(57)【要約】  本発明は、対象のバイタルサインを決定する装置、システム及び方法に関する。正確性及び信頼性と非影響性とのバランスを保つために、当該装置は、照明源（２２）による照射に応答して、対象（１４）から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニット（１８）から入力信号を受けるためのインターフェース（３０）と、受けた入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニット（３２）と、ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るための分析ユニット（３４）と、対象の身体的状態、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質、及び／又は、バイタルサインの値に基づいて、照明源（２２）、検出ユニット（１８）及び／又は分析ユニット（３４）の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニット（３６）と、を含む。
2017512578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象のバイタルサインを決定する装置であって、
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるためのインターフェースと、
−  受けた前記入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニットと、
−  前記ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るための分析ユニットと、
−  前記対象の身体的状態、前記入力信号若しくは得られる前記バイタルサインの質、及び／又は、前記バイタルサインの値に基づいて、前記照明源、前記検出ユニット及び／又は前記分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニットと、
を含み、
前記制御ユニットは、前記対象の健康状態が悪くなっている及び／又は前記入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が落ちている場合に１つ又は複数の得られるバイタルサインの正確性及び信頼性が増すように、並びに、前記対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている、及び／又は、前記入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が安定している若しくは上がっている場合に照射及び放射の検出の非影響性が増すように、前記照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される、装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、少なくとも、１つ又は複数の正確且つ信頼できるバイタルサインの取得を確実にする安全モードと、非影響的な照射及び放射検出を確実にする快適モードとの間で、前記照明源、前記検出ユニット及び／又は当該装置を切り替えるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、照明源によって放たれる光の強度、波長、方向及び／又は照射角のうち１つ又は複数を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記検出ユニットの取得率、露光時間、焦点整合、ズーム又は能動センシング領域を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニットは、どのバイタルサインを前記ＰＰＧ信号から得るか前記分析ユニットを制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記インターフェースは、イメージングユニット、特にカメラによって取得される入力信号として一連の画像フレームを受けるように構成され、さらに、前記分析ユニットは、前記一連の画像フレームから前記対象の身体的状態の情報を得るように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記分析ユニットは、前記対象が動いている又は動いていないという身体的状態、特に、眠っている又は覚醒しているという身体的状態にあるかどうかを決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記制御ユニットは、前記照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するために、前記対象の個人的なデータ、特に、年齢、性別、サイズ、体重、健康状態、以前のバイタルサインの測定値、健康データをさらに使用するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
対象のバイタルサインを決定するシステムであって、
−  前記対象を照射するための照明源と、
−  入力信号を得るために、前記照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するための検出ユニットと、
−  前記対象のバイタルサインを決定するための請求項１に記載の装置と、
を含むシステム。
【請求項１０】
対象のバイタルサインを決定する方法であって、
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるステップと、
−  受けた前記入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るステップと、
−  前記ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るステップと、
−  前記対象の健康状態が悪くなっている及び／又は前記入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が落ちている場合に１つ又は複数の得られるバイタルサインの正確性及び信頼性が増すように、並びに、前記対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている、及び／又は、前記入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が安定している若しくは上がっている場合に照射及び放射の検出の非影響性が増すように、前記対象の身体的状態、前記入力信号若しくは得られる前記バイタルサインの質、及び／又は、前記バイタルサインの値に基づいて、前記照明源、前記検出ユニット及び／又は前記バイタルサインを得ることの１つ又は複数のパラメータを制御するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合に、前記コンピュータに請求項１０に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、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、人間又は動物等の対象のバイタルサインを決定する装置、システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）又は動脈血酸素飽和度等、人間のバイタルサインは、人間の現在の状態の指標として、及び、重大な医学的事象の強力な予測因子として役立つ。この理由のため、バイタルサインは、入院患者及び外来患者の医療環境において、自宅にて、又は、さらなるヘルス、レジャー及びフィットネス環境において広くモニターされる。
【０００３】
バイタルサインを測定する１つの方法はプレチスモグラフィである。プレチスモグラフィは、一般的に、臓器又は身体部位の容積変動の測定を意味し、特に、心拍毎に対象の体を通って移動する心血管脈波（ｃａｒｄｉｏ−ｖａｓｃｕｌａｒ  ｐｕｌｓｅ  ｗａｖｅ）による容積変動の検出を意味する。
【０００４】
フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）は、関心のある領域又は容積の光の反射率又は透過率における経時変化を評価する光学測定技術である。ＰＰＧは、周囲の組織よりも血液が光を吸収するため、心拍毎の血液量における変動が対応して透過率又は反射率に影響を与えるという原理に基づく。心拍数に関する情報の他に、ＰＰＧ波形は、呼吸等のさらなる生理現象に起因し得る情報を含み得る。異なる（典型的には赤色及び赤外線の）波長にて透過率及び／又は反射率を評価することによって、血液の酸素飽和度を決定することができる。
【０００５】
対象の心拍数及び（動脈）血中酸素飽和度（ＳｐＯ２とも呼ばれる）を測定するための従来のパルスオキシメーター（本明細書において接触ＰＰＧ装置とも呼ばれる）は、例えば指先、耳たぶ又は額等、対象の皮膚に取り付けられ、従って、「接触」ＰＰＧ装置と呼ばれる。典型的なパルスオキシメーターは、光源として赤色ＬＥＤ及び赤外線ＬＥＤ、並びに、患者組織を透過してきた光を検出するための１つのフォトダイオードを含む。市販のパルスオキシメーターは、赤色の波長及び赤外線の波長での測定を迅速に切り替え、その結果、２つの異なる波長で同じ組織の領域又は容積の透過率を測定する。これは、時分割多重化と呼ばれる。各波長での時間の経過に伴う透過率は、赤色及び赤外線の波長に対するＰＰＧ波形を与える。接触ＰＰＧは基本的には非侵襲性の技術とみなされるけれども、接触ＰＰＧ測定は、パルスオキシメーターが対象に直接取り付けられ且ついかなるケーブルも動く自由を制限し、さらに、作業の流れを妨げる恐れがあるため、不快で影響的なものとして経験されることが多くある。
【０００６】
パルス信号及び酸素飽和度レベル（ＳＰＯ２）の高速且つ信頼できる検出及び分析は、多くのヘルスケアの適用において最も重要な活動のうちの１つであり、患者が危篤状態にある場合に重大になる。それらの状況において、心拍信号の拍動性は非常に弱く、従って、測定は、いかなる種類のアーチファクトに対しても不安定である。
【０００７】
現代のフォトプレチスモグラフィセンサは、危機状態において高速且つ信頼できる測定をいつも提供するというわけではない。例えば、（透過ＰＰＧに基づく）接触フィンガーパルスオキシメーターは、手の動きに対して不安定であり、さらに、体の末梢部分におけるより少ない血液量のため、患者の中央集中化（ｃｅｎｔｒａｌｉｚａｔｉｏｎ）の場合に停止する。（反射ＰＰＧ測定モードを使用した）接触前額部パルスオキシメーターセンサは、中央集中化作用に対してより頑強なはずである。しかし、前額部センサの正確性、頑強性及び反応性は、前額部上でのセンサの正確な位置決め、及び、皮膚に適用される適切な圧力に大きく依存する（センサのきつ過ぎる適用は、局所的な血液拍動性を減らす場合があり、ゆる過ぎる適用は、運動アーチファクト及び／又は静脈拍動性による信頼できない測定をもたらす場合がある）。
【０００８】
最近では、非影響的測定に対する非接触の遠隔ＰＰＧ（ｒＰＰＧ）装置（本明細書においてカメラｒＰＰＧ装置とも呼ばれる）が紹介されている。遠隔ＰＰＧは、関心のある対象から離して配置された光源、又は一般に、放射源を利用する。同様に、例えばカメラ又は光検出器等の検出器も、関心のある対象から離して配置することができる。従って、遠隔フォトプレチスモグラフィシステム及び装置は、非影響的であると考慮され、さらに、医学的並びに非医学的な毎日の適用に対して適切である。しかし、遠隔ＰＰＧ装置は、典型的には、より低い信号対雑音比を達成する。
【０００９】
非特許文献１は、フォトプレチスモグラフィ信号は、環境光、並びに、赤、緑及び青のカラーチャンネルを使用する従来の消費者レベルのビデオカメラを使用して離れて測定することができるということを実証している。
【００１０】
非特許文献２は、異なる波長でのプレチスモグラフィ信号の測定に基づく組織における動脈血酸素飽和度の非接触画像に対する遠隔ＰＰＧシステムを開示している。このシステムは、モノクロームＣＭＯＳカメラ、及び、３つの異なる波長のＬＥＤを有する光源を含む。カメラは、３つの異なる波長で３つの対象の動画を順次取得する。脈拍数を、１つの波長での動画から決定することができる一方で、少なくとも２つの異なる波長での動画が、酸素飽和度を決定するために要求される。測定は、一度に１つの波長のみを使用して暗室内で行われる。
【００１１】
ＰＰＧ技術を使用して、バイタルサインを測定することができ、それは、拍出血液量によりもたらされる皮膚における微小な光吸収の変化によって、すなわち、容積脈波により誘発されるヒトの皮膚の周期的な色の変化によって明らかにされる。この信号は非常に小さく、且つ、照明の変化及び動きによるはるかに大きな変動において隠れるため、根本的に低い信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善することにおいて一般的関心がある。バイタルサイン測定装置及び方法の改善された頑強性及び正確性が要求される激しい動き、挑戦的な環境的照射条件、又は、高く要求される適用の正確性では、特に、より重大な意味を持つヘルスケアの適用に対しては、依然として要求が厳しい状況である。
【００１２】
特許文献１は、ユーザにおける圧受容器反射をモニターすることにおいて使用するための装置を開示しており、該装置は、ユーザがベッド上の横たわっている位置から座っている位置まで動くときを決定するためにベッドに取り付けられるか又はその近くに置かれる第１のセンサによる信号出力を処理するように、及び、信号を処理することによって、ユーザの圧受容器反射の指標を提供して、横たわっている位置から座っている位置まで動いた結果として発生するユーザの心拍数における変化を決定するように構成されるプロセッサを含む。
【００１３】
フォトプレチスモグラフィの使用によってバイタルサインを決定するためのいくつかの方法及び装置が、特許文献２、特許文献３及び特許文献４において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／０９３６９０  Ａ１
【特許文献２】ＵＳ２０１２／０１９７１３７  Ａ１
【特許文献３】ＵＳ２０１４／００３１６９６  Ａ１
【特許文献４】ＵＳ２０１１／０２３７９１２  Ａ１
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅｍｏｔｅ  ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａｍｂｉｅｎｔ  ｌｉｇｈｔ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，１６（２６），２２  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００８，ｐｐ．２１４３４−２１４４５
【非特許文献２】Ｗｉｅｒｉｎｇａ，ｅｔ  ａｌ．，“Ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｉｍａｇｉｎｇ：Ａ  Ｆｉｒｓｔ  Ｓｔｅｐ  Ｔｏｗａｒｄ  “ＳｐＯ２  Ｃａｍｅｒａ”Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ａｎｎ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．３３，１０３４−１０４１（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
一方では測定の正確性及び信頼性と、もう一方では対象にとってあまり影響的ではないこととの間で最適なバランスを提供する、対象のバイタルサインを決定するための改善された装置、システム及び方法を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の態様において、対象のバイタルサインを決定する装置が示され、当該装置は：
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるためのインターフェースと、
−  受けた入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニットと、
−  ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るための分析ユニットと、
−  対象の身体的状態、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質、及び／又は、バイタルサインの値に基づいて、照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニットと、
を含み、
制御ユニットは、対象の健康状態が悪くなっている及び／又は入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が落ちている場合に１つ又は複数の得られるバイタルサインの正確性及び信頼性が増すように、並びに、対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている、及び／又は、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が安定している若しくは上がっている場合に照射及び放射の検出の非影響性が増すように、照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される。
【００１８】
本発明のさらなる態様において、対応する方法が示される。
【００１９】
本発明の別のさらなる態様において、対象のバイタルサインを決定するシステムが示され、当該システムは：
−  対象を照射するための照明源と、
−  入力信号を得るために、上記の照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するための検出ユニットと、
−  対象のバイタルサインを決定するための本明細書において提案される装置と、
を含む。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態が従属項において定められている。本発明の方法及びシステムは、本発明の装置と類似の及び／又は同じ、さらに、従属項において定められる好ましい実施形態を有するということが理解されたい。
【００２１】
本発明は、対象の身体的状態、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質、及び／又は、バイタルサインの値のうち１つ又は複数に関する情報を活用するというアイデアに基づいている。この情報は、照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するために使用される。この制御は、一方では正確性及び信頼性と、もう一方では対象にとって影響的であることとの間で妥協が生じるように行われる。特に、一般に、１つ又は複数のバイタルサインの取得は可能な限り非影響的であるべきであるが、特定の条件の下、この方法で取得がより影響的になる場合でさえも、従ってパラメータが制御されるようにさらなる正確性及び信頼性が要求され得る。
【００２２】
一般的に、生物学的組織との電磁放射、特に光の相互作用は複雑であり、さらに、（多重）散乱、後方散乱、吸収、透過及び（拡散）反射の（光学）処理を含む。本発明に関連して使用される場合「反射する」という用語は、鏡面反射に限定されるとして解釈されることはないが、上述のタイプの組織との電磁放射、特に光の相互作用、及び、いかなるその組合せも含む。
【００２３】
本発明に関連して使用される場合「バイタルサイン」という用語は、対象（すなわち生物）の生理学的パラメータ及び派生パラメータを意味する。特に、「バイタルサイン」という用語は、血液量パルス信号、（脈拍数とも呼ばれることがある）心拍数（ＨＲ）、心拍変動（脈拍変動）、拍動性強度、灌流、灌流指標、灌流変動、Ｔｒａｕｂｅ  Ｈｅｒｉｎｇ  Ｍａｙｅｒ波、呼吸数（ＲＲ）、体温、血圧、（動脈）血中酸素飽和度又はグルコースレベル等、血液及び／又は組織中の物質の濃度を含む。さらに、「バイタルサイン」は、一般的に、ＰＰＧ信号の形状から得られる健康指標を含む（例えば、形状は、部分的な動脈閉塞に関して何か伝えている（例えば、手のＰＰＧ信号から得られる形状は、腕に血圧カフを適用した場合により正弦曲線状である）、又は、皮膚の厚さに関して何か伝えている（例えば、顔からのＰＰＧ信号は手とは異なる）、又は、温度等に関してさえも何か伝えている場合がある）。
【００２４】
本発明に関連して使用される場合「バイタルサイン情報」という用語は、上記の１つ又は複数の測定されたバイタルサインを含み、さらに、後の分析に役立ち得る生理学的パラメータを指すデータ、対応する波形トレース又は時間の生理学的パラメータを指すデータを含む。
【００２５】
対象のバイタルサイン情報信号を得るために、皮膚領域内の皮膚ピクセル領域のデータ信号が評価される。ここで、「皮膚ピクセル領域」とは、１つの皮膚ピクセル又は隣接する皮膚ピクセルの群を含む領域を意味し、すなわち、データ信号は、単一ピクセル又は皮膚ピクセルの群に対して得られてもよい。
【００２６】
本発明によると、上記の制御ユニットは、対象の健康状態が悪くなっている及び／又は入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が落ちている場合に１つ又は複数の得られるバイタルサインの正確性及び信頼性が増すように、並びに、対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている、及び／又は、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が安定している若しくは上がっている場合に照射及び放射の検出の非影響性が増すように、照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するように構成される。
【００２７】
好ましくは、上記の制御ユニットは、少なくとも、１つ又は複数の正確且つ信頼できるバイタルサインの取得を確実にする安全モードと、非影響的な照射及び放射検出を確実にする快適モードとの間で、照明源、検出ユニット及び／又は当該装置を切り替えるように構成される。２つの異なるモード間でいつ切り替えるかの決定において適用される条件は、ユーザによって定められるか又は予め定められていてもよい。
【００２８】
種々のパラメータを制御することができる。一実施形態において、上記の制御ユニットは、好ましくは、照明源によって放たれる光の強度、波長、方向及び／又は照射角のうち１つ又は複数を制御するように構成される。別の実施形態において、上記の制御ユニットは、検出ユニットの取得率、露光時間、焦点整合、ズーム又は能動センシング領域を制御するように構成される。さらに別の実施形態において、上記の制御ユニットは、どのバイタルサインをＰＰＧ信号から得るか分析ユニットを制御するように構成される。
【００２９】
有利に、上記のインターフェースは、イメージングユニット、特にカメラによって取得される入力信号として一連の画像フレームを受けるように構成され、さらに、上記の分析ユニットは、上記の一連の画像フレームから対象の身体的状態の情報を得るように構成される。
【００３０】
好ましくは、一実施形態において、上記の分析ユニットは、対象が動いている又は動いていないという身体的状態、特に、眠っている又は覚醒しているという身体的状態にあるかどうかを決定するように構成される。この情報が活用されて、対象が動いていない又は眠っている場合に、必要以上に対象を邪魔しないために、バイタルサインの取得をより非影響的にするパラメータを使用してもよい一方で、対象が動いているか又は覚醒している場合には、バイタルサインの取得はより影響的であってもよく、従って、より正確な／信頼できるものであり得る。
【００３１】
さらに別の実施形態において、上記の制御ユニットは、照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するために、対象の個人的なデータ、特に、年齢、性別、サイズ、体重、健康状態、以前のバイタルサインの測定値、健康データをさらに使用するように構成される。
【００３２】
本発明の上記及び他の態様が、以下に記載の実施形態から明らかになり、以下に記載の実施形態を参考にして解明される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による装置を含むシステムの概略図である。
【図２】提案される装置のより詳細な実施形態を示した図である。
【図３Ａ】好ましい実施形態を例示するためのグラフを示した図である。
【図３Ｂ】好ましい実施形態を例示するためのグラフを示した図である。
【図３Ｃ】好ましい実施形態を例示するためのグラフを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本発明による対象１４のバイタルサインを得るための装置１２を含むシステム１０の一実施形態の概略図を示している。対象１４、この例において患者は、例えば病院若しくは他の健康管理施設内のベッド１６において横たわっているが、例えば保育器内で横たわっている新生児若しくは未熟児、又は、自宅にいる若しくは異なる環境にいる人間であってもよい。対象１４の画像フレームが、適した光センサを含むカメラ１８（検出ユニット又はカメラベースのＰＰＧセンサ若しくは遠隔ＰＰＧセンサとも呼ばれる）によってキャプチャされる。カメラ１８は、記録された画像フレームを装置１２の処理手段に転送し、ここで画像フレームは、以下においてより詳細に説明するように処理されることになる。装置１２は、好ましくは、決定された情報を表示するため、及び／又は、装置１２及び／又はシステム１０の他の要素の設定を変更するためにインターフェースを医療関係者に提供するためのインターフェース２０を含む。そのようなインターフェース２０は、異なるディスプレイ、ボタン、タッチスクリーン、キーボード又は他のヒューマン−マシンインターフェース手段を含んでもよい。
【００３５】
システム１０は、さらに好ましくは、（例えば頬又は額の一部等）患者の顔の皮膚等の関心のある領域２４を、例えば、１つ又は複数の所定の波長範囲（例えば、１つ又は複数の赤色、緑色及び／又は赤外の波長範囲）における光で照射するために、ランプ等の光源２２（照明源とも呼ばれる）を含む。上記の照射に応答した上記の関心のある領域２４から反射される光は、カメラ１８によって検出される。別の実施形態においては、専用の光源は提供されないが、環境光が、対象１４の照射に対して使用される。反射された光から、所望の波長範囲における光（例えば緑色の光）のみを検出及び／又は評価することができる。
【００３６】
カメラ１８によってキャプチャされる画像フレームは、特に、例えば（デジタル）カメラ内のアナログ又はデジタルの光センサによってキャプチャされるビデオシーケンスに対応し得る。そのようなカメラ１８は、通常、特定のスペクトル範囲（可視、ＩＲ）でも作動し得る、若しくは、異なるスペクトル範囲に対する情報を提供し得るＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ等の光センサを含む。カメラ１８は、アナログ又はデジタルの信号を提供してもよい。画像フレームは、関連したピクセル値を有する複数の画像ピクセルを含む。特に、画像フレームは、光センサの異なる感光要素を用いてキャプチャされた光強度値を表すピクセルを含む。これらの感光要素は、特定のスペクトル範囲において感受性があり得る（すなわち、特定の色を表す）。画像フレームは、対象の皮膚部分を表す少なくともいくつかの画像ピクセルを含む。その結果、画像ピクセルは、光検出器の１つの感光要素及びその（アナログ若しくはデジタルの）出力に対応し得るか、又は、複数の感光要素の（例えばビニングを介した）組み合わせに基づき決定され得る。
【００３７】
図１において例示されているシステム１０は、例えば、病院、健康管理施設、高齢者福祉施設又は保育器等に置かれてもよい。患者のモニタリングとは別に、本発明は、新生児モニタリング、一般的な監視用途、セキュリティモニタリング、又は、フィットネス機器等のいわゆるライフスタイル環境等の他の分野において適用することもできる。装置１２とカメラ１８と光源２２との一方向性又は双方向性の通信は、無線又は有線通信インターフェースを介して機能してもよく、それによって、光源２２は、スタンドアロンで装置１２との通信なしで作動するように構成されてもよいということに留意されたい。さらに、装置１２及び／又は光源２２は、カメラ１８内に統合されてもよい。
【００３８】
図２は、本発明による装置１２の一実施形態のより詳細な概略図を示している。装置１２は、照明源２２による照射に応答して、対象１４から反射された放射を非接触で検出するように一般的に構成される検出ユニット、すなわちカメラ１８から入力信号を受けるためのインターフェース３０を含む。受けた入力信号は、フォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニット３２によって処理される。例えば関心のある領域の画像からの、検出した光からＰＰＧ信号を得る方法は、例えば上記の引用文献から当技術分野において一般的に知られており、ここでより詳細に説明されることはない。またさらに、分析ユニット３４が、ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るために提供される。最後に、装置１２は、対象の身体的状態、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質及び／又はバイタルサインの値に基づいて、照明源２２、検出ユニット１８及び／又は分析ユニット３４の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニット３６を含む。
【００３９】
新規のカメラベースの方法は、脈拍数及び動脈血中酸素濃度（ＳｐＯ２）等のバイタルサインの遠隔の非接触でのモニタリングを可能にする。ＳｐＯ２の測定を可能にするために、２つの波長、典型的には、赤色及び近赤外（ＮＩＲ）（例えばそれぞれ６６０ｎｍ及び８００ｎｍ）の波長での規準化された拍動性を測定することが必要である。ＳｐＯ２における変化に対するコントラスト（従って、正確性／感受性）は、６６０ｎｍに近い赤色の波長が選ばれた場合に最も大きい。不運にも、この波長の光は、ヒトの目に対して完全に可視である。ＩＲ（例えば７５０ｎｍ）に近いより高い波長の光は、ヒトの目にとってはるかに少なく（半分ほどに）可視であるが、ＳｐＯ２の変化に対するより小さい有益なコントラスト（感受性）も提供する。しかし、この波長にて、正確なＳｐＯ２測定を行うことが依然として可能であり得るが、拍動性振幅の測定は、より正確に行われるべきである。
【００４０】
図３は、提案された装置の好ましい実施形態を例示した種々のグラフを示している。図３Ａは、１００％（酸素化された動脈血）から６０％（低く酸素化された動脈血）までのＳｐＯ２レベルに対するＰＰＧ振幅スペクトルを示している。ｒａｔｉｏ  ｏｆ  ｒａｔｉｏｓのＳｐＯ２に対する相対コントラストを例示するために、ＩＲ波長を８００ｎｍにて一定に保ちながら、４つの異なる赤色の波長Ｒ１〜Ｒ４が選択された。図３Ｂは、ヒトの目に対する感受性の曲線を示しており、波長選択の相対的な影響性を例示している（７５０ｎｍのＲ４は、６６０ｎｍのＲ２よりもはるかに少なく（半分以下で）可視である）。図３Ｃにおいて、Ｒ２（６６０ｎｍ）の選択は、他の選択と比較した場合のＳｐＯ２における変化に対する高いコントラストを示している。例えばＲ４は、はるかに小さい傾斜を有するが、この光のより少ない可視性は、睡眠状態に対して有益である。
【００４１】
カメラベースのオキシメトリにおける赤色の光の照射は、従って、影響的であり且つ最適な睡眠状態を邪魔し得る。この問題は、本発明の一実施形態において、患者が眠りに落ち始めるべきであるか又は眠りに落ちた場合により可視ではない赤い照射光に自動的に切り替わることによって軽減される。この切り替えは、（例えば病院のスタッフによって）手動で行うことができるが、好ましくは、入力としてアクティグラフィーパターンを使用して患者の覚醒の状態を決定する（アクティグラフィー手段等の）手段及び／又はアルゴリズムを使用して自動的に行われる。例えば、カメラ１８によって得られる画像データは、例えば、呼吸パターン、目の動き及び／又は状態（閉じている又は開いている、目蓋の動き）の認識に基づき、対象１４が覚醒している又は眠っているかどうかを決定するために使用されてもよい。他の実施形態において、動き又は呼吸の検出に対する別の手段が使用されてもよい。
【００４２】
覚醒及び睡眠という２つのシナリオが、一実施形態において、それぞれ好ましい波長の選択肢を有して区別される。覚醒のシナリオにおいて、６６０ｎｍの赤色の光及び８８０ｎｍのＩＲの光が好ましくは使用され、優れたＳｐＯ２のコントラスト及び優れた動きのロバストネスを提供するが可視である。睡眠のシナリオにおいて、７５０ｎｍの赤色の光及び８００ｎｍのＩＲの光が好ましくは使用され、より小さなＳｐＯ２のコントラスト及びより小さな動きのロバストネスを提供するが可視ではない。
【００４３】
２つのシナリオに対する２つの赤色の波長間での切り替えは、たった２つの波長間ではなくより小さなステップで徐々に行うこともできる。例えば患者の動きの状態に応じた波長の連続的な調整さえも行うことができる。
【００４４】
８００ｎｍのＩＲの光は、必ずしも好ましいというわけではない。実際、ＩＲが８００ｎｍよりも大きい波長にて選ばれる場合により大きなコントラストが得られる。しかし、これは、可視性という点では無関係であり、それは、この波長がともかくほとんど可視ではないためである。
【００４５】
従って、この実施形態によると、状況が許す場合に、より影響的ではないＳｐＯ２に対するＩＲと赤色の波長との組み合わせが提案される。アルゴリズム又は例えば病院のスタッフ等のユーザが、状態間で切り替わるときを決定してもよい。状態間で切り替わることの決定は、単に、時間（例えば、眠りに行く又は起きる時間等）に、ＰＰＧ信号の信号対雑音比に、又は、患者が眠くなっているときを示す動きのデータ（例えば、カメラ使用する又は他の手段によるアクティグラフィー）から基づき得る。後者の場合、よく可視の赤色からより可視ではない赤色までの（急な切り替えではなく）徐々の切り替えが、患者に対して及び眠りに落ちる患者の試みに対して有益であり得る。
【００４６】
要約すると、提案されるシステム及び方法のアイデアは、可能な限り患者にとって非影響的且つ快適であるが、同時に、医学的理由により要求される測定能力を常に提供するということである。当該システムは、快適さと能力／安全性との間で優れたバランスを提供する場合に顧客の目において優れたシステムになるだけである。従って、より影響的な設定に切り替わってより優れた測定能力を提供するときを決定する「ロジック」（すなわち制御ユニット）が従って構成される。
【００４７】
一実施形態において、当該システムは、一般的に、デフォルトによって「非影響的なモード」（「快適なモード」とも呼ばれる）で作動する。これは、例えば、ＮＩＲ範囲からの「可視ではない」波長が照射のために使用される、限定された照射強度だけが使用される、又は、小さい皮膚領域に対するスポット照射だけが使用されるということ等を意味し得る。以下の条件のうち１つ又は複数の条件の下、当該システムは、「最高能力のモード」に設定を変える（それによって、実際の実行は、３つ以上の別々の作動モードを含んでもよいということが注目されるべきである）：
−  ＳｐＯ２が低下し始める（非影響的なモードにおいて、どの位低下するかは確かなこととして知られていないが、傾向は明らかであるべきである）；
−  ＳＮＲが悪くて測定結果を届けることが全くできなくなる（例えば、低い拍動性又は環境光の妨害、他の外部からのノイズ等）；
−  １つ又は複数のバイタルサイン（例えば心拍数、呼吸等）が、安全範囲外になる；
−  いかなる他の利用可能な、患者が悪化し始めるという指標（例えば、患者が、異常な音をたてる、異常なアクティグラフィーパターンを示す等）。
【００４８】
一般に、本発明は、最大の安全性／測定能力と、最小の影響性との間で最適な妥協又は折衷を見つけようと努める。従来のシステムは、対照的に、一般的には最適な測定能力を提供しようと試みる。しかし、好ましい制御のルールは、疑わしい場合に安全モードが使用される、すなわち、システムが患者はいかなる理由であっても調子がよくないということを疑う場合には、「影響性」は非常に限定された優先性を有するということであり得る。
【００４９】
種々の入力パラメータが、本発明による制御に使用されてもよい。特に、以下の入力パラメータのうち１つ又は複数の入力パラメータが使用されてもよい：
−  患者データ：例えば、人口統計学的データ、患者病歴からの情報、健康記録、現在及び歴史的な生理学的測定データ及び傾向、実験データ及び傾向、年齢、性別、サイズ、体重、健康状態、以前のバイタルサインの測定値、健康データ、並びに、対象に特異的な他の個々の危険因子；
−  パラメータの現在の測定データのフィードバック：例えば、減少しているＳｐＯ２は、測定データを確認する及び／又はその正確性を上げるために、最高能力のモードへの自動的な切り替えを引き起こす；
−  他の生理学的な測定データのフィードバック：例えば、システムは、脈拍数及びＳｐＯ２を同時に測定する；患者の状態は悪くなっており、さらに、患者の状態についてより信頼でき且つ正確な情報を得ることが所望されるということが仮定されるため、脈拍数が既定の範囲を出る場合、脈拍数の測定だけでなく、ＳｐＯ２の測定も、最高能力のモードに切り替えられる；
−  対象の身体的状態の情報：例えば、患者が動いている、動いていない、眠っている、覚醒しているかどうかの情報；
−  信号の質：例えば、ＳＮＲが悪すぎるために、バイタルサインを測定データから得ることができない場合、システムは、ＳＮＲが改善している及び／又はデータの測定が可能になるまで、最高能力のモードに（例えば徐々に）切り替わるように制御されなければならない。
【００５０】
種々の出力パラメータが、本発明による制御によって使用されてもよい。好ましくは、照明源２２、検出ユニット１８及び／又は分析ユニット３４の１つ又は複数のパラメータは、対象の健康状態が悪くなっている及び／又は入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が落ちている場合に１つ又は複数の得られるバイタルサインの正確性及び信頼性が増すように、並びに／或いは、対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている、及び／又は、入力信号若しくは得られるバイタルサインの質が安定している若しくは上がっている場合に照射及び放射の検出の非影響性が増すように制御されてもよい。
【００５１】
特に、以下の出力パラメータのうち１つ又は複数の出力パラメータが使用されてもよい：
−  照明源２２によって放たれる光の強度、波長、方向及び／又は照射角（関心のある照射される領域の焦点及び／又はサイズ）；
−  検出ユニットの取得率、露光時間、焦点整合、ズーム又は能動センシング領域；
−  連続的なデータ取得と、非連続的なデータ取得との間での切り替え；
−  どのバイタルサインがＰＰＧ信号から得られるかの分析ユニット３４のモード；
−  データ取得方法の変更（例えば、他のデータ取得手段に加えて又はその代わりにデータ取得を行う；例えば、現在の測定は必要な能力を提供していないため、従来の測定が看護師によって開始され得るということを看護師に知らせる等）。
【００５２】
例として、本発明は、例えば非影響的遠隔患者モニタリング等のヘルスケア、一般的な監視、セキュリティモニタリング、及び、フィットネス機器等のいわゆるライフスタイル環境等の分野において適用することができる。適用業務は、酸素飽和度（パルスオキシメトリ）、心拍数、血圧、心拍出量、血液灌流の変化のモニタリング、自律神経機能の評価及び末梢血管疾患の検出を含んでもよい。本発明は、特に、例えば自動ＣＰＲ（心肺蘇生）の間の高速且つ信頼できる重体患者のパルス検出に使用することができる。当該システムは、新生児のバイタルサインのモニタリングにも使用することができる。一般に、本発明は、抜き取り検査も連続的なモニタリングも可能にする。
【００５３】
本発明は、図面及び上記の説明において詳細に例示及び記述されてきたけれども、そのような例示及び記述は、例示的又は例証的であり、拘束性はないと考慮されることになり；本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変化は、請求された発明を実行する際に、図面、明細書、及び付随の特許請求の範囲の調査から当業者により理解する及びもたらすことができる。
【００５４】
特許請求の範囲において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞はその複数形を除外しない。１つの要素又は他のユニットは、特許請求の範囲において列挙されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属項において記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを役立つよう使用することができないと示しているわけではない。
【００５５】
特許請求の範囲におけるいかなる参照番号も、その範囲を限定するとして解釈されるべきではない。
【図１】
2017512578.tif 000003
【図２】
2017512578.tif 000004
【図３Ａ】
2017512578.tif 000005
【図３Ｂ】
2017512578.tif 000006
【図３Ｃ】
2017512578.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月5日(2016.10.5)
【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】
対象のバイタルサインを決定する装置であって、
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるためのインターフェースと、
−  受けた前記入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニットと、
−  前記ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るための分析ユニットと、
−  前記対象の健康状態に基づいて、少なくとも安全モードと快適モードとの間で前記照明源を切り替えるための、及び、それぞれのモードに従って、前記照明源の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニットと、
を含み、
前記制御ユニットは、前記対象の健康状態が悪くなっている場合に、１つ又は複数の得られるバイタルサインを、前記快適モードと比較して増した正確性及び信頼性を有して得ることができる前記安全モードに前記照明源を切り替えるように、並びに、前記対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている場合に、照射が、前記安全モードと比較して増した非影響性を有する前記快適モードに前記照明源を切り替えるように構成される、装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、照明源によって放たれる光の強度、波長、方向及び／又は照射角のうち１つ又は複数を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御ユニットは、前記検出ユニットの取得率、露光時間、焦点整合、ズーム又は能動センシング領域を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、どのバイタルサインを前記ＰＰＧ信号から得るか前記分析ユニットを制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記インターフェースは、イメージングユニット、特にカメラによって取得される入力信号として一連の画像フレームを受けるように構成され、さらに、前記分析ユニットは、前記一連の画像フレームから前記対象の身体的状態の情報を得るように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記分析ユニットは、前記対象が動いている又は動いていないという身体的状態、特に、眠っている又は覚醒しているという身体的状態にあるかどうかを決定するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記照明源、検出ユニット及び／又は分析ユニットの１つ又は複数のパラメータを制御するために、前記対象の個人的なデータ、特に、年齢、性別、サイズ、体重、健康状態、以前のバイタルサインの測定値、健康データをさらに使用するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
対象のバイタルサインを決定するシステムであって、
−  前記対象を照射するための照明源と、
−  入力信号を得るために、前記照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するための検出ユニットと、
−  前記対象のバイタルサインを決定するための請求項１に記載の装置と、
を含むシステム。
【請求項９】
対象のバイタルサインを決定する方法であって、
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるステップと、
−  受けた前記入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るステップと、
−  前記ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るステップと、
−  前記対象の健康状態に基づいて、少なくとも安全モードと快適モードとの間で前記照明源を切り替える、及び、それぞれのモードに従って、前記照明源の１つ又は複数のパラメータを制御するステップと、
を含み、
前記対象の健康状態が悪くなっている場合には、１つ又は複数の得られるバイタルサインを、前記快適モードと比較して増した正確性及び信頼性を有して得ることができる前記安全モードに前記照明源は切り替えられ、さらに、前記対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている場合には、照射が、前記安全モードと比較して増した非影響性を有する前記快適モードに前記照明源は切り替えられる、方法。
【請求項１０】
コンピュータプログラムであって、当該コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合に、前記コンピュータに請求項９に記載の方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明の第１の態様において、対象のバイタルサインを決定する装置が示され、当該装置は：
−  照明源による照射に応答して、対象から反射された放射を非接触で検出するように構成される検出ユニットから入力信号を受けるためのインターフェースと、
−  受けた入力信号からフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）信号を得るための処理ユニットと、
−  ＰＰＧ信号から所望のバイタルサインを得るための分析ユニットと、
−  対象の健康状態に基づいて、少なくとも安全モードと快適モードとの間で照明源を切り替えるための、及び、それぞれのモードに従って、照明源の１つ又は複数のパラメータを制御するための制御ユニットと、
を含み、
上記の制御ユニットは、対象の健康状態が悪くなっている場合に、１つ又は複数の得られるバイタルサインを、快適モードと比較して増した正確性及び信頼性を有して得ることができる安全モードに照明源を切り替えるように、並びに、対象の健康状態が安定している若しくは良くなっている場合に、照射が、安全モードと比較して増した非影響性を有する快適モードに照明源を切り替えるように構成される。
【国際調査報告】
2017512578.tif 000008
2017512578.tif 000009
2017512578.tif 000010