さらに、センサデバイスのハウジングが、光源により放射される光がそこを通ってハウジングから出ることができ、そこを通って散乱光がハウジングに入ることができる開口を有し、組織サンプルと接触させることができる接触面を有するので、組織サンプルとセンサデバイスの相対運動が除外若しくは最小化され得る。組織サンプルとセンサのかかる相対運動は、スペックルコントラストも減少させ、従って、血液灌流パラメータの決定にも影響を及ぼし得る。
【００１２】
さらに、本発明は、組織サンプルの異なる層内の血液の速度分布を評価し、血液灌流パラメータの運動補正値を決定することを可能にする。ユーザが動くとき、センサデバイスにより覆われる組織サンプルは、身体の他の部分の動きにより生じる組織サンプル中の張力に起因して、及び／又は、組織サンプル内の腱などの動きに起因して、センサデバイスに対して部分的に動き得る。特にセンサデバイスがユーザの手首に装着されるとき、組織サンプルは、ユーザの手及び／又は指の動きのためにセンサデバイスに対して部分的に動き得る。かかる動きに起因するスペックルコントラストの低下は、増加した血液灌流の指標として誤って扱われる可能性があるので、組織サンプルのかかる動きは、血液灌流パラメータの決定において望ましくない運動アーチファクトを招く。
【００１３】
かかる運動アーチファクトを排除するために、評価ユニットは、異なる組織深度と関連する血液灌流パラメータのコントラスト値に基づいて、血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定するように構成される。ここで、組織サンプルとセンサデバイスとの間の前述の相対運動が、異なる組織深度における組織サンプルの異なる層に異なる程度まで影響を及ぼすという事実が利用される。従って、異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて血液灌流パラメータを計算することにより、かかる動きを補正することが可能である。
【００１４】
光源及び光検出ユニットが配置される再放射ジオメトリに関して、本発明の一実施形態は、接触面が組織サンプルと接触するとき、第一の開口と第二の開口との間の接続線が組織サンプルを横断しないような方法で、第一及び第二の開口が相互に対して配置されることを提供する。
【００１５】
一実施形態では、血液灌流パラメータは、ユーザの心拍数及び／又は組織サンプル中の血流速度を示す。これに関して、心拍数及び血流速度は、ユーザの生理学的状態を示すことが知られており、従ってこれらの実施形態ではセンサデバイスによってモニタリングすることができる。特に、不規則な心拍数又は血流速度（すなわち、高過ぎる若しくは低過ぎる心拍数又は血流速度）は、例えば、高血圧症及びアテローム性動脈硬化症、冠状動脈疾患、慢性心不全、末梢血管疾患、脳卒中、糖尿病、慢性腎不全、及び感染症といったユーザの心血管疾患を示し得る。さらに、不規則な心拍数又は血流速度は、ユーザの他の有害な健康状態を示し得る。従って、かかる疾患及び有害な健康状態をセンサデバイスによって検出することができる。さらに、センサデバイスは、スポーツ活動中及び／又は他の状況において、ユーザが彼の心拍数及び／又は血流速度をモニタリングすることを可能にする。
【００１６】
関連する実施形態では、評価ユニットは、コントラスト値の変化の周波数を推定し、推定された周波数に基づいてユーザの心拍数を示す血液灌流パラメータを決定するように構成される。
【００１７】
さらなる実施形態では、評価ユニットは、血液灌流パラメータを少なくとも一つの閾値と実質的に連続的に比較し、血液灌流パラメータが閾値を超えるか、又は下回る場合、アラームルーチンを実行するように光センサデバイスを制御するよう構成される。特に、評価ユニットは、定期的な時間間隔で血液灌流パラメータを閾値と比較するように構成され得る。
【００１８】
閾値は、特に、閾値よりも大きい血液灌流パラメータの値がセンサデバイスのユーザの有害な健康状態を示すように設定され得る。血液灌流パラメータがかかる閾値を超える場合にアラームルーチンを開始することにより、センサデバイスは特に、適切な措置が講じられ得るよう、かかる有害な健康状態を示すことができる。このために、アラームルーチンは特に、センサデバイスによる音響及び／又は視覚的警告表示の出力を有し得る。さらに、低い心拍数又は血流速度は、ユーザの有害な健康状態を示し得る。これに関して、評価は、血液潅流パラメータが適切に選択される閾値を下回る場合にアラームルーチンを実行するように構成され得る。さらなる実施形態では、評価ユニットは、血液灌流パラメータを二つの閾値と比較するように構成され、血液灌流パラメータが第一の閾値を超える場合、又は血液灌流パラメータが第二の閾値を下回る場合にアラームルーチンを開始し得る。好適には、第二の閾値は第一の閾値よりも小さい。
【００１９】
血液灌流パラメータが組織サンプル中の血流速度を示す一実施形態において、センサデバイスはさらに温度センサを有し、評価ユニットは、温度センサを使用して測定される温度が、既定時間内に規定閾値を超える量だけ減少すると決定するとき、アラームルーチンの開始を防止するように構成される。この実施形態は、例えばユーザが暖かい室内環境から寒い屋外環境へ移動する場合のように、温度が急激に大幅に低下するとき、血液潅流が通常は増加するという事実を考慮する。特に、血流速度が閾値を超える場合に開始されるアラームルーチンの開始が防止され得る。上述の状況においてかかるアラームルーチンの開始を防止することにより、速度パラメータの温度依存性の増加による誤警報を防止することができる。
【００２０】
血液灌流パラメータが組織サンプル中の血流速度を示すさらなる実施形態において、センサデバイスはさらに高度計を有し、評価ユニットは、高度計を使用して決定される高度に基づいて閾値を決定するように構成される。この実施形態は、より高い高度では血液灌流のレベルが典型的により高いという事実を考慮する。血流速度が閾値を超える場合に評価ユニットがアラームを開始するとき、この閾値は好適には高度が増加するにつれて増加する。これにより、特に血流速度の高度依存性の増加に起因する誤警報を防止することが可能である。さらに、血流速度が閾値を下回る場合に評価ユニットがアラームを開始する場合、この閾値は、より高い高度での低血流速度に対するセンサデバイスの感度を改善するために、高度が高くなるにつれて同様に増加され得る。
【００２１】
血液灌流パラメータが組織サンプル中の血流速度を示すさらなる実施形態において、センサデバイスは、センサデバイスにより組織サンプルへ加えられる圧力を測定するための圧力センサをさらに有し、評価ユニットは、圧力の変化を検出し、圧力の変化が検出されるときに対応する情報を出力するようにセンサデバイスを制御するように構成される。この実施形態は、センサデバイスが組織サンプルに対してより高い圧力を加えるとき、血液灌流のレベルが典型的により低いという事実を考慮する。従って、異なる圧力に対して行われる血液灌流パラメータの測定は、通常、互いに比較できない。従って、評価ユニットは、センサデバイスのユーザへ圧力変化についての対応する情報を出力するようにセンサデバイスを制御する。この情報に基づいて、ユーザは元の圧力が再び確立されるように圧力を調節し得る。
【００２２】
評価ユニットが、血液灌流パラメータを前述の閾値と比較する場合、評価ユニットは、圧力変化についての情報の出力に加えて、又はその代替として、検出される圧力変化に基づいて閾値を適応させてもよい。血流速度が閾値を超える場合に評価ユニットがアラームルーチンを開始する場合、この閾値は、特に、圧力が増加するにつれて減少し得る。これにより、センサデバイスが組織サンプルに高い圧力を加える場合に、センサデバイスの十分な感度を確保することができる。血流速度が閾値を下回る場合に評価ユニットがアラームルーチンを開始する場合、誤警報を防止するために、この閾値は圧力が増加するにつれて同様に減少し得る。
【００２３】
一実施形態において、血液灌流パラメータは組織サンプル中の血流速度を示し、センサデバイスは、組織サンプルに対するセンサデバイスの変位を検出するための位置センサをさらに有し、評価ユニットは、組織サンプルに対するセンサデバイスの変位が検出されるとき、対応する情報を出力するようにセンサデバイスを制御するように構成される。
【００２４】
これにより、特に組織構成が通常は測定位置によって異なるため、血液灌流パラメータの値が通常は測定位置に依存するという事実を考慮することができる。従って、変位後の血液灌流パラメータの測定は、センサデバイスの元の位置で実行される測定と直接比較できない。従って、血液灌流パラメータの測定が行われる変更された条件をユーザが考慮することができるよう、評価ユニットはセンサデバイスのユーザへ対応する情報を出力するようにセンサデバイスを制御する。評価ユニットが血液灌流パラメータを前述の閾値と比較する場合、この比較は、センサデバイスの変位についての情報の出力に加えて、又はその代替として、センサデバイスの変位が検出される場合に中断され得る。
【００２５】
関連する実施形態において、評価ユニットは、検出される変位の逆方向を示す情報をセンサデバイスのユーザへ出力するようにセンサデバイスを制御するように構成され得る。かかる情報に基づいて、ユーザは、元の位置、すなわち変位が発生する前の位置にセンサデバイスを再配置するように指示され得る。
【００２６】
位置センサは特に、ユーザの皮膚の画像を取得するカメラを含んでもよく、評価ユニットは、例えば、そばかす又は母斑などの皮膚の不規則により形成される特徴的なパターンを認識するように構成され得る。この実施形態では、評価ユニットは、カメラにより取得される画像内の特徴的パターンの位置が以前に取得された画像におけるパターンの位置と異なるときに、組織サンプルに対するセンサデバイスの変位を検出し得る。さらに、評価は、上述の通り対応する情報を出力するようにセンサデバイスを制御するために、画像におけるパターンの変位の逆方向を決定するように構成され得る。
【００２７】
一実施形態では、評価ユニットは、個別のコントラスト値に基づいて異なる組織深度に従って複数の血液灌流パラメータの値を決定するように構成される。これにより、特に組織サンプルの異なる層内の血液の速度分布を評価することが可能である。
【００２８】
動きアーチファクトを除去するために、関連する実施形態は、評価ユニットが、異なる組織深度に従って血液灌流パラメータの値に基づいて血液灌流パラメータの動き補正値を決定するように構成されることを提供する。血液灌流パラメータの動き補正値は、特に、異なる組織深度に対応する血液潅流パラメータの値の線形結合として計算され得る。
【００２９】
一実施形態では、そこを通って散乱光がハウジングに入るハウジングの接触面の第二の開口は、アパーチャとして構成され、アパーチャのサイズは、スペックルパターンの少なくとも一部のスペックルが既定の最小サイズを持つように選択される。関連する実施形態では、複数の検出素子が少なくとも一つの組織深度と関連付けられ、光検出ユニットは、検出素子に対応する複数のピクセルを有するスペックルパターンの画像を取得するように構成され、アパーチャのサイズは、最小サイズを持つスペックルが複数の検出素子の少なくとも二つの検出素子を覆うように選択される。これにより、スペックルコントラストの変化が光検出ユニットにより検出され得ることが保証され得る。スペックルが検出素子の一つよりも小さい場合、又はスペックルサイズが検出素子の一つのサイズにおおよそ対応し得る場合、かかる変化の多くは光検出ユニットにより捕捉される画像では見えない。
【００３０】
更なる態様では、本発明は、ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための方法を提案する。この方法は：
‐ユーザの組織サンプル中で散乱するためのコヒーレント光を提供するための光源と、散乱コヒーレント光の少なくとも一部を受光するための光検出ユニットとを有するセンサデバイスを提供するステップであって、光源と光検出ユニットは相互に対して再放射ジオメトリで配置され、光検出ユニットは散乱コヒーレント光により形成されるスペックルパターンに従って光強度値を捕捉するための複数の光検出素子を有し、光検出素子は光源から増加する距離において配置され、異なる組織深度と関連する、ステップと；
‐センサデバイスのハウジングの接触面を組織サンプルと接触させるステップであって、接触面は、光源により放射される光がそこを通ってハウジングから出ることができる第一の開口と、光検出ユニットにより捕捉される散乱光がそこを通ってハウジングに入ることができる第二の開口とを有する、ステップと；
‐捕捉される光強度に基づいて光検出素子に対する個別のコントラスト値を決定するステップと；
‐異なる組織深度と関連するコントラスト値に基づいて血液灌流パラメータの一つの動き補正値を決定するステップと
を有する。
【００３１】
請求項１に記載の光センサデバイス及び請求項１４に記載の方法は、特に、従属請求項に定義される通り、同様の及び／又は同一の好適な実施形態を有することが理解されるべきである。
【００３２】
本発明の好適な実施形態は、各独立請求項との従属請求項又は上記の実施形態の任意の組み合わせとすることもできることが理解されるべきである。
【００３３】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ユーザの少なくとも一つの血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイスの一実施形態の構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【図２ａ】直径１ｍｍのアパーチャを用いて捕捉されるスペックルパターンの画像を例示する。
【図２ｂ】直径２．８ｍｍのアパーチャを用いて捕捉されるスペックルパターンの画像を例示する。
【図３】異なる組織深度で走る異なる伝播経路を介して組織サンプルを伝搬する光の検出を概略的かつ例示的に示す。
【図４】高度計を有する光センサデバイスの一実施形態の構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【図５】温度センサを有する光センサデバイスの一実施形態の構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【図６】圧力センサを有する光センサデバイスの一実施形態の構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【図７】カメラとして構成される位置センサを有する光センサデバイスの一実施形態の構成要素を概略的かつ例示的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、センサデバイス１のユーザの一つ以上の血液灌流パラメータを決定するための光センサデバイス１の構成要素を概略的かつ例示的に示す。以下にさらに説明するように、血液灌流パラメータはユーザの心拍数に対応し得る。加えて、又は代替として、センサデバイス１はユーザの組織サンプル１１を流れる血液の速度を示す血液灌流パラメータを決定することが可能であり得る。
【００３６】
センサデバイス１は、動作中に身体の適切な部分にそのユーザが着用するポータブルデバイスであり得る。特に、ユーザは身体の一肢に、具体的には手首又は一本の指若しくは足指にセンサデバイス１を装着し得る。センサデバイス１において検出され得る血液灌流のレベルの差異は、身体の四肢においてより顕著になるので、ユーザの身体の四肢におけるセンサデバイス１の装着は、特に心拍数を決定するために好適である。
【００３７】
センサデバイス１は、一つ以上の血液灌流パラメータをモニタリングするために、ユーザが日常生活において実質的に連続的に又はより長期間にわたって装着することができる。特に、センサデバイス１は、例えば高齢者などの有害な健康状態のリスクが高い人により装着され得る。かかる有害な健康状態は、適切な措置を早期に講ずることができるよう、センサデバイス１を用いて早期に検出され得る。同様に、センサデバイス１は、スポーツ活動中などの血液灌流パラメータ、例えば心拍数などをモニタリングするために使用され得る。
【００３８】
センサデバイス１は、ユーザの手首に携帯され得るように構成され得る。特に、センサデバイス１は特定の実施形態において腕時計の形態で構成され得る。これはユーザがセンサデバイス１を便利な方法で持ち運ぶことを可能にする。これらの実施形態では、センサデバイス１は実質的に腕時計の形態を有するスタンドアロンデバイスであり得る。或いは、センサデバイス１は、センサデバイス１を含み、一つ以上の追加機能のための追加コンポーネントをさらに含む、いわゆるスマートウォッチに統合され得る。
【００３９】
センサデバイス１はレーザスペックルイメージングに基づいて血液灌流パラメータを決定する。スペックルイメージングを行うために、センサデバイス１は、コヒーレント光を放射する光源２と、組織サンプル１１内に散乱された後の光の一部を収集する光検出ユニット３とを有する。光源２及び光検出ユニット３はセンサデバイス１のハウジング４に含まれる。ハウジング４内に、光源２と光検出ユニット３が相互に対して再放射ジオメトリで配置される。これは特に、組織サンプル１１が光源と光検出ユニットとの間に位置しないように、光源２と光検出ユニット３とが相互に対して配置されることを意味する。かかる再放射ジオメトリは特に、そのユーザが容易に持ち運ぶことができるコンパクトなセンサデバイス１を構築することを可能にする。
【００４０】
より具体的には、本明細書において接触面と呼ばれるハウジング４の領域９において、ハウジング４が皮膚５と接触するように、ハウジング４がユーザの皮膚５の上に置かれ得る。接触面９の領域において、ハウジング４は開口６を配置し、それを通って、光源２により放射されるコヒーレント光がハウジング４から出て、ユーザの皮膚５の下の組織サンプル１１を透過する。光源２は、放射光線が接触面に対して所定角度で開口を横切るように開口６付近に配置される。光検出ユニット３は好適にはハウジング４内に光源２に隣接して配置される。特に、光検出ユニット３は接触面９における別の開口７の領域に配置され、これは開口６に隣接して配置され、それを通って、散乱されたコヒーレント光の一部がハウジング４内に入射し、光検出ユニット３に当たる。
【００４１】
ユーザがハウジング４の接触面９をユーザの皮膚５に接触させてセンサデバイス１を持ち運ぶとき、組織サンプル１１とセンサデバイス１との相対運動が最小化され得る。これにより、組織サンプル１１とセンサデバイス１との相対運動は測定において望ましくない動きアーチファクトにつながり得るので、センサデバイス１の測定の信頼性を向上させることができる。さらに、ユーザの皮膚５における光の反射が最小化され得る。このようにセンサデバイス１を取り付けるために、適切な固定手段が設けられ得る。センサデバイス１が腕時計の形態をとる場合、固定手段は、センサデバイス１のハウジング４に取り付けられ、ハウジング４を適所に保つためにハウジング４と一緒にユーザの手首を密接に取り囲む調節可能なベルトであり得る。
【００４２】
皮膚５における光の反射をさらに最小化するために、光源２と皮膚５との間の空洞を充填するような方法で光結合材料が使用され得る。この光結合材料は、センサデバイス１を取り付ける前に、接触面９の領域においてユーザの皮膚５へユーザにより適用され得る、適切なゲルであり得る。
【００４３】
光源２は、特に赤色スペクトル範囲内のコヒーレント光を放射するレーザデバイスである。従って、組織サンプル１１内の赤血球において光が散乱される高い散乱確率が存在する。好適には、光源２は適切なスペクトル範囲で発光する半導体レーザダイオードとして構成される。特に、光源２は、レーザ光がウェハ表面に対して垂直に放射されるいわゆる垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり得る。しかしながら、光源２は別の方法で構成されてもよい。例えば、これは端面発光レーザデバイスとして構成され得る。
【００４４】
センサデバイス１の動作中、光源２により発せられる光は、開口６を横断した後に皮膚５を透過し、組織サンプル１１内の赤血球により散乱される。光検出ユニット３は、接触面９の開口７の領域において組織サンプル１１により再放射される散乱光を収集する。これは、組織サンプル１１を通る一つの散乱光線８の伝搬を示す図１に概略的かつ例示的に示される。ランダムに分布した赤血球から散乱される光の干渉のために、散乱光は、通常スペックルパターンと呼ばれるランダムパターンを生成する。センサデバイス１において、光検出ユニット３は、センサデバイス１のハウジング４の開口７を横切って光検出ユニット３に到達する干渉散乱光により生成されるスペックルパターンに従って光強度値を測定する。このため、光検出ユニット３は、光検出ユニット３により収集される光の強度を検出するための少なくとも一つの感光性検出素子素子を配置する。
【００４５】
検出ユニット３により決定される光強度値はセンサデバイス１の評価ユニット１０において評価される。評価ユニット１０は好適には、光源２と光検出ユニット３に加えて、センサデバイス１のハウジング４に組み込まれ、処理ユニット及びデータを記憶するためのメモリを含むマイクロプロセッサとして構成され得る。光検出ユニット３により提供される測定値を評価するため、評価ユニット１０は、評価ユニット１０のメモリに格納され、センサデバイス１の動作中にプロセッサで実行される、対応するソフトウェアプログラムを有する。
【００４６】
評価ユニット１０における測定されたスペックルパターンの評価は、好適には評価ユニット１０において決定されるスペックルパターンの変化に基づいてなされる。かかる変化は組織サンプル１１内の赤血球の運動に起因し、これにより光源２により放射される光が散乱される。従って、これらの変化は組織サンプル内の血液灌流に関するパラメータを決定することを可能にする。特に、評価ユニット１０はいわゆるレーザスペックルコントラスト分析（ＬＡＳＣＡ）に従ってスペックルパターンのコントラストに基づいて画像の評価を実行し得る。
【００４７】
この目的のために、評価ユニット１０は、好適には光検出ユニット３を用いて実行される測定に基づいてコントラスト値を計算する。計算される各コントラスト値は平均強度に対する測定強度分布における変動の量を示す。特に、スペックルコントラストＫはＫ＝σ／＜Ｉ＞と計算され得、σは強度値の標準偏差であり、＜Ｉ＞はこれら強度値の平均である。一変形では、実質的に同時点において光検出ユニットの検出面にわたって異なる位置で測定される強度値に基づいて一つのコントラスト値が計算され得る。かかるコントラスト値は、以下空間的コントラスト値とも呼ばれる。別の変形では、以下時間的コントラスト値とも呼ばれる一つのコントラスト値が、同じ場所で連続する時点において測定される強度値に基づいて計算され得る。特に、一つの時間的コントラスト値は、規定長の期間中に測定される強度値に基づいて計算され得る。次の期間において、新たな時間的コントラスト値が計算され得る。
【００４８】
一実施形態において、光検出ユニット３は、光検出ユニットの検出面を覆い、検出素子に対応する複数のピクセルを含む画像を捕捉する検出素子のアレイを含む。かかる光検出ユニット３は本明細書において画像センサとも呼ばれる。一実施例において、画像センサは電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサとして構成され得る。しかしながら画像センサの他の構成も同様に可能である。画像センサの検出素子は、検出器表面上に形成されるスペックルパターンに対応する光強度値を同時に捕捉する。好適には、これらの光強度値は所定の画像又はフレームレートに従って準連続的に捕捉される。これら同時に測定される光強度値の一部又は全部に基づいて、評価ユニット１０は各画像又はフレームに対する一つの空間的コントラスト値を計算し得る。さらに後述するように、ピクセルのグループを定義し、これらのグループの各々に対して一つの空間的コントラスト値を計算することも同様に可能である。さらに、個別に検出器素子の少なくとも一部に対する時間的コントラスト値を計算することも原理的に可能である。
【００４９】
さらなる実施形態において、光検出ユニット３は、好適には一定の時間間隔で光強度値を捕捉する、例えばフォトダイオードなどの単一検出素子を有し得る。かかる光検出ユニット３を用いて、上記のように時間的コントラスト値が決定され得る。
【００５０】
好適には、上述の実施形態における光検出ユニット３は、組織サンプル１１により再放射される非集束散乱光を検出する。従って、センサデバイス１は収集した散乱光を光検出ユニット３上に集光するためのレンズ又は他の光学素子を含まない。これはユーザが容易に持ち運ぶことができるコンパクトなセンサデバイス１を提供することを可能にする。
【００５１】
しかしながら、検出されるスペックルパターンの光学特性に影響を与えるための対策が全くとられないとき、非集束スペックルパターンを適切に検出して評価することは可能ではないかもしれないことがわかっている。特に、光検出ユニット３が画像センサとして構成され、画像センサにより実行される測定に基づいて空間的コントラスト値が決定されるとき、パターンのサイズが小さすぎる可能性があるため、検出素子により個別のスペックルを適切に検出することができない。光検出ユニットによるスペックルパターンの検出を向上させるために、それを通って散乱光が光検出ユニット３へ移動するハウジング４の開口７は、定義されたサイズを持つアパーチャとして構成され得る。一実装形態では、定義された直径を持つ円形アパーチャが使用される。しかしながら、異なる形状を持つアパーチャを使用することも同様に可能である。
【００５２】
この点において、アパーチャのサイズは光検出ユニット３により捕捉される画像におけるスペックルのサイズ（すなわち高い光強度を伴うスポットのサイズ）を決定する。特に、スペックルサイズはアパーチャのサイズが減少するにつれて増加することがわかっている。この知見は図２ａ及び２ｂにも示される。これらの図は、上記のように構成された、１ｍｍ（図２ａ）及び２．８ｍｍ（図２Ｂ）の直径を持つ開口７を有するセンサデバイス１を用いて捕捉されるスペックルパターンの画像を示す。図から理解されるように、小さいアパーチャを持つセンサデバイス１を用いて捕捉されるパターンにおけるスペックルは、大きいアパーチャを持つセンサデバイス１を用いて捕捉されるパターンにおけるスペックルと比較して大きい。
【００５３】
これらの知見に基づいて、アパーチャ７のサイズは、好適には捕捉されるスペックルパターンにおける少なくともほとんどのスペックルが、光検出ユニット３の複数のピクセル若しくは検出素子を覆うように選択される。これにより、画像に基づいて決定されるスペックルコントラストが増大し得ると同時に、血流速度の違いに起因するコントラストの差が増加する。十分に大きなスペックルをもたらす適切なアパーチャサイズの選択は、異なるアパーチャサイズに対するテスト実験若しくはシミュレーションに基づいてなされ得る。
【００５４】
一実施形態において、評価ユニット１０は、上述の通り、画像センサを用いて同じ時点で測定される、又は単一光検出素子を用いて連続する時点で測定される光強度値に基づいて推定され得る、一つの空間的又は時間的コントラスト値に基づいて血液灌流パラメータを決定する。しかしながら、センサデバイス１により覆われる組織サンプル１１の部分が、ユーザの動きに起因してセンサデバイス１に対して動く可能性がある。特にセンサデバイス１がユーザの手首に装着されるとき、組織サンプル１１の部分は、例えばユーザの手及び／又は指の動きに起因してセンサデバイスに対して動く可能性がある。組織サンプル１１内のかかる動きは、手首の領域における組織が手や指の領域内の組織と相互接続しているという事実に起因する。さらに、手及び／又は指の動きの場合に動く腱などが、組織サンプル１１を通っているかもしれない。
【００５５】
かかる動きに起因するスペックルコントラストの低減が、増加した血液灌流の指標として誤って扱われる可能性があるので、この種の動きは、典型的には血液灌流パラメータの決定に動きアーチファクトをもたらす。かかる動きアーチファクトを除去又は低減するために、評価ユニット１０は、組織サンプル１１中の異なる深さについて複数のコントラスト値を決定し、これら複数のコントラスト値に基づいて血液灌流パラメータを決定し得る。このアプローチは、上述の種類の動きが、典型的には完全な組織サンプル１１の均一な動きをもたらさないという観察に基づく。むしろ、かかる動きは典型的には組織サンプル１１の異なる層に異なる程度で影響を与える。従って、異なる組織深度に対して決定される複数のコントラスト値に基づいて動きアーチファクトの補正を行うことができる。
【００５６】
異なる組織深度に対するコントラスト値の決定は、図３において二つの経路３１ａ及び３１ｂについて概略的に示される通り、光が実質的にバナナ形状の経路で光源から光検出ユニット３へ組織を通って移動するという事実を利用する。光伝搬経路のこの形態は、組織内の光子の多重散乱から結果として生じる。光伝搬経路のこの形態の結果として、光源２からより大きな距離において検出される散乱光は、光源２からより小さな距離において検出される散乱光よりも組織サンプル１１のより深い層を横断している。従って、光源２のより近くで検出される光のスペックルパターンと、光源２からより遠くで検出される光のスペックルパターンは、組織の異なる深さにおける動きにより影響される。
【００５７】
これは図３にも示され、経路３１ａに沿って伝播する光が、経路３１ｂに沿って伝播する光よりも深い層を横断していることが理解され得る。ここで、経路３１ａに沿って伝播する光は検出ユニット３の検出素子３２ａにより収集され、経路３１ｂに沿って伝搬する光は検出素子３２ｂにより収集される。検出素子３２ａは光源２から第一の距離を持ち、検出素子３２ｂは、第一の距離よりも小さい、光源２から第二の距離を持つ。加えて、光検出ユニット３は、図３に図示の通り、光源２から一つ以上のさらなる距離における光検出のための追加検出素子を有し得る。さらに、上述の通り、図３に図示の通り単一検出素子の代わりに各距離に対して光源からの一つの距離（従って特定の組織深度）に関連する検出素子のグループがあり得る。
【００５８】
評価ユニット１０は光源２から異なる距離で検出されるスペックルパターンに対する複数のコントラスト値を決定し得る。かかるコントラスト値は、以下一般コントラスト値とも呼ばれる、特定深度に関連しないコントラスト値からそれらを区別するために、以下深さ関連コントラスト値とも呼ばれる。深さ関連コントラスト値を決定するために、光源２から異なる距離において測定される光強度値は別々に評価される。特に、各距離範囲で測定される光強度に基づいて、複数の規定距離範囲の各々に対して一つのコントラスト値が決定される。この目的のために、上述の通り光検出ユニット３の一つ以上の検出素子が各距離範囲に割り当てられる。一実施形態では、各距離範囲に対応する距離を持つ単一検出素子が各距離範囲に割り当てられる。この場合、評価ユニット１０は各距離範囲に対し個別の時間的コントラスト値を計算し得る。さらなる実施形態では、対応する距離範囲における距離を持つ検出素子のグループが各距離範囲に割り当てられる。この実施例において、評価ユニット１０は、関連する検出素子により測定される光強度に基づいて各距離範囲に対する空間的コントラスト値を決定し得る。上述の通り、これらのコントラスト値は組織サンプル１１の異なる深さにおける血液灌流を示す。
【００５９】
深さ関連コントラスト値に基づいて、評価ユニット１０は血液灌流パラメータの対応する値を決定し得る。さらに、上述の通り、評価ユニット１０は異なる組織深度に対して決定される複数のコントラスト値に基づいて動きアーチファクトの補正を実行し得る。関連する実施形態において、評価ユニット１０は深さ関連コントラスト値に基づいて単一のコントラスト値を決定し、これは動き補正コントラスト値とも呼ばれる。代替実施形態において、評価ユニット１０は異なる組織深度と関連するコントラスト値の各々について血液灌流パラメータの一つの値を決定し、血液灌流パラメータの個々の値に基づいて血液灌流パラメータに対する単一の動き補正値を推定する。
【００６０】
動きアーチファクトの補正は、より小さい組織深度に位置する血管ほど動きアーチファクトがより小さいという仮定に基づいてなされ得る。この仮定は、動きアーチファクトの振幅が血圧にほぼ反比例し、皮膚５の表面に近いより小さな血管では血圧がより低いという知見に基づく。従って、動きアーチファクトはこれらの血管の場合より顕著になる。これに基づき、動きアーチファクトの補正は、異なる深さに対する測定値（すなわち、コントラスト値又は血液灌流パラメータの値）の線形重ね合わせによりなされ得る。
【００６１】
特に、補正は連続する時点で取得される異なる深さに対する測定値に基づいてなされる。各深さに対し連続的に測定される値から、評価ユニットはそれぞれ一つのベクトルを生成し得る。さらに、評価ユニット１０は、係数を乗じた追加深さに対する測定値を含むベクトルから、一つの深さに対する測定値を含むベクトルを減算することによってベクトルを結合し得る。そして、評価ユニット１０は、結合ベクトルが最小標準偏差を持つ係数値を決定する。この決定は例えば反復法に基づいてなされ得る。結果として得られるベクトル、すなわち決定される係数値を用いて生成されるベクトルの結合は、連続する時点に対する動き補正測定値を含む動き補正ベクトルに対応し得る。
【００６２】
上述の通り、評価ユニット１０は、特に光検出ユニット３の測定に従って決定されるコントラスト値の変化に基づいてユーザの心拍数を決定し得る。この点において、赤血球が比較的高い速度を達成するように、各心収縮が血管内の血液を加速することが留意される。このより高い速度は、赤血球の動きにより生じるスペックル画像のぼけに起因してより低いスペックルコントラストをもたらす。心収縮後、速度は、次の心収縮より再び加速されるまで、心臓運動の期間中に減少し、減少する速度の結果として、スペックルコントラストが増加する。このように、スペックルコントラストは二つの心収縮の間に比較的高い勾配で減少し、より低い勾配で再び増加する。従って、スペックルコントラストは（血流速度の周期的変動をたどって）周期的に変化し、スペックルコントラストの変動の周波数が心拍数に対応する。
【００６３】
これらの観察に続いて、評価ユニット１０は、連続画像に対して計算されるスペックルコントラストの周期的変化の周波数を決定し、この周波数をユーザの心拍数に対する推定値として出力し得る。スペックルコントラストの変化の周波数を決定するために、周期的に変化するパラメータの周波数を決定するための任意の既知の手順が使用され得る。例えば、評価ユニットはスペックルコントラストの変化の周期を決定し、決定される周期に基づいて心拍数を推定し得る。前述の通り、この評価は好適には動き補正コントラスト値に基づいてなされるか、又は評価??ユニットは、対応する深さ関連コントラスト値に基づいて異なる組織深度に対する個々の心拍数値を決定し、これらの心拍数値に基づいてユーザの心拍数を推定し得る。これにより、心臓の動きに起因する血液灌流の代わりにユーザの動きから生じるコントラスト変化によって心拍数の決定が影響されることを防止することができる。しかしながら、上記動きアーチファクトに関して補正されない一般コントラスト値に基づいて心拍数を決定することも同様に可能である。
【００６４】
推定される心拍数は、センサデバイス１（図示せず）の表示ユニット上でユーザへ視覚的に出力され得る。さらに、評価ユニット１０は、好適には既定の上限閾値及び／又は既定の下側閾値と推定される心拍数を比較する。上限及び下限閾値は、上限閾値以上及び下限閾値以下の心拍数がユーザの健康の障害を示す可能性があるように選択され得る。加えて若しくは代替として、上限及び／又は下限閾値は別の方法でセンサデバイス１のユーザにより定義され得る。特に、ユーザはスポーツ活動中のパフォーマンス制御を実行するために所定の方法で上限及び／又は閾値を設定し得る。
【００６５】
少なくとも一つの上限及び／又は下限閾値がセンサデバイス１において設定されるとき、評価ユニット１０は、上限及び／又は下限閾値と推定される心拍数値を比較する。推定される心拍数が設定下限閾値を下回ると評価ユニット１０が決定する場合、及び／又は、推定される心拍数が設定上限閾値よりも大きいと評価ユニット１０が決定する場合、評価ユニット１０はアラームルーチンを開始し得る。一実施形態において、アラームルーチンはセンサデバイス１による視覚及び／又は音響アラーム信号の出力を有し得る。
【００６６】
さらなる実施形態において、センサデバイス１はユーザの心拍数に加えて若しくはその代替として、組織サンプル１１内の血流速度を示す血液灌流パラメータを決定する。本明細書において速度パラメータとも呼ばれる、血流速度を示す血液灌流パラメータは、好適にはスペックルコントラストが減少するときに増加するように決定される。特に、速度パラメータは１／Ｋ２としてスペックルコントラストに基づいて計算され得る。
【００６７】
心拍数と同様に、速度パラメータは好適には動き補正コントラスト値に基づいて決定され、又は評価ユニット１０は、対応する深さ関連コントラスト値に基づいて異なる組織深度に対する個々の速度パラメータ値を決定し、これら速度パラメータに対する個々の値に基づいて速度パラメータを推定し得る。これにより、決定される速度パラメータに影響を与える動きアーチファクトが低減され得る。しかしながら、動きアーチファクトに関して補正されない一般コントラスト値に基づいて速度を決定することも同様に可能である。
【００６８】
さらなる実施形態において、評価ユニット１０はかかる組織深度に対して測定されるコントラスト値に基づいて異なる組織深度に対する速度パラメータの個々の値を決定し得る。速度パラメータのこれらの値は、組織サンプルの三次元速度マップを提供するためにセンサデバイス１により出力され得る。
【００６９】
好適には、評価ユニット１０は実質的に一定の時間間隔で速度パラメータの平均値を決定する。この目的のために、評価ユニット１０は連続期間に対する平均値を計算し、各平均値は各期間中に決定される速度パラメータの値から計算され得る。上述の通り血流速度は心臓の動きに応じて周期的に変化するので、期間は好適には少なくとも二つ以上の心拍を含むように選択される。
【００７０】
好適には、評価ユニット１０はセンサデバイス１のディスプレイにおいて速度パラメータの決定される平均値についての情報を出力するようにセンサデバイス１を制御する。この情報は決定される平均値の絶対値を含み得る。しかしながら、速度パラメータの絶対値はセンサデバイス１のユーザにとって意味がないかもしれない。従って、基準値に対する相対値がセナデバイス１により出力され得る。これら相対値は基準値に対する決定される平均値のパーセンテージ、又は決定される平均値と基準値との差を含み得る。基準値は速度パラメータの一つ以上の測定に基づいて評価ユニット１０により決定され得る。これらの測定はユーザが良好な健康状態にあるとき、及びセンサデバイス１が通常の環境条件で、すなわちそのユーザにより通常動作される環境条件で動作されるときに、実行され得る。測定を実施するために、センサデバイス１は上述の条件が当てはまるときにユーザにより駆動され得る特殊動作モードを配置し得る。血流速度パラメータの一つの平均値がこの動作モードで決定されるとき、評価ユニット１０はこの平均値を基準値として保存し得る。血流速度パラメータの複数の平均値が上述の動作モードで決定される場合、評価ユニットは例えばこれらの値の平均を決定し、この平均を基準値として保存し得る。
【００７１】
さらに、決定される血流速度パラメータの平均値は、上限及び／又は下限閾値と比較され得る（通常動作モード中）。一実施形態において、閾値はセンサデバイス１に予め記憶される値に対応し得る。代替として、閾値は速度パラメータの基準値の既定倍数及び／又は割合として決定され得る。決定される血流速度パラメータの平均値と、上限及び／又は下限閾値との比較に基づいて、評価ユニット１０はアラームルーチンを開始し得る。特に、速度パラメータの平均値が上限閾値よりも大きいと評価ユニット１０が決定する場合、アラームルーチンが開始され得る。加えて、又は代替として、評価ユニット１０は、速度パラメータの平均値が下限閾値より小さいと決定する場合にアラームルーチンを開始し得る。アラームルーチンは、ユーザの心拍数のモニタリングに関連して上記したのと同様の方法で構成され得る。従って、アラームルーチンは、センサデバイス１が評価ユニット１０の制御下で音響及び／又は視覚的警告表示を出力することを有し得る。
【００７２】
速度パラメータの平均値と上限閾値との比較は、センサデバイス１がスポーツ活動中のユーザの健康状態をモニタリングするために使用されるときに特になされ得る。この場合、上限閾値以上の平均値で示される過剰な血流は、センサデバイス１のユーザの有害な健康状態を示す。速度パラメータの平均値と下限閾値との比較は、センサデバイス１が上皮機能不全を抱えるユーザの健康状態をモニタリングするために使用されるときに特になされ得る。かかるユーザの場合、適切に選択される下限閾値よりも小さい血流速度パラメータの平均値は不十分な上皮機能を示し得る。従って、平均値が下限閾値を下回る場合にアラームルーチンが開始され得る。
【００７３】
評価ユニット１０が速度パラメータを推定するセンサデバイス１の実施形態では、センサデバイス１は、速度パラメータに影響を与える環境条件をモニタリングする一つ以上の追加センサをさらに有し得る。評価ユニット１０は、速度パラメータに影響を与える環境条件の変化を検出すると、センサデバイス１のユーザへ対応する情報を出力するようセンサデバイス１を制御し得る。従って、ユーザは血流速度パラメータの測定結果を評価する際に環境条件の変化を考慮することができる。
【００７４】
評価ユニットが上限及び／又は下限閾値と血流速度パラメータを比較する場合、これは付加的に又は代替として、追加センサにより実行される測定に基づいて、異なる環境条件に閾値を適応させ得る。特に、それに基づいて閾値が選択される条件と比較して増加した速度パラメータと関連する条件でセンサデバイス１が動作されることをセンサが示すとき、評価ユニット１０は上限閾値を増加させ得る。かかる閾値の適応により、特に、増加した速度パラメータが、センサデバイス１のユーザの有害な健康状態ではなく特定の環境条件に起因するとき、誤警報を防止することが可能である。さらに、センサデバイス１が増加した速度パラメータに関わる条件で動作されることをセンサが示すとき、評価ユニット１０は下限閾値を増加させ得る。これにより、低血流速度を伴う有害な健康状態に対するセンサデバイス１の感度が改善され得る。
【００７５】
関連する一実施形態において、センサデバイス１は付加的に、センサデバイス１が動作されている高度を測定するための高度計４１を含む。この実施形態は図４に概略的かつ例示的に示される。高度計４１は当業者に既知の任意の適切な方法で構成され得る。測定される高度値は、血液灌流のレベルが典型的にはより大きな高度においてより高いという事実により、考慮され得る。
【００７６】
測定される高度に基づいて、評価ユニット１０は、速度パラメータと比較される上限及び／又は下限閾値を決定し得る。特に、評価ユニット１０は、測定高度が増加するときに上限閾値を増加させ、測定高度が減少するときに上限閾値を減少させ得る。この目的のために、評価ユニット１０は、ベース閾値に割り当てられる高度と測定高度との差に基づいて決定される量だけ、ベース閾値に対して閾値を増加（高度増加の場合）又は減少（高度減少の場合）させ得る。ベース閾値及び関連する高度はセンサデバイス１に予め記憶され得る。或いは、ベース閾値は、ユーザにより選択される速度パラメータの基準値に基づいて決定される。このベース閾値に、評価ユニット１０は、速度パラメータの基準値が決定されるときに高度計４１により測定される高度を割り当て得る。同様に、評価ユニット１０は、測定高度が増加するときに下限閾値を増加させ、測定高度が減少するときに下限閾値を減少させ得る。
【００７７】
閾値の適応に加えて又は代替として、評価ユニット１０は、測定高度と基準高度との差の絶対値が閾値よりも大きいとき、センサデバイス１のユーザへ対応する情報を出力するようセンサデバイス１を制御し得る。好適には、基準高度は血流速度パラメータに対する基準値の測定中に測定される高度に対応する。基準高度に対する高度の変化についての情報に基づいて、センサデバイス１のユーザは、血流速度パラメータの測定値を評価する際に高度変化を考慮し得る。
【００７８】
さらに、図５に概略的かつ例示的に示す通り、センサデバイス１は高度計４１に加えて又は代替として温度センサ５１を有し得る。温度センサ５１が存在する場合、評価ユニット１は好適には、既定期間内に規定閾値を超える量だけ温度が減少する状況を決定するために、測定温度信号をモニタリングする。急激な温度降下が発生する状況を検出できるようにするために、期間は比較的小さく選択される。従って、例えばユーザが冬に暖かい室内環境から冷たい屋外環境へ移動する場合のように、温度が急激に大幅に低下する状況を検出することができる。かかる状況において血液灌流は通常顕著に増加する。
【００７９】
評価ユニット１０がかかる状況を検出すると、好適には、血液灌流パラメータの測定値が現在温度変化の影響を受けていることをセンサデバイス１のユーザへ通知するために、対応する音響及び／又は視覚情報を出力するようセンサデバイス１を制御する。評価ユニット１０が上記上限閾値と血流速度パラメータを比較する場合、上述のように急激な温度変化が検出されるときは、既定時間間隔この比較を一時停止し得るか、或いはこの状況において既定時間間隔アラームルーチンの開始をブロックし得る。
【００８０】
速度パラメータと上限閾値との比較を一時停止すること又はアラームルーチンをブロックすることによって、かかる速度パラメータの温度依存性の増加に起因する誤警報を防止することができる。
【００８１】
付加的に又は代替として、センサデバイス１は、皮膚５及び皮膚５の下の組織サンプル１１へセンサデバイス１により加えられる圧力を測定するための圧力センサ６１を有し得る。本実施形態は図６に概略的かつ例示的に示される。一実施態様において、圧力センサ６１は圧電センサとして構成され得る。かかるセンサは、ユーザがセンサデバイス１を装着するときに圧力が圧電フォイルへ加えられるように、センサデバイス１のハウジング４の接触面９に取り付けられる圧電フォイル６２を有し得る。従って、フォイルは電圧を供給し、そこから皮膚５に加えられる圧力が圧力センサ６１の評価論理６３により推定され得る。
【００８２】
典型的には、センサデバイス１がユーザの皮膚５及び皮膚５の下の組織サンプル１１により高い圧力を加えるとき、血液灌流のレベルはより低くなる。従って、評価ユニット１０は好適には、圧力の変化を検出するために組織サンプル５に加えられる測定圧力をモニタリングする。特に、評価ユニット１０は測定圧力値と以前に測定された圧力値との差が閾値を超えるときにかかる変化を検出するように構成され得る。一実施態様では、以前に測定された圧力値は、前述の血流速度パラメータに対する基準値が決定されている間に測定された基準圧力値に対応し得る。さらなる実施態様において、評価ユニット１０は、組織サンプル１１に加えられる圧力の変化を検出するために、各測定圧力値を前の圧力値と比較し得る。
【００８３】
評価ユニット１０がかかる圧力変化を検出する場合、対応する情報を出力するようセンサデバイス１を制御し得る。この情報に応答して、ユーザは圧力変化が覆されるように圧力を調節し得る。この調節を実行する際にユーザを支援するために、センサデバイス１は、圧力変化を覆すために圧力が増加又は減少されなければならないかどうかの表示も出力し得る。
【００８４】
このように、評価ユニット１０は、ユーザがセンサデバイス１を連続装用するセンサデバイス１の動作期間中に組織サンプル１１に加えられる圧力をモニタリングし得る。さらに、評価ユニット１０は好適には、センサデバイス１の前の装着期間中に皮膚５に加えられた圧力とは異なる圧力でユーザが新たにセンサデバイス１を取り付ける状況を検出する。
【００８５】
付加的に又は代替として、評価ユニット１０は測定圧力に基づいて速度パラメータと比較される上限及び／又は下限閾値を決定し得る。特に、評価ユニット１０は好適には圧力が増加すると閾値を減少させ、逆もまた同様である。この目的のために、評価ユニット１０は特に、ベース閾値に割り当てられる圧力値と測定圧力との差に基づいて決定される量だけ、各ベース閾値に対して各閾値を減少（高度増加の場合）又は増加（高度減少の場合）させ得る。上限及び／又は下限閾値に対するベース閾値及び関連する圧力値は、先と同様センサデバイス１に予め記憶され得る。或いは、上限及び／又は下限閾値に対するベース閾値は上記の通りユーザにより選択される速度パラメータの各基準値に基づいて決定され得、評価ユニット１０は、速度パラメータの基準値が決定され記憶されるとき、圧力センサにより測定される圧力をこれらのベース閾値へ割り当て得る。
【００８６】
さらに、組織の組成が通常は測定場所によって異なるため、血流速度パラメータの測定は通常、測定場所に依存する。従って、センサデバイス１はオプションとして位置センサ７１を含み、これは測定が特に組織サンプルに対するセンサデバイス１の変位を検出することを可能にするよう、連続時間間隔においてセンサデバイス１の位置を示す測定を実行する。一実施形態では、血流速度パラメータに対する基準値の決定中のその位置に対するセンサデバイス１の変位が、位置センサ７１を用いて決定され得る。代替実施形態では、位置センサ７１による前の測定時の前の位置に対するセンサデバイス１の変位が検出され得る。
【００８７】
このように、装着期間中に発生するセンサの変位が検出され得る。さらに、評価ユニット１０は、センサデバイス１の装着が中断された後にユーザが新たに組織サンプル１１へセンサデバイス１を取り付けるときに関連する元の位置に対する変位を検出し得る。
【００８８】
組織サンプル１１に対するセンサデバイス１の変位が検出される場合、評価ユニット１０はセンサデバイス１のユーザへ対応する情報を出力するようセンサデバイス１を制御し得る。この情報の出力に応答して、ユーザは変位を覆すためにセンサデバイス１を再配置し得る。センサデバイス１を再配置するようにユーザを促すために、変位の検出に応答してセンサデバイス１により出力される情報は対応する表示を含み得る。さらに、センサデバイス１はセンサデバイス１を再配置する際にユーザを支援し得る。この目的のために、評価ユニット１０は変位の逆方向を示す情報を出力するようセンサデバイス１を制御し得る。この情報は例えば対応する方向を指す矢印を含み得る。この情報に基づいて、ユーザは元の位置にセンサデバイス１を移動させる際にガイドされ得る。好適には、ユーザが連続ステップでセンサデバイス１を再配置できるように、各位置測定に対して情報が決定される。
【００８９】
さらなるオプションとして、組織サンプル１１に対するセンサデバイス１の変位が検出されたとき、センサデバイス１が再配置されなくてもよい。むしろ、血流速度パラメータの新たな基準値は、既に上述したように、中心デバイスの新たな位置において決定され得る。
【００９０】
図７に概略的かつ例示的に示される実施形態において、位置センサ１は、好適にはセンサデバイス１に含まれるカメラとして構成される。カメラは連続時間間隔においてユーザの皮膚の画像を捕捉し、これらの画像は、例えばそばかす又は母斑などの皮膚の不規則性により形成される特徴的パターンを検出するために評価ユニット１０において評価される。センサデバイス１の変位は、カメラ７１により捕捉される画像内の検出パターンの位置が、前の画像における、特に血液灌流パラメータに対する基準値の決定中に捕捉される画像における、同一パターンの位置と異なるとき、評価ユニット１０により検出され得る。
【００９１】
上記の通り元の位置にセンサデバイス１を再配置するプロセスにおいてセンサデバイス１のユーザを支援するために、評価ユニットは特徴的パターンの変位の方向を決定し、適切な方法で逆方向を視覚的に示すようにセンサデバイス１を制御し得る。さらなる実施形態において、評価ユニットは、センサデバイスの元の位置で捕捉された画像を表示し、現在のカメラ画像を、両画像が同時にユーザによって見られるように、元の位置で捕捉された画像を覆うように表示するよう、センサデバイス１を制御し得る。この実施形態では、ユーザは、現在の画像における特徴的パターンが、元の位置で捕捉された画像における特徴的パターンと重なるように、センサデバイス１を動かし得る。
【００９２】
図７に図示の通り、カメラ７１はセンサデバイス１のハウジング４内に置かれ、センサデバイス１の下の視野内のユーザの皮膚の画像を捕捉するように整列され得る。ハウジング４の接触面９を通してかかる画像を捕捉することを可能にするために、接触面９は、少なくともカメラ７１の視野に対応する特定領域において、ガラスなどの透光性材料で作られ得る。さらに、追加光源が（センサデバイス１により覆われる）カメラの視野を照明するために設けられ得る。この実施形態において、カメラ７１は好適には、カメラ７１が可能な限り大きなユーザの皮膚の領域を捕捉することを可能にするために、センサデバイス１のハウジング４の接触面１１とカメラ７１との間の距離が可能な限り大きくなるように配置される。
【００９３】
代替実施形態（図示せず）においてカメラ７１は、センサデバイス１の下のユーザの皮膚５の領域の画像ではなく、センサデバイス１に隣接するユーザの皮膚５の領域の画像を捕捉する（そのユーザにより装着されるとき）。この目的のために、カメラ７１はセンサデバイス１のハウジング４の端部の領域に置かれ、この実施態様において適切な方法で整列され得る。ユーザの皮膚５の特定領域から生じる光をカメラ７１へガイドするためのミラー光学系を設けることも可能である。これはセンサデバイス１のハウジング４内のカメラ７１の位置決めを容易にする。開示の実施形態への他の変形は、図面、開示及び添付の請求項の考察から、請求される発明を実施する上で当業者により理解されもたらされることができる。
【００９４】
請求項において、"有する"という語は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞"ａ"又は"ａｎ"は複数を除外しない。
【００９５】
単一のユニット又はデバイスは、請求項に記載される複数の項目の機能を満たし得る。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単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【００９６】
請求項におけるいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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