(57)【要約】対象者の生命徴候を表す脈波信号を判定する装置が開示される。この装置は、制御ユニットと、制御ユニットに結合され、対象者の脈波を示す第１の信号を発するように構成された第１のセンサと、制御ユニットに結合され、装置が受ける動きを検出するように、及び第２の信号を、検出された動きに基づいて発するように構成された第２のセンサとを備える。制御ユニットは、第１の信号を第１のセンサから受信するように、脈波信号を第１の信号に基づいて判定するように、第２のセンサから第２の信号を受信するように、及び信頼性信号を第２の信号に基づいて判定するように構成されている。信頼性信号は第１の信号の信頼性を示す。【選択図】  図１Ａ
2020519383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の生命徴候を表す脈波信号を判定する装置（５００）であって、
制御ユニット（５３０）と、
前記制御ユニットに結合され、対象者の脈波を示す第１の信号を発するように構成された第１のセンサ（５１２）と、
前記制御ユニットに結合され、前記装置が受ける動きを検出するように、及び第２の信号を前記検出された動きに基づいて発するように構成された第２のセンサ（５２０）と、を備え、
前記制御ユニットが、
前記第１の信号を前記第１のセンサ（５１２）から受信するように、
脈波信号を前記第１の信号に基づいて判定するように、
前記第２のセンサ（５２０）から前記第２の信号を受信するように、及び
信頼性信号を前記第２の信号に基づいて判定するように
構成されており、前記信頼性信号が前記第１の信号の信頼性を示す、装置。
【請求項２】
前記信頼性信号が前記脈波信号の信頼性をさらに示す、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御ユニット（５３０）が、１つ又は複数の相関値を前記脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、
前記信頼性信号を判定することが、前記１つ又は複数の相関値にさらに基づいている、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御ユニット（５３０）が、１つ又は複数の灌流指数を前記脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、
前記信頼性信号を判定することが、前記１つ又は複数の灌流指数にさらに基づいている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御ユニット（５３０）が、１つ又は複数の周波数スペクトルを前記脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、
前記信頼性信号を判定することが、前記１つ又は複数の周波数スペクトルにさらに基づいている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御ユニット（５３０）が、検証された脈波信号を前記脈波信号及び前記信頼性信号に基づいて判定するようにさらに構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記検証された脈波信号を判定することが、
前記脈波信号の１つ又は複数の部分を前記信頼性信号に基づいて選択的に廃棄すること、及び前記検証された脈波信号を、前記脈波信号の前記廃棄された１つ又は複数の部分がない前記脈波信号に基づいて判定すること、並びに、
前記脈波信号の１つ又は複数の部分を前記信頼性信号に基づいて選択的に選択すること、及び前記検証された脈波信号を前記脈波信号の前記選択された１つ又は複数の部分に基づいて判定すること
のうちの１つ又は複数を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記検証された脈波信号を判定することが、
信号品質指標（ＳＱＩ）を前記脈波信号の１つ又は複数の部分に、前記信頼性信号に基づいて選択的に割り当てることを含み、
前記検証された脈波信号を判定することが、前記脈波信号の前記１つ又は複数の部分だけに基づいており、前記脈波信号の前記１つ又は複数の部分のそれぞれに、最小要件を満たしている信号品質指標が割り当てられている、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記信号品質指標が、
離散値の既定のセットから任意選択で選択される１つ又は複数の離散値、及び
最小値から最大値にいたる既定数範囲内に任意選択で入る数値
のうちの１つ又は複数を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
最小要件を満たすことが
最小値を超えること、
最小値及び最大値によって画定された範囲内に入ること、
最大値を超えないこと
のうちの１つ又は複数を含む、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２のセンサ（５２０）が
第１の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）に沿った第１の加速度、
第２の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）に沿った第２の加速度、
第３の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）に沿った第３の加速度、
第１の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）のまわりの第１の回転、
第２の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）のまわりの第２の回転、及び
第３の軸線（５２０ｘ、５２０ｙ、５２０ｚ）のまわりの第３の回転
のうちの１つ又は複数を検出するように構成されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記信頼性信号を判定することが、前記第１、第２、及び／又は第３の加速度にさらに基づく、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記信頼性信号を判定することが、前記第１、第２、及び／又は第３の加速度が既定の加速度閾値を超えているかどうかを判定することを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記信頼性信号を判定することが、前記第１、第２、及び／又は第３の回転にさらに基づく、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記信頼性信号を判定することが、前記第１、第２、及び／又は第３の回転が既定の回転閾値を超えているかどうかを判定することを含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御ユニット（５３０）が、前記脈波信号の少なくとも１つの部分について、
前記１つ又は複数の相関値、
前記１つ又は複数の灌流指数、及び
前記１つ又は複数の周波数スペクトル
のうちの１つ又は複数に基づいた、前記脈波信号の前記少なくとも１つの部分に関係する信号品質を示す値と、
前記脈波信号の前記少なくとも１つの部分に関係する前記第１、第２、及び／又は第３の加速度と、
前記脈波信号の前記少なくとも１つの部分に関係する前記第１、第２、及び／又は第３の回転と
を決定するようにさらに構成されており、
前記制御ユニットが、
信号品質を示す前記値が既定の信号品質閾値を超える、
前記第１、第２、及び／又は第３の加速度が既定の加速度閾値を超えない、及び
前記第１、第２、及び／又は第３の回転が既定の回転閾値を超えない、
と判定することによって、前記検証された脈波信号を前記脈波信号の前記少なくとも１つの部分に基づいて判定するようにさらに構成されている、請求項３〜６、１２及び１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が、前記制御ユニット、前記第１のセンサ（５１２）、及び前記第２のセンサ（５２０）を保持するように構成された本体（５０２）をさらに備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のセンサ（５１２）が、前記対象者の組織から反射された、及び／又は前記対象者の組織を透過した光を検出するように構成され、前記第１の信号を発することが前記検出された光に基づく、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のセンサ（５１２）が、光センサ、ＣＣＤセンサ、心拍数モニタ（ＨＲＭ）のうちの１つ又は複数を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２のセンサ（５２０）が、加速度計、磁力計、及びジャイロスコープのうちの１つ又は複数を含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記制御ユニット（５３０）に結合され、前記対象者の組織を照射するように構成された光源（５０６）をさらに備える、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御ユニット（５３０）が、前記光源（５０６）を制御して前記対象者の組織を選択的に照射するように構成されている、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記光源（５０６）が、前記第１のセンサ（５１２）に近接近して配置され、及び／又は
前記光源（５０６）が、前記第１のセンサ（５１２）に近接近して又は接触して置かれた前記対象者の組織を照射するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記制御ユニット（５３０）が、
前記第１のセンサ（５１２）を制御して前記第１の信号を発するように、及び／又は
前記第２のセンサ（５２０）を制御して前記第２の信号を発するように構成されている、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記脈波信号が前記対象者の心拍動を表し、
前記制御ユニット（５３０）が、
複数の心臓周期を示す前記脈波信号の一部分を選択するステップと、
複数の心臓周期を示す前記脈波信号の前記部分について、
血圧変動及び／又は血圧を、複数の心臓周期を示す前記脈波信号の前記部分の前記脈波信号に基づいて決定するステップと、
呼吸数変動及び／又は呼吸数を、複数の心臓周期を示す前記脈波信号の前記部分の前記脈波信号に基づいて決定するステップと、
心臓リズム、心拍数変動、及び心拍数のうちの１つ又は複数を、複数の心臓周期を示す前記脈波信号の前記部分の前記脈波信号に基づいて決定するステップと
を実行するようにさらに構成されている、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の装置（５００）。
【請求項２６】
複数の心臓周期を示す前記脈波信号の前記部分が、少なくとも１分の、好ましくは少なくとも３分の、より好ましくは少なくとも５分の連続期間にわたって複数の心臓周期を示す、請求項２５に記載の装置（５００）。
【請求項２７】
前記制御ユニット（５３０）が、
少なくとも１つの相関値を前記血圧変動、前記呼吸数変動、前記心拍数変動のうちの少なくとも１つとそれぞれの参照値に基づいて決定するステップと、
前記対象者の医学的状態を前記少なくとも１つの相関値に基づいて決定するステップと
を実行するようにさらに構成されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の装置（５００）。
【請求項２８】
複数の心臓周期を示す前記脈波信号が、互いに直接連続している複数の心臓周期と関連がある、請求項２６又は２７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、対象者の生命信号を表す光電脈波データの確実な取得に関する。その処理には、記録された脈波が既定の品質要件を満たしているかどうかを判定することが含まれる。それに続く脈波形分析に基づいて、たとえば人間の対象者の心臓リズム、心拍数、呼吸数、及び／又は血圧に関するデータを判定及び処理することができる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]フォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）は光学的に得られるプレチスモグラム、器官の容積測定である。ＰＰＧは、対象者の皮膚又は他の組織を照射し光吸収の変化を測定するパルスオキシメータを使用して得ることができる。従来のパルスオキシメータは通常、皮膚の真皮及び皮下組織への血液の灌流を観察する。対象者の生命信号を示す脈波データ又は脈波信号は、フォトプレチスモグラムを表していると考えられる。
【０００３】
[0003]心臓は心周期ごとに血液を末梢まで汲み出す。対応する脈圧は、心臓から脈管系を経由して器官へ、たとえば人間の対象者の皮膚へ伝わってある程度減衰するが、残っている脈圧は皮下組織中の動脈及び細動脈を広げるには十分に強い。
【０００４】
[0004]脈圧によって生じる容積の変化は、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光で皮膚を照射し、フォトダイオードへ透過又は反射した光の量を測定することによって検出することができる。各心周期はピークとして現れる。皮膚への血流は他の複数の生理系で調節され得るので、ＰＰＧは、呼吸、血液量減少、及び他の循環状態を監視するために使用することもできる。加えて、ＰＰＧ波形の形状は対象者ごとに異なり、パルスオキシメータが装着される位置又は方法によって変化する。
【０００５】
[0005]「Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ  ｓｉｇｎａｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｒｅｐｅａｔｅｄ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｆｉｌｔｅｒｓ  ａｎｄ  ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ」、Ｗ．Ｋａｒｌｅｎ、Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ、Ｊ．Ｍ．Ａｎｓｅｒｍｉｎｏ、及びＧ．Ａ．Ｄｕｍｏｎｔ、Ｐｈｙｓｉｏｌ．Ｍｅａｓ．３３（２０１２）１６１７〜１６２９頁では、パルスオキシメータ、すなわち非侵襲的に心拍数及び血液酸素飽和度（ＳｐＯ２）を測定するモニタには通常、測定の精度に悪影響を及ぼすアーチファクトが生じやすく、相当数の誤警報を起こし得ることが明らかにされている。パルスオキシメトリ信号を複数のパルスにセグメント化し、信号品質をリアルタイムで推定するアルゴリズムが記載されている。このアルゴリズムは、０〜１００の範囲の信号品質指標（ＳＱＩ）を反復的に計算する。アーチファクト及び不規則な信号形態が存在すると、アルゴリズムは低いＳＱＩ値を出力する。パルスセグメント化アルゴリズムは、パルス勾配、及び反復ガウシアンフィルタの適応セットを見つけるために信号の導関数を用いて、適正な勾配を選択する。連続パルスセグメントの相互相関が、信号品質を推定するために用いられる。２つの異なるベンチマークデータセットを使用する実験結果では、感度が９６．２１％及び陽性的中率が９９．２２％である良好なパルス検出率が示され、これは使用可能な参照アルゴリズムと同等であった。ＳＱＩアルゴリズムは効果的であり、アーチファクトが存在する際には、きれいな信号時のＳＱＩ値と比較してかなり低いＳＱＩ値が生成された。ＳＱＩアルゴリズムは、訓練されていないパルスオキシメータユーザを導く助けになることができ、賢い警報を発する進歩したアルゴリズムを設計する助けになることもできる。
【０００６】
[0006]「Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｉｎｄｅｘ  ｆｏｒ  Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ  Ｓｉｇｎａｌｓ」、Ｍｏｈａｍｅｄ  Ｅｌｇｅｎｄｉ、Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２０１６，３，２１では、モバイルデバイスによって収集されたフォトプレチスモグラム（ＰＰＧ）信号には、かなりの数の誤認させるような診断につながり得る、測定の精度に悪影響を及ぼすアーチファクトが生じやすい可能性があることが開示され、また、最適な信号品質指標（ＳＱＩ）を創出することが、そのようなデバイスからの信号の品質を分類するのに必須であると明らかにされている。８つのＳＱＩが、灌流、尖度、歪度、相対力、非定常性、ゼロ交差、エントロピー、及び収縮波の整合の検出器に基づいて創出され試験された。２人の個別の注釈者がすべてのＰＰＧデータを注釈し（１０６個の記録、各６０ｓ）、第３の専門家が差異の裁定を行った。個別の注釈者は、各ＰＰＧ信号に、診断についての以下のラベル、すなわち優秀、容認可能、不適当のうちの１つで標示した。すべての指標が、マハラノビス距離、線形判別分析、二次判別分析、及び１個抜き交差検証によるサポートベクターマシンを用いて比較された。歪度指数が、優秀なＰＰＧ記録と容認可能な記録、不適当な記録と合わせた容認可能な記録、及び不適当な記録とを区別することにおいて他の７つの指数よりも優れており、それぞれ全体のＦ１スコアが８６．０％、８７．２％、及び７９．１％であった。
【０００７】
[0007]本発明の目的は、対象者の生命信号を表す光電脈波データを確実に取得するための装置を提供することである。この装置は、既定の品質要件を満たしていない脈波データを廃棄又は無視できるように、記録された脈波が既定の品質要件を満たしているかどうかを判定しやすくする。記録された脈波から、対象者の生物学的パラメータ、たとえば心拍数、呼吸、血圧、及びこれらの可変性を非侵襲的に決定することができる。
【０００８】
[0008]別の目的は、対象者の生命信号を表す光電脈波データを確実に取得するための、並びに、対象者の生物学的パラメータ及びその可変性を改善された精度で決定するための装置を提供することである。
【０００９】
[0009]別の目的は、対象者の生命信号を表す光電脈波データを確実に取得するための装置を提供することであり、取得された光電脈波データは品質が改善されたものである。たとえば、この装置は、測定アーチファクトなどの望ましくないデータ取得アーチファクトが実質的にない光電脈波データの取得を可能にする。このようなアーチファクトには、不正確なデータや測定エラーによって損なわれたデータが含まれる。
【００１０】
[0010]特に、この装置はモバイルデバイスであり、好ましくは、光源及び光センサを備えた通常のスマートフォンである。
【発明の概要】
【００１１】
[0011]本発明によれば、第１の態様において、対象者の生命徴候を表す脈波信号を判定する装置が提供される。この装置は、制御ユニットと、制御ユニットに結合され、対象者の脈波を示す第１の信号を発するように構成された第１のセンサと、制御ユニットに結合され、装置が受ける動きを検出するように、及び第２の信号を、検出された動きに基づいて発するように構成された第２のセンサとを備える。制御ユニットは、第１の信号を第１のセンサから受信するように、脈波信号を第１の信号に基づいて判定するように、第２のセンサから第２の信号を受信するように、及び信頼性信号を第２の信号に基づいて判定するように構成されている。信頼性信号は第１の信号の信頼性を示す。
【００１２】
[0012]第１の態様による第２の態様では、信頼性信号は、脈波信号の信頼性をさらに示す。任意選択で、制御ユニット（５３０）は、１つ又は複数の相関値を脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、信頼性信号を判定することは、１つ又は複数の相関値にさらに基づいている。
【００１３】
[0013]先行する態様のいずれか１つによる第３の態様では、制御ユニットは、１つ又は複数の灌流指数を脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、信頼性信号を判定することは、１つ又は複数の灌流指数にさらに基づいている。
【００１４】
[0014]先行する態様のいずれか１つによる第４の態様では、制御ユニットは、１つ又は複数の周波数スペクトルを脈波信号に基づいて決定するようにさらに構成されており、信頼性信号を判定することは、１つ又は複数の周波数スペクトルにさらに基づいている。
【００１５】
[0015]先行する態様のいずれか１つによる第５の態様では、制御ユニットは、検証された脈波信号を脈波信号及び信頼性信号に基づいて判定するようにさらに構成されている。
【００１６】
[0016]先行する態様による第６の態様では、検証された脈波信号を判定することは、脈波信号の１つ又は複数の部分を信頼性信号に基づいて選択的に廃棄すること、及び検証された脈波信号を、脈波信号の廃棄された１つ又は複数の部分がない脈波信号に基づいて判定すること、並びに、脈波信号の１つ又は複数の部分を信頼性信号に基づいて選択的に選択すること、及び検証された脈波信号を脈波信号の選択された１つ又は複数の部分に基づいて判定すること、のうちの１つ又は複数を含む。
【００１７】
[0017]態様５による第７の態様では、検証された脈波信号を判定することは、信号品質指標（ＳＱＩ）を脈波信号の１つ又は複数の部分に、信頼性信号に基づいて選択的に割り当てることを含む。検証された脈波信号を判定することは、脈波信号の１つ又は複数の部分だけに基づいており、脈波信号の１つ又は複数の部分のそれぞれに、最小要件を満たしている信号品質指標が割り当てられている。
【００１８】
[0018]先行する態様による第８の態様では、信号品質指標は、１つ又は複数の離散値、離散値の既定のセットから任意選択で選択される１つ又は複数の離散値、及び最小値から最大値にいたる既定数範囲内に任意選択で入る数値のうちの１つ又は複数を含む。
【００１９】
[0019]先行する２つの態様のいずれか１つによる第９の態様では、最小要件を満たすことが最小値を超えること、最小値及び最大値によって画定された範囲内に入ること、最大値を超えないことのうちの１つ又は複数を含む。
【００２０】
[0020]先行する態様のいずれか１つによる第１０の態様では、第２のセンサは、第１の軸線に沿った第１の加速度、第２の軸線に沿った第２の加速度、第３の軸線に沿った第３の加速度、第１の軸線のまわりの第１の回転、第２の軸線のまわりの第２の回転、及び第３の軸線のまわりの第３の回転のうちの１つ又は複数を検出するように構成されている。
【００２１】
[0021]先行する態様のいずれか１つによる第１１の態様では、信頼性信号を判定することは、第１、第２、及び／又は第３の加速度にさらに基づく。任意選択で、信頼性信号を判定することは、第１、第２、及び／又は第３の加速度が既定の加速度閾値を超えているかどうかを判定することを含む。或いは、又は加えて、信頼性信号を判定することは、第１、第２、及び／又は第３の回転にさらに基づく。任意選択で、信頼性信号を判定することは、第１、第２、及び／又は第３の回転が既定の回転閾値を超えているかどうかを判定することを含む。態様２〜５及び１１による別の態様では、制御ユニットは、脈波信号の少なくとも１つの部分について、１つ又は複数の相関値、１つ又は複数の灌流指数、及び１つ又は複数の周波数スペクトルのうちの１つ又は複数に基づいた、脈波信号の少なくとも１つの部分に関係する信号品質を示す値と、脈波信号の少なくとも１つの部分に関係する第１、第２、及び／又は第３の加速度と、脈波信号の少なくとも１つの部分に関係する第１、第２、及び／又は第３の回転とを決定するようにさらに構成されている。この別の態様によれば、制御ユニットは、信号品質を示す値が既定の信号品質閾値を超える、第１、第２、及び／又は第３の加速度が既定の加速度閾値を超えない、及び第１、第２、及び／又は第３の回転が既定の回転閾値を超えない、と判定することによって、検証された脈波信号を脈波信号の少なくとも１つの部分に基づいて判定するようにさらに構成されている。
【００２２】
[0022]先行する態様のいずれか１つによる第１２の態様では、装置は、制御ユニット、第１のセンサ、及び第２のセンサを保持するように構成された本体をさらに備える。
【００２３】
[0023]先行する態様のいずれか１つによる第１３の態様では、第１のセンサは、対象者の組織から反射された、及び／又は対象者の組織を透過した光を検出するように構成され、第１の信号を発することは検出された光に基づく。
【００２４】
[0024]先行する態様のいずれか１つによる第１４の態様では、第１のセンサは、光センサ、ＣＣＤセンサ、心拍数モニタ（ＨＲＭ）のうちの１つ又は複数を含む。
【００２５】
[0025]先行する態様のいずれか１つによる第１５の態様では、装置は、制御ユニットに結合され対象者の組織を照射するように構成された光源をさらに備える。任意選択で、制御ユニットは、光源を制御して対象者の組織を選択的に照射するように構成されている。
【００２６】
[0026]先行する態様による第１６の態様では、光源は、第１のセンサに近接近して配置され、及び／又は光源は、第１のセンサに近接近して又は接触して置かれた対象者の組織を照射するように構成されている。
【００２７】
[0027]先行する態様のいずれか１つによる第１７の態様では、第２のセンサは、加速度計、磁力計、及びジャイロスコープのうちの１つ又は複数を含む。
【００２８】
[0028]先行する態様のいずれか１つによる第１８の態様では、制御ユニットは、第１のセンサを制御して第１の信号を発するように、及び／又は第２のセンサを制御して第２の信号を発するように構成されている。
【００２９】
[0029]先行する態様のいずれか１つによる第１９の態様では、脈波信号は対象者の心拍動を表し、制御ユニットは、複数の心臓周期を示す脈波信号の一部分を選択するステップと、複数の心臓周期を示す脈波信号の部分について、血圧変動及び／又は血圧を、複数の心臓周期を示す脈波信号の部分の脈波信号に基づいて決定するステップと、呼吸数変動及び／又は呼吸数を、複数の心臓周期を示す脈波信号の部分の脈波信号に基づいて決定するステップと、心臓リズム、心拍数変動、及び心拍数のうちの１つ又は複数を、複数の心臓周期を示す脈波信号の部分の脈波信号に基づいて決定するステップとを実行するようにさらに構成されている。
【００３０】
[0030]先行する態様による第２０の態様では、複数の心臓周期を示す脈波信号の部分は、少なくとも１分の、好ましくは少なくとも３分の、より好ましくは少なくとも５分の連続期間にわたって複数の心臓周期を示す。
【００３１】
[0031]先行する態様による第２１の態様では、制御ユニットは、少なくとも１つの相関値を血圧変動、呼吸数変動、心拍数変動のうちの少なくとも１つとそれぞれの参照値に基づいて決定するステップと、対象者の医学的状態を少なくとも１つの相関値に基づいて決定するステップとを実行するようにさらに構成されている。
【００３２】
[0032]先行する２つの態様のいずれか１つによる第２２の態様では、複数の心臓周期を示す脈波信号は、互いに直接連続している複数の心臓周期と関連がある。
【００３３】
[0033]対象者の生命信号を表す光電脈波データを判定するための装置の利点には、光電脈波データを、改善された精度及び／又は信頼性で取得できることが含まれる。
【００３４】
[0034]利点には、装置が、記録された脈波が既定の品質要件を満たしているかどうかを判定しやすくすることがさらに含まれる。これに基づいて、記録された脈波のさらなる処理を、改善された精度及び／又は信頼性で行うことができる。
【００３５】
[0035]利点には、装置が、人間の対象者のたとえば、心臓リズム、心拍数、呼吸数、及び／又は血圧に関係するデータを、改善された精度及び／又は信頼性によって判定しやすくすることがさらに含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による光電脈波データを取得する方法の流れ図である。
【図１Ａ】図１の方法に応じて使用できる例示的なモバイルデバイスを示す図である。
【図１Ｂ】図２に示されたモバイルデバイスと人間の対象者との対話を示す図である。
【図２】灌流指数を決定することに基づいて信号品質を判定することを示す図である。
【図３】取得された脈波信号に基づいてＳＱＩを決定する際のいくつかのステップを示す図である。
【図４】取得された脈波信号に基づいてＳＱＩを決定する際のいくつかのステップを示す図である。
【図５】取得された脈波信号に基づいてＳＱＩを決定する際のいくつかのステップを示す図である。
【図６】トレンド除去脈波信号に基づいてピーク数を決定することを示す図である。
【図７Ａ】ピークカウントを行うことに基づいて信号品質を決定することを示す図である。
【図７Ｂ】ピークカウントを行うことに基づいて信号品質を決定することを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
[0043]図１は、本発明による、ビデオ記録機能があるモバイルデバイスを使用して脈波データを記録する方法１００の流れ図を含む。モバイル通信デバイス、特にいわゆるスマートフォンは、単なる電気通信以上の広範な機能を有する。たとえば、ほとんどの携帯電話は通常、静止画像及びビデオを取り込むことができるデジタルカメラを備え、また対応する光源を低照度状況用に備える。一般に、脈波は、光源から発せられ対象者の指で反射された光を光センサで検出することによって記録することができる。１つの実施形態では、脈波データは、デジタルカメラ（たとえば、光センサとして使用される）及びＬＥＤ光（たとえば、光源として使用される）を装備した通常のモバイルデバイスを使用して得られる。光源から発せられた光は、たとえば光センサ及び光源の上に置かれた指の組織から反射され、光の特性（たとえば、強度、色相、輝度、彩度）が指の末端血流によって影響を受ける（たとえば、変調され、又は変えられる）。
【００３８】
[0044]しかし、この方法で脈波データを記録すると、たとえば対象者が自分の指又はデバイスを動かしたときに、又は対象者がそれとは別に指及び／又は使用されるデバイスの相対位置を変えたときに、測定エラーを生じやすい。光学的測定は反射光（又は組織を透過する光）の光学的特性の非常に小さな変化に基づくので、測定パラメータに対するもとからの微小な変化が測定の品質に大きく影響を及ぼし得る。たとえば、対象者はデバイスにかける自分の指の圧力を変えることがあり、そのため、指に流れる血流の強度、指で反射される光の強度若しくは他の特性、及び／又は組織の中への光の侵入の程度が変化する。これらの影響のいずれも、測定結果を大きく変えることがあり、したがって、記録された脈波データがその後の処理に役立たないものになり得る。別の例では、体肢の位置を変えても（たとえば、腕を持ち上げる、又は手の位置を変える）、同様な結果になることもあり、したがって、記録された脈波データがその後の処理に役立たないものになり得る。同じことが、デバイスと指の相対的な位置の変化にも当てはまる。
【００３９】
[0045]上述の状況すべてが通常は、デバイスの運動、たとえば加速（たとえば振動を含む）、並進運動又は回転を伴うので、このような運動を検出することにより、１つの測定又は一連の測定の信頼性についての情報を得ることができる。用語の「信頼性」は、特定の目的に対する適合性又は適正を表すと理解されたい。したがって、本明細書の範囲内では、ある信号の信頼性を表す信頼性信号とは、信頼性信号が、その信号の一部分について信号が（十分に）信頼できることを示す場合に、その信号（の一部分）が関係するデータは（十分に）正確であると仮定できること、及び／又はその信号（の一部分）が関係するデータの処理は（十分に）正確な結果を与えると仮定できることを意味する。信頼性には、特定の目的に対する適合性又は適性を表すいかなる既定の品質又は特性も含まれると理解される。さらに、信頼性は、たとえば一連の離散値（たとえば、「良」、「不良」）、ある範囲の値（たとえば、１〜１０の整数、［０．０，…，１．０］などの小数値など）、又はさらなる処理を可能にする他の任意の（数値的な）表示にマッピングすることによって、要望通りに定量化することができる。
【００４０】
[0046]方法１００は、実質的に同時に実行される２つの処理を含む。第１の処理（ステップ１０２’及び１１６’参照）は、脈波信号の信号品質を表す信頼性信号を取得するために実行される。第２の処理（ステップ１０２〜１１６参照）は、さらなる処理の基礎を形成する最初の脈波信号を取得するために実行される。信頼性信号は、連続信号、又はある期間にわたる一連の離散値を含み得る。両方の場合で、信頼性値を連続信号から、又は１つ若しくは複数の離散値から（たとえば内挿によって）、任意の時点について決定することができる。これら２つの処理について以下で説明する。
【００４１】
[0047]第１の処理では、ステップ１０２’で、加速度計５２０（図１Ａ参照）からデータが取得される。加速度計データは、（たとえば、モバイルデバイス及び／又は加速度計のＸ、Ｙ、及びＺ軸線のうちの１つ又は複数に沿って）１つ又は複数の加速度データ、（たとえば、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸線のうちの１つ又は複数に沿って）運動データ、及び（たとえば、Ｘ、Ｙ、及びＺ軸線のうちの１つ又は複数のまわりに）回転データを含み得る。
【００４２】
[0048]１つの実施形態では、加速度計データが三次元ベクトル（３つの軸線Ｘ、Ｙ、及びＺに沿った加速度データを含むベクトル）の形で取得される。いくつかの実施形態では、加速度計データはｎ次元ベクトル（加速度データ、運動データ、及び回転データのうちの１つ又は複数を含むベクトル）の形で取得され得る。
【００４３】
[0049]加速度計データが三次元ベクトルの形で取得される実施形態では、加速度データは複数の三次元ベクトルを含む。各ベクトルにはタイムスタンプが与えられて、タイムスタンプされた別の値又は測定値（たとえば、複数のベクトルでカバーされたある時点に作成されたパラメータの測定値）をそれぞれのベクトルに関連付けることができる。
【００４４】
[0050]ステップ１１６’で、信頼性信号が加速度データに基づいて得られる。加速度データは重み付けの手法で処理することができ、特定の軸線（たとえば、Ｘ、Ｙ又はＺ）に属する加速度データを他の軸線とは別に重み付けすることができる。この手法では、１つの軸線に沿った加速度（又は運動若しくは回転）が、行われたどの測定に対しても有害性が大きい（又は少ない）とみなされることがあり、したがって、より大きい係数（又は小さい係数）で重み付けされることがある。
【００４５】
[0051]さらに、ベクトルごとに単一のタイムスタンプを得るために、単一の絶対値が複数のベクトルの三次元ベクトルごとに得られてもよい。これには、各ベクトルに基づいて平方根を計算することが含まれ得る。これにはさらに、測定された加速度計データに固有であり得る（単一の）異常値を無視することが含まれてもよい。加速度値を決定するためのそれぞれの式が、たとえば、使用されるデバイスのタイプによって決まり得ることに留意されたい。一部のデバイスは標準的な加速度計を備えるが、他の一部のデバイスにはたとえば、加速度計、磁力計、及び／又はジャイロスコープを一体化している、より複雑な一体化センサが装備される。加速度値を決定するには、デバイスのそれぞれの構成要素に応じて、別個の対応する方法が使用されてもよい。
【００４６】
[0052]１つの実施形態では、単一の加速度値が一体化センサ（加速度計、磁力計、及びジャイロスコープを含む）によって決定され、このセンサは３つの加速度値ｘＡｃｃ、ｙＡｃｃ、及びｚＡｃｃを与える。これら３つの値は、規則的な間隔で、たとえば１秒ごとに１度決定され、デバイスのユーザによって引き起こされた動きを示す値ｕｓｅｒＭｏｔｉｏｎが次式によって決定される。
【数１】
2020519383.tif 000003
この値はタイムスタンプを与えられ、メモリユニットに記憶される。
【００４７】
[0053]別の実施形態では、単一の加速度値が、３つの加速度値ｘＡｃｃ、ｙＡｃｃ、及びｚＡｃｃを与える加速度計のみによって決定される。これら３つの値は、規則的な間隔で、たとえば１秒ごとに１度決定され、デバイスのユーザによって引き起こされた動きを示す値ｕｓｅｒＭｏｔｉｏｎが次式によって決定される。
【数２】
2020519383.tif 000004
この値はタイムスタンプを与えられ、メモリユニットに記憶される。
【００４８】
[0054]加速度計データから信頼性データを決定するために、加速度計データ又は修正加速度計データは、既定の閾値と比較される。加速度の値が既定の閾値を超えた場合には、既定の値を超えている加速度計データのタイムスタンプに対応する時点のそれぞれの信頼性値が、状態の「信頼できない」に関連付けられた値（たとえば、「０」などの数値）に設定される。この手法では、実質的に同じ時点に測定又は記録された脈波データの値は、対応する信頼性値に基づいて廃棄することができる。信頼性データは、タイムスタンプされた信頼性値を含む。信頼性値は整数（たとえば０＝信頼できない、１＝信頼できる）、又は小数値（たとえば０．０〜１．０の範囲であって、様々な信頼性を表現し、したがって、０．７は比較的信頼できると考えることができる）を含み得る。信号の信頼性を定義するためには、任意の定量的（たとえば、数値、値、１つ又は複数の値の範囲）又は定性的（たとえば、所定のカテゴリ、状態、又は特性）な表現が用いられてもよいことに留意されたい。
【００４９】
[0055]上述の実施形態では、信頼できる又は信頼できないと考えられる、取得された脈波データの局所的な判定が実現する。これは、記録又はデータセット（特定の時点に属する記録又はデータセット）ごとに、その記録又はデータセットが信頼できるか信頼できないかを、隣り合う時間（たとえば、その時点の前又は後）に決定された信頼性値を考慮に入れなくても、それぞれの時点に関連付けられた対応する信頼性値にもっぱら基づいて判定できることを意味する。一部の実施形態では、たとえば異常値又は測定アーチファクトをフィルタ除去するために、信頼性値がある期間にわたって平均化されてもよい。このような実施形態では、加速度計データが取得されたそれぞれの時点だけでなく、任意の時点の平均化及び／又は内挿された信頼性値を得ることができるようにするために、信頼性値がさらに内挿値に基づくことがある。
【００５０】
[0056]ステップ１０２における第２の処理で、対象者はその指を、光源から発せられた光が末端血流を照射し、反射又は分散され、その後カメラで検出されるように、モバイルデバイスのカメラの上に、好ましくは光源に触れずに置く。こうして生成されたビデオ信号は記録され、デバイスのメモリユニットに記憶される。或いは、ビデオ信号（たとえば、ビデオストリーム）は直接処理することができ、脈波データをメモリユニットに記憶する必要がない。ステップ１０２に関して、一部の実施形態では、対応する光源をモバイルデバイスが備える必要がないように、外部光源を使用できることに留意されたい。このような実施形態は、外部の（人工又は自然発生）光源（たとえば、外部ランプ又は太陽光）をベースにすることができる。
【００５１】
[0057]図１に関して説明した実施形態では、モバイルデバイスは、カメラ及び対応する光源を備えた携帯電話である。代替実施形態では、モバイルデバイスは別個のデバイスでもよく、このような別個のデバイスは、別の方法で人間の対象者の組織に接触させることができる。たとえばモバイルデバイスには、光センサ及び光源を備えた、いわゆるスマートウォッチが含まれてもよい。その光源は、人間の対象者の組織（たとえば、人間の対象者の手首の領域の組織）を照射するように構成することができ、光センサは、人間の対象者の手首の領域の組織から反射された（又は組織を透過した）光を検出するように構成することができる。個々の実施形態にかかわりなく、モバイルデバイスは、人間の対象者の親指又は他の指、腕、手首、足首、耳、鼻中隔、及び額を含む、人間の対象者の組織から反射された（又は組織を透過した）光を検出するように構成することができる。
【００５２】
[0058]ステップ１０４で、対象の領域（ＲＯＩ）が最大解像度ビデオストリームから選択される。この選択は、たとえば、ビデオストリームに含まれる輝度情報に基づいて行うことができる。１つの実施形態では、ＲＯＩは、ビデオフレーム内の、中心を外れた、境界から最小距離における最大輝度の領域において決定される。これにより、十分に照射されている領域（たとえば、光源に近い領域）が選択されることを確実にすることができる。１つの実施形態では、ＲＯＩは、少なくとも５０×５０画素（すなわち、２５００正方画素）のサイズを有する。一般に、ＲＯＩは、６２５〜１００００正方画素、好ましくは９００〜６４００正方画素、より好ましくは１６００〜３２００正方画素の範囲のサイズを有することができる。
【００５３】
[0059]ステップ１０６で、ビデオストリームの各フレームのＲＯＩについて、サンプルｓｉが次式に基づいて計算される。
【数３】
2020519383.tif 000005
ただし、ｐは、ＲＯＩ内の位置ｊ、ｋにある画素の緑チャネルの値であり、Ｎ及びＭはＲＯＩのサイズであり、ｗはＲＯＩの幅である。ノイズが効果的に低減されるように、２で割ることでｐの最小ビットを除去する。これにより、取り込まれたビデオフレームごとにサンプルｓｉが生成される。
【００５４】
[0060]ステップ１０８で、タイムスタンプｔｉがサンプルｓｉごとに（より正確には、サンプルを計算するためのビデオフレームごとに）生成され、ビデオカメラによってビデオストリームの中に符号化される。同じタイムスタンプｔｉが、信頼性信号を生成する際に使用される。信頼性信号を生成するための脈波及び測定値を決定することは、好ましくは実質的に同時に行われる。
【００５５】
[0061]ステップ１１０で、脈波は、ステップ１０６で得られたサンプルｓｉに基づく脈波信号として得られる。
【００５６】
[0062]ステップ１１２で、再サンプリングされた脈波が、ステップ１０８で得られた関連するタイムスタンプに基づいて、サンプルｓｉからの（すなわちステップ１１０で得られた）脈波を再サンプリングすることによって得られる。こうすることは、ビデオデータを検出、生成、及び符号化する際の、たとえばドロップフレームや一定でないフレームレートに帰結する技法的問題の故に、必要である。これらの問題によって、サンプルｓｉは、固定された確実な時間間隔で得ることができない。再サンプリングされた脈波を得るために、脈波は、三次スプライン補間を用いて再サンプリングされ、それぞれの多項式について行われる。ここで、２つの続きのサンプルが３次多項式によって内挿される。サンプルの（時間的な）位置はタイムスタンプに対応する。範囲［ｔｉ，ｔｉ＋１］の多項式Ｓｉは次式の通りに計算される。
Ｓｉ＝ａｉ＋ｂｉ（ｔ−ｔｉ）２＋ｄｉ（ｔ−ｔｉ）３
ただし、ｉ＝１，…，ｎ−１である。再サンプリングの処理は、１０００Ｈｚのサンプリング速度に対応して、ｔを１ｍｓだけ連続してインクリメントすることを含む。パラメータａｉ、ｂｉ、ｃｉ、及びｄｉは、適切な値に設定されなければならない。脈波は、再サンプリングの結果である信号Ｓとして得られる。
【００５７】
[0063]ステップ１１４で、再サンプリングされた脈波は、フィルタリングされてノイズが除去され、ドリフトが補償される。このフィルタリングは、通常のバンドパスフィルタ（たとえば、０．１〜１０Ｈｚ）を適用することによって達成することができる。
【００５８】
[0064]ステップ１１６で、元の脈波信号がさらなる処理のベースとして得られる。第２の処理が終了するとき、たとえば所望の脈波信号が得られたとき、第１の処理もまた終了し、そのため、第１の処理で得られた信頼性信号は、第２の処理で得られた脈波信号と実質的に同じ時間間隔に属する。
【００５９】
[0065]図１Ａは、図１の方法に応じて使用できる例示的なモバイルデバイスを示す。モバイルデバイス５００はフレームすなわち本体５０２、及びデバイスパネル５１０を有する。いくつかの例では、デバイスパネル５１０は、モバイルデバイス５００の後面パネルとすることができる。デバイス５００は、デジタルビデオ信号をたとえばデジタル静止画像及びデジタルビデオの形で検出できるカメラデバイス５１２をさらに有する。カメラデバイス５１２は、一般に錐台形の領域と共に主検出方向５０８に沿って位置する対象物を表すビデオ信号を検出するように構成される。デバイス５００は、カメラデバイス５１２の前に位置する、すなわち錐台形の領域内に、及び／又は主検出方向５０８に沿って位置するあらゆる対象物を照射するように構成された光源５０６をさらに有する。
【００６０】
[0066]モバイルデバイス５００は、光源５０６をさらに備える。光源５０６は、動作モードに応じて、単一のフラッシュ光と連続光ビームの両方を供給するように構成することができる。ビデオを記録するとき、光源は通常、連続光ビームを供給する。カメラデバイス５１２の視野の中に置かれた対象物は、光源５０６から発せられた光を反射及び／又は分散し、それにより、反射光はカメラデバイス５１２で検出することができる。
【００６１】
[0067]モバイルデバイス５００は、カメラデバイス５１２、光源５０６、メモリユニット、ユーザインターフェース、入力手段、音声ユニット、ビデオユニット、表示装置、及びその他などの、別の構成要素に結合された制御ユニット（たとえばＣＰＵ、マイクロプロセッサ、ＳｏＣ、図示せず）をさらに備える。
【００６２】
[0068]モバイルデバイス５００は、たとえば加速度、動き、回転、及び向きを含む物理的パラメータを検出するように構成された、通常は加速度計又は他のタイプのセンサであるセンサをさらに備える。通常、センサは加速度計５２０を含む。しかし、センサには、加速度、動き、向き、及び／又は回転を検出するように構成された任意のセンサがさらに、又は代替として含まれてもよい。したがって、動きセンサには、加速度、動き、向き、及び／又は回転を検出するように構成された加速度計５２０、磁力計、ジャイロスコープ（すなわちジャイロ）、又は他のセンサが含まれ得る。適切なセンサは通常、微小電子機械システムすなわちＭＥＭＳの形で設けられる。
【００６３】
[0069]磁力計は、磁場、たとえば地球の磁場を検出するように構成することができる。磁力計によって生成された信号は、付随するデバイスの加速度、動き、向き及び／又は回転を検出するために使用することができる。
【００６４】
[0070]加速度計は、（座標加速度とは対照的な）適切な加速度、すなわち絶対加速度を検出するように構成することができ、それにより、固定面に載っている加速度計が地球の重力による加速度を、加速度計の向きによって決まる、その軸線のうちの１つ又は複数の方向において検出することができるようになる。すなわち、加速度計の向きを、地球の重力の方向の変化により検出された加速度に基づいて決定することができる。したがって、加速度計によって生成された信号は、付随するデバイスの加速度、動き、向き、及び／又は回転を検出するために使用することができる。
【００６５】
[0071]ジャイロスコープは、加速度及び／又は回転に関して運動を検出するように構成することができる。ジャイロスコープによって生成された信号は、付随するデバイスの加速度、動き、向き、及び／又は回転を検出するために使用することができる。
【００６６】
[0072]説明した実施形態では、モバイルデバイス５００は加速度計５２０を備える。しかし、本発明の実施形態は、説明した加速度計５２０を備えたモバイルデバイス、及び／又はモバイルデバイス５００の加速度、動き、向き、及び／又は回転を検出するように構成された１つ又は複数のセンサ（たとえば、磁力計、ジャイロスコープ、加速度計、又は上述の他のセンサのうちの１つ又は複数を含む）に基づくことができ、したがって本発明の概念は、加速度計５２０を備えたモバイルデバイスに限定されない。加速度計は通常、単一軸線又は複数軸線加速度計として入手可能であり、適切な加速度の大きさ及び方向をベクトル量として検出することができる。
【００６７】
[0073]図１Ａに示された実施形態では、モバイルデバイス５００は、３つの軸線、すなわちＸ軸線５２０ｘ、Ｙ軸線５２０ｙ、及びＺ軸線５２０ｚに沿って加速度を検出するように構成された加速度計５２０を備える。軸線５２０ｘ、５２０ｙ、及び５２０ｚの方向、並びにその極性（すなわち、どの方向がたとえば＋Ｘを指し、どの方向が−Ｘを指すかを定義する）は、図１Ａに示されたものと異なることがあり、またモバイルデバイス５００の中の加速度計５２０のタイプ、位置、及び向きが変わることがある。別の実施形態では、別の加速度計、たとえば軸線がもっと多い又は少ない加速度計が使用されてもよい。
【００６８】
[0074]通常、モバイルデバイスは単一の加速度計５２０を備える。いくつかの実施形態では、モバイルデバイスが２つ以上の加速度計を備えることがある。たとえば、第１の精度、検出範囲、分解能、及び／又は検出軸線数が得られる第１の加速度計と、第１の加速度計と異なる第２の精度、検出範囲、分解能、及び／又は検出軸線数が得られる第２の加速度計とをモバイルデバイス５００に設けることが望ましいことがある。このような例では、第１（又は第２）の加速度計は、他方と比べて電力消費を低くすることができ、そのため、第１及び第２の加速度計の一方をモバイルデバイスの使用形態に基づいて選択することができる。本発明の実施形態は、精度、検出範囲、分解能、及び／又は検出軸線数に関係なく、加速度を検出するように構成されている任意の加速度計に基づいてもよいことに留意されたい。しかし、好ましい実施形態は、少なくとも３つの検出軸線を有する加速度計に基づいている。
【００６９】
[0075]図１Ｂは、人間の対象者と図１Ａに示されたモバイルデバイスとの対話を示す。測定値を取得するために、対象者は指（たとえば親指）をモバイルデバイス５００に置いて、カメラデバイス５１２と光源５０６の両方を覆う。モバイルデバイスの個々の構成（たとえば、カメラデバイス５１２と光源５０６の位置又は間の距離）は、カメラデバイス５１２と光源５０６の両方を適切な末端（たとえば、指、親指、耳）で覆うことが物理的に可能である限り、副次的に関連するものである。この点において、（末端）測定に適している任意の末端を本発明に従って用いることができる。一般に、血液流を示す意味ある信号を対象者の身体部分（たとえば指、腕、手首、足首、耳、鼻中隔、又は額）を介して検出できる限り、本発明に従って、脈動する血液流を伴う任意の身体部分を用いることができる。
【００７０】
[0076]いくつかの実施形態では、モバイルデバイス５００の制御ユニットは、カメラデバイス５１２から供給された信号を処理し、供給された信号に基づいて、ビデオ品質を示す１つ又は複数のパラメータ（たとえば輝度、コントラスト、フォーカス）が、親指をカメラデバイス５１２の上に直接置くことによって生じた低輝度及び／又は近接近状態の故に好ましい動作範囲の外側にあることを検出する。次に、制御ユニットは、パラメータに調整を加える（たとえば、低輝度を補償するために光源５０６を起動させる）ために、制御信号を１つ又は複数の構成要素へ、たとえば光源５０６へ供給することができる。
【００７１】
[0077]適切な末端（ここでは、たとえば対象者の親指）が置かれると、光源５０６を起動させることによって測定が開始されて、末端血流が照射されるように十分な強度の連続光ビームが発せられる。実質的に同時にカメラデバイス５１２が起動され、末端血流によって反射された光がカメラデバイス５１２で検出される。光源５０６を起動させることもカメラデバイス５１２を起動させることも、デバイス５００に備えられた制御ユニットで実行される対応するプログラムコードによって達成することができる。
【００７２】
[0078]この起動は、手動で、たとえばデバイス５００のユーザインターフェースの対応する機能を選択することによって引き起こすことができ、或いは、自動で、たとえばセンサ（たとえば近接センサ、光センサ）、タイマ、音声認識、又は他のもの（入力手段）によって引き起こすことができる。１つの例では、センサの信号は、適切な信号が存在するかどうかを調べるために連続して処理される。次にビデオデータが、通常は数秒から５分の範囲の既定の期間、さらなる処理のために記録又は伝送される。好ましい実施形態では、既定の期間は１〜５分の範囲であり、より好ましい既定の期間は約１分、約３分、又は約５分である。このような既定の期間を選択することにより、対象者の心臓リズムを確実に決定することが可能になる。
【００７３】
[0079]いくつかの代替実施形態では、期間は既定されずに、記録／伝送が進行中のときに決定され、その場合、品質尺度が記録／伝送されたデータから計算され、この記録／伝送は、対象者の心臓リズムを決定するために、十分な品質（以下のさらなる詳細参照）の十分な数の心臓周期（たとえば６０〜４００）が記録／伝送されるまで行われる。記録／伝送の完了は、たとえば、デバイス５００の音声及び／又はビデオ構成要素から発せられる音声及び／又は光信号によって、対象者に示すことができる。
【００７４】
[0080]実質的に同時に、制御ユニットは、加速度計５２０から加速度計データを取得するように構成されており、この加速度計データは、加速度計５２０のすなわちモバイルデバイス５００の加速度、向き、動き、及び回転のうちの１つ又は複数を示す。
【００７５】
[0081]他の実施形態では、同一若しくは異なるセンサ及び／又はデバイスを使用することに留意されたい。たとえば、図１Ａ及び図１Ｂに関して上述した、対応する光源／センサアセンブリを有するスマートウォッチを同様に使用することができる。これらのデバイスは、センサが対象者の身体（ここでは、たとえば手首）に近接近して保持されるので、連続測定及び／又は任意の継続期間及び任意の時点の測定が、対象者の対話がなくても（たとえば、睡眠中にも）容易になるという点で有利である。上記の概念は、ある範囲のセンサに当てはまり、センサハードウェアの特定の、又はそれとは別に特殊な実施形態に限定されないことに留意されたい。
【００７６】
[0082]上述のように、脈波信号及び信頼性信号を取得することにより、信頼性信号に基づいて、脈波信号が信頼できるかどうかを決定することが可能になる。したがって、脈波信号と信頼性信号の組み合わせは、もとから本質的に信頼できる。さらに、制御ユニット５３０は、脈波信号及び信頼性信号に基づいて、たとえば、それぞれの期間の脈波信号の信頼性を示す信頼性信号が既定の範囲内にない（又は既定の閾値未満である）場合に、それぞれの期間の脈波信号を廃棄することを含めて、検証された脈波信号を判定するように構成することもできる。したがって、廃棄される脈波信号は、その脈波信号が信頼できるとみなされないことを示すことになり、及び／又はその脈波信号がアーチファクトを含む、又はそれとは別に不正確である可能性が高いことを示すことになる。
【００７７】
[0083]しかし、信号の信頼性及び／又は品質をさらに改善するために、及び／又は損なわれた信号を記録しないようにするために、他の、代替の又は追加の方法を、信頼できる信号を得るための上述の方法と組み合わせて適用することができる。以下では、別の３つの方法について説明するが、これらは、信頼できる信号を得るための上述の方法と、３つの方法の任意の組み合わせで一緒にすることができる。
【００７８】
[0084]第１の方法は、続きの心臓周期の相関性を決定すること、並びに決定された相関性が最小相関値未満であるかどうかによって信号品質を決定することに基づいている。この目的のために、元の脈波信号が通常は事前処理される。事前処理には、トレンドを決定し、続いて元の脈波をトレンド除去すること（第２の方法に関しては下記参照）、ローパスフィルタを適用すること、及び心臓周期を決定することのうちの１つ又は複数が含まれ得る。
【００７９】
[0085]トレンドを決定し、元の脈波をトレンド除去することには、３つの続きの心臓周期の実行窓を観察して、実行窓についての統計平均としての非脈動血液を計算することが含まれ得る。これについては、より詳細に図２に関して以下で説明する。その結果、元の脈波の低い周波数変動を表すトレンドが得られる。加えて、又は別法として、対象の周波数の外側（たとえば、０．５〜７Ｈｚの範囲の外側）にある不要な周波数をフィルタ除去するために、ローパスフィルタを適用することができる。ローパスフィルタは、既定の周波数を超える、たとえば３Ｈｚを超える周波数を大幅に減衰又は除去することができる。心臓周期は通常、元の脈波中の変曲点を決定することによって決定される。
【００８０】
[0086]任意選択で、続きの心臓周期の相関性を決定するために、選択された数の周期のそれぞれが０と１の間のｙ値の間隔に正規化することができる。１つの実施形態では、３つの続きの心臓周期の窓が観察される。一般に、大きい窓を使用すると特定性を向上させることができ、小さい窓を使用すると感度を向上させることができる。３つの続きの心臓周期の相関性は、（正規化された）周期（たとえば、１〜２、１〜３、２〜３）を一対比較すること、及び対ごとに類似性スコアを決定すること（局所化された類似性）に基づく。次に、得られた相関係数の最大値が決定され、閾値と比較される。最大相関係数が閾値未満である場合、それぞれの心臓周期（すなわち、それぞれの３つの心臓周期）の元の脈波は廃棄するか、不十分な品質として無視することができる。
【００８１】
[0087]第２の方法は、続きの心臓周期について、実行窓を使用して灌流指数を決定することに基づく。灌流指数は、周辺組織における脈動（ＡＣ）血液流と非脈動（ＤＣ）すなわち静止血液との比である。言い換えると、これは、光が指を透過するときに脈によって吸収される光の量の差である。信号品質はＡＣとＤＣの比に基づいて決定され、小さい比が低品質の信号を示す。
【００８２】
[0088]図２は、灌流指数を決定することに基づいて信号品質を決定することを示す。図２に示された図表３６０は、第２の方法を例示するいくつかのグラフ３６２、３６４、及び３６６を示す。図表３６０は、信号の振幅（垂直の軸線参照）を経時的に（水平の軸線参照）示す。グラフ３６２は、元の脈波信号を示す。１つの実施形態では、３つ以上の続きの心臓周期が観察され、ＤＣが統計平均として実行窓について計算される。別の実施形態では、異なるサイズの窓、特に３つ以上の心臓周期のサイズを有する窓を観測することができる。ＤＣの続きの値により、図表３６０にグラフ３６４として示された信号のトレンドが決定する。図で分かるように、このトレンドは、連続信号になるように内挿されている。元の脈波３６２及びトレンド３６４に基づいて、トレンド除去されフィルタリングされた脈波信号３６６が決定される。品質指標を決定するために、
【数４】
2020519383.tif 000006
が、
【数５】
2020519383.tif 000007
として計算される。ただし、
【数６】
2020519383.tif 000008
及び
【数７】
2020519383.tif 000009
はそれぞれ、単一の心臓周期内の信号３６６の最大値及び最小値に対応し、
【数８】
2020519383.tif 000010
は、脈波信号３６２について先に決定された、心臓周期のトレンド３６４の値に対応する。特定の心臓周期の脈波信号が品質要件を満たしているかどうかを判定するために、比
【数９】
2020519383.tif 000011
が閾値と比較される。比が閾値未満である場合、当の心臓周期の脈波信号は十分な品質ではない。
【００８３】
[0089]第３の方法は、３つの続きの心臓周期の実行窓を観察するときに、１つの脈波信号の周波数スペクトルのそれぞれの最大値を決定することに基づく。この方法は、フーリエ変換（たとえば、ハニング窓に基づくＦＦＴ）に基づいており、得られた周波数スペクトルのそれぞれの最大値を決定することを含む。良好な品質の脈波信号の周波数スペクトルは、ピーク及び顕著な（すなわちよく視認できる）高調波をほとんど呈示せず、２次ピークがない。周波数スペクトルに多数のピークがある場合、これは、スペクトルを支配するいくつかの周波数の故に元の脈波が低品質であることを示す。
【００８４】
[0090]図３、図４、及び図５は、取得された脈波信号に基づいてＳＱＩを決定するいくつかのステップを示す。一般に、ＳＱＩを決定することは、取得された脈波のサンプルを対応するタイムスタンプと共に記憶する、サイズｗのバッファを維持することに基づく。バッファは通常、サイズｗの移動窓に対応するリングバッファとして実装される。図３、図４、及び図５に示された例は、窓サイズｗ＝６×ＦＳに基づいており、ここでＦＳはサンプリング速度である。各図表の水平軸線はミリ秒（ｍｓ）の単位で時間を示し、垂直軸線はサンプル値を示す。
【００８５】
[0091]図３（ａ）は、サンプル値及び付随するタイムスタンプに基づいて生成される未処理の生信号を示す。次に、図３（ｂ）に示されるように、最初のタイムスタンプがゼロに設定され、それにより信号は時間がリセットされる。さらに、信号が等距離サンプリングを呈示することを保証するために、信号は、５０Ｈｚのサンプリング速度を用いる三次スプラインによって再サンプリングされる。詳細には、三次スプライン近似により、３次多項式を用いて近似されているそれぞれ２つの続きのサンプルが得られる。サンプルの（時間的な）相対位置は、それぞれのタイムスタンプに対応する。範囲［ｔｉ，ｔｉ＋１］の多項式Ｓｉは、Ｓｉ＝ａｉ＋ｂｉ（ｔ−ｔｉ）＋ｃｉ（ｔ−ｔｉ）２＋ｄｉ（ｔ−ｔｉ）３に基づいて決定される。ただし、ｉ＝１，…，Ｎ−１である。５０Ｈｚの再サンプリング速度に応じて、ｔが２０ｍｓだけ連続してインクリメントされる。パラメータａｉ、ｂｉ、ｃｉ、ｄｉは、適切に決定されなければならない。図３（ｂ）に示される信号は、以下の処理ステップのベースを形成する。
【００８６】
[0092]図３（ｃ）は、正規化の後の信号を示す（たとえば、ゼロ平均であり、任意選択で単位が変わる。図３（ｂ）の垂直軸線の値の範囲が図３（ｃ）と比較して異なることに注意）。続いて、信号はトレンド除去される（図３（ｄ）参照）。この目的に対し、信号をフィルタリングしトレンドを見つけるために、
【数１０】
2020519383.tif 000012
に基づいて（ここでｉ＝０，…，ｎ−１）、また
【数１１】
2020519383.tif 000013
に基づいて、ガウシアンローパスフィルタが適用される。図３（ｄ）は、元の信号と、この信号から決定されたトレンドとを示す。図３（ｅ）に示されるように、このトレンドが元の信号からＳｉ＝−（Ｓｉ−ｔｒｉ）によって減算される。ただし、ｉ＝０，…，ｎ−１であり、ｔｒｉがトレンド信号のそれぞれのサンプル点に対応する。さらに、信号は反転される（図３（ｅ）参照）。
【００８７】
[0093]周期を見つけるために、トレンド除去信号の１次導関数の正の最大値が決定される。これらの正の最大値は、立ち上がりエッジの変曲点に対応する。１次導関数を決定することは、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙのアルゴリズムに基づいて達成することができ、このアルゴリズムにより、図３（ｆ）に示されるように、導関数が同時に平滑になる。境界線は、パディングによって広げることができる（左側境界線は図４（ａ）、右側境界線は図４（ｂ）を参照）。図３（ｆ）、図４（ａ）以下における水平軸線はサンプル指数を示し、したがって、単位サイズを（５０Ｈｚのサンプリング速度に基づいて）２０ｍｓに効果的に設定していることに留意されたい。平滑化及び１次導関数は、Ｓａｖｉｔｚｋｙ−Ｇｏｌａｙフィルタ
【数１２】
2020519383.tif 000014
を使用して計算される。ただし
【数１３】
2020519383.tif 000015
である。さらに、ｊ＝１，・・・，ｎであり、ここで、ｎはサンプリング点の個数である。Ｃｉは合成核を示し、ここでは、Ｃ＝（−３、−２、−１、０、１、２、３）である。さらに、ｍは合成核の係数の個数である（ここでは、ｍ＝７）。どちらかの末端部に点を設けるために、信号は継続され、ここで
【数１４】
2020519383.tif 000016
個の点が両末端部（図４の（ａ）及び（ｂ）参照）において広げられなければならず、Ｓ−ｉ＝２Ｓ０−Ｓｉ、及びＳｎ−１＋ｉ＝２Ｓｎ−１−Ｓｎ−１−ｉである。ただし、ｉ＝１，…，４である。Ｓの負の指数、及びｎ−１よりも大きい指数は、信号の広がりを示す。図４（ｃ）は、図示の例の元の信号、パディングされた信号、及び１次導関数を示す。
【００８８】
[0094]周期を決定するために、１次導関数のすべての正の最大値が特定されなければならない（図４（ｄ）参照）。続いて、特定された最大値が値によって、最大が最初の、降順でソートされる。次に、最大値と最小値の両方の２５％が廃棄され、残りの５０％の平均値が決定される。次に、平均値の３分の１が、１次導関数の最大値に対する閾値として採用され、この閾値を超えるすべての最大値が、周期の始めに印を付けるときに考慮に入れられる（図４（ｅ）参照）。各周期が、１次導関数の２つの続きの最大値の間に囲まれる（図４（ｆ）参照）。
【００８９】
[0095]上述のように決定された周期から、最後の３つの周期が比較ステップのために選択される（図５（ａ）参照）。この比較ステップで、選択された３つの周期のそれぞれが他の２つの周期と比較され（すなわち、１−２、１−３、２−３、図５（ｂ）参照）、相互相関関数を用いて相関（すなわち相似）値が決定され（図５（ｃ）参照）、ここでは時間遅れが無視される。決定された３つの相関値から最大値が、それぞれの窓の相似を示すものとして採用される。正規化相互相関は以下のように決定することができる。ｘとｙが比較すべき周期であるとすると、周期の長さは６４単位であると仮定され（これより長い周期は切り詰められ、短い周期はそれに応じてパディングされる）、すなわち
【数１５】
2020519383.tif 000017
となる。ただし、Ｆは固定長のＦＦＴであり、＊は共役である。その結果、窓の相似値はＳＱＩｃｏｒｒ＝ｍａｘ｛ｋ１２，ｋ１３，ｋ２３｝となる。
【００９０】
[0096]比較ステップで決定された周期の始まり、すなわち図５（ａ）に示された変曲点は、灌流指数を決定するためのベースを形成する。これらの点のそれぞれで周期の立ち上がり斜面に印が付けられ、これらの点ごとに、図５の（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、以前の（すなわち、それぞれの点の左側の）最大値、及び後に続く（すなわち、その点の右側の）最大値が決定される。次に、変曲点は元の脈波（トレンド除去前）に投影され、これにより、図５（ｆ）に示されるように、ＤＣ（すなわち非脈動血液流）の推定値が得られる。ＤＣ範囲が小さくなりすぎないように、最小値１０００が設定される。次式により周期ｉの灌流指数が決定される。
【数１６】
2020519383.tif 000018
続いて、順序付けられた値の中間５０％の平均値（上記参照、上方及び下方の２５％が無視される）
【数１７】
2020519383.tif 000019
が総合ｐｅｒｆＩｄｘ
【数１８】
2020519383.tif 000020
として決定される。
【００９１】
[0097]図６は、トレンド除去脈波信号に基づいてピーク数を決定することを示す。トレンド除去信号は、支配的な周波数の数を決定するためのベースを形成する。周波数スペクトルは次式に基づいて生成される。ただし、Ｎは信号の長さであり、ＮＦＦＴは次の２のべき乗である。
【数１９】
2020519383.tif 000021
ここでは、Ｓに長さＮのハニング窓が乗算される。続いて、ベクトルは、ゼロパディングによって長さＮＦＦＴに設定される。このベクトルに対し、ＦＦＴが生成され正規化される（図６の（ａ）及び（ｂ）参照。図表（ａ）はトレンド除去信号を示し、図表（ｂ）は対応する周波数スペクトルを示す）。
【００９２】
[0098]周波数スペクトルから心拍数を決定するために、周波数領域が画定され、最も高いピークが決定される（図６の（ｃ）及び（ｄ）参照）。最も高いピークの周波数は、現在の心拍数に対応する（図６の（ｅ）及び（ｆ）参照）。周波数領域（すなわち探索領域）は０．６〜３．０Ｈｚとして画定される。
【００９３】
[0099]支配的な周波数の数を決定するために、スペクトルｓｐがすべての発生ピークｉｄｘについて調べられる（図６の（ｇ）及び（ｈ）参照）。ただしｉｄｘは、スペクトル中のピークの指数
【数２０】
2020519383.tif 000022
に対応する。各ピークが、すべてのピークの合計で除算される。残りのピークを分離するための閾値は次式の通りに決定され、
【数２１】
2020519383.tif 000023
ここで、ｉｄｘＭａｘは最も高いピークの指数に対応する。閾値ｔｈｒよりも大きいすべてのピークが、支配的な周波数の数を決定するときに考慮に入れられる（図６の（ｉ）及び（ｊ）参照。）ＳＱＩｐｅａｋｃｏｕｎｔ＝＃（ｓｐ（ｉｄｘ）＞ｔｈｒ）。次に、総合ＳＱＩが３つのパラメータの判別分析により決定される。例示的なデータセットから決定された例示的ＳＱＩは次式の通りに決定された。
【００９４】
ＳＱＩ＝３．４７７２３８９９８０２８８５×ＳＱＩｃｏｒｒ−０．１２５４２８８１５１５２４８２×ＳＱＩｐｅａｋｃｏｕｎｔ＋０．４０８７８９０８４５８１８７５×ＳＱＩｐｅｒｆｉｎｄｅｘ＋０．９２０６７３０１５３４７９６５
[00100]通常、上記の判別関数に基づいて決定された値は、間隔（０，１）に写像されなければならない。この写像に基づいてインジケータを、信号品質を推定するための視覚ツールとして決定することができる。実現可能な候補には、線形写像、又は個々の領域に別々に注目するｎ次多項式が含まれるが、それだけには限らない。
【００９５】
[00101]処理のそれぞれの実施態様に応じて（たとえば、デバイス及び／又は使用される作動システムに応じて）、個々の判別関数及び／又は写像が提供されなければならないことがあり得ることに留意されたい。さらに、パラメータＳＱＩｐｅａｋｃｏｕｎｔでは、現在の心臓周波数が考慮されていない。
【００９６】
[00102]図７Ａ及び図７Ｂは、ピークカウントを実行することに基づいて信号品質を判定することを示す。上述のように、フーリエ変換が行われ、たとえば図７Ａ及び図７Ｂに示される周波数スペクトルが得られる。各図表は、周波数（水平軸線参照、Ｈｚ）に対するＦＦＴ（垂直軸線参照）として周波数スペクトルを示す。図７Ａは、低品質の元の脈波を示す、得られた周波数スペクトルを示す。図７Ａの図表３００は、得られたグラフ３１０、並びにそれぞれの最小値３１４及び最大値３１２を示す。図７Ａから分かるように、グラフ３１０は、いくつかのピーク、たとえば５Ｈｚ未満の周波数帯域に約８個のピークと、５〜１０Ｈｚの周波数帯域に同様の数のピークとを呈示する。比較的多数のピークは、観察された３つの心臓周期の元の脈波が低品質であったことを示す。
【００９７】
[00103]比較例として、図７Ｂは、高品質の元の脈波を示す、得られた周波数スペクトルを示す。図７Ｂの図表３００はやはり、得られたグラフ３１０、並びにそれぞれの最小値３１４及び最大値３１２を示す。図７Ｂから分かるように、グラフ３１０は、図７Ａと比較して少数のピークを呈示する。図７Ｂの比較例では、グラフ３１０は、５Ｈｚ未満の周波数帯域に約４つだけのピーク、及び５〜１０Ｈｚの周波数帯域に同様の数のピークを呈示する。ピークが比較的少数であることは、観察された３つの心臓周期の元の脈波が高品質であったことを示す。
【００９８】
[00104]本発明を、現在最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものと関連付けて説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるべきではなく、むしろ添付の特許請求の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成物を包含するものであると理解されたい。
【図１】
2020519383.tif 000024
【図１Ａ】
2020519383.tif 000025
【図１Ｂ】
2020519383.tif 000026
【図２】
2020519383.tif 000027
【図３】
2020519383.tif 000028
【図４】
2020519383.tif 000029
【図５】
2020519383.tif 000030
【図６】
2020519383.tif 000031
【図７Ａ】
2020519383.tif 000032
【図７Ｂ】
2020519383.tif 000033
【国際調査報告】
2020519383.tif 000034
2020519383.tif 000035
2020519383.tif 000036
2020519383.tif 000037