(57)【要約】  センサシステム１２において、少なくとも１つのＰＰＧセンサ１４の出力信号を処理して、ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を考慮するように修正された修正済み脈波振幅変動（ＰＡＶ）値を導出する。詳細には、修正済みＰＡＶは、修正ステップ（４２）を行うことを通じて導出され、修正ステップでは、ＰＰＧセンサ出力のベースライン変動が導出され、事前に導出されたＰＡＶと結合されるか、又は、ＰＰＧセンサ出力を最初に処理してベースライン変動補償を行い、その後に、補償された信号からＰＡＶを導出するか、のいずれかである。
2020534912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＰＧセンサと、
前記ＰＰＧセンサからのＰＰＧセンサ出力信号を処理するコントローラであって、
前記ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出すること、
前記ＰＰＧセンサ出力信号から脈波振幅変動値を導出すること、及び
前記ＰＰＧセンサ出力信号の前記ベースライン変動に基づいて前記導出された脈波振幅変動値に修正が実現される、事前又は事後の調整ステップを行うこと、
に基づいて、修正済み脈波振幅変動値を生成するコントローラと、を備え、
上記調整ステップが、
脈波振幅変動値を導出するのに先立って前記ＰＰＧセンサ出力信号にベースライン変動補償を適用することであって、前記ベースライン変動補償が前記導出されたベースライン変動に基づくこと、及び／又は
前記脈波振幅変動値を導出した後に、前記導出されたベースライン変動を前記導出された脈波振幅変動値と結合することにより、前記修正済み脈波振幅変動値を生成すること、
を有する、センサシステム。
【請求項２】
前記ベースライン変動が、前記ＰＰＧセンサ出力信号のパルス最大値の経時的な変動に基づいて導出される、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項３】
前記ＰＰＧセンサが、指ＰＰＧセンサ又は額ＰＰＧセンサである、請求項１又は２に記載のセンサシステム。
【請求項４】
第２のＰＰＧセンサをさらに備え、
前記コントローラが、前記ＰＰＧセンサ及び前記第２のＰＰＧセンサからの出力信号を処理するものであり、
前記コントローラがさらに、
前記第２のＰＰＧセンサ出力信号から脈波振幅変動値を導出することと、前記第２のＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動に基づいて前記第２の導出された脈波振幅変動値に関して前記事前又は事後の調整ステップを行うことにより前記第２の脈波振幅変動値の修正を実現することとに基づいて、第２の修正済み脈波振幅変動値を生成し、
前記ＰＰＧセンサ及び前記第２のＰＰＧセンサについての前記修正済み脈波振幅変動値の結合に基づいて、出力脈波振幅変動信号を導出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項５】
前記ＰＰＧセンサのうち一方が指ＰＰＧセンサであり、他方が額ＰＰＧセンサである、請求項４に記載のセンサシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、前記ＰＰＧセンサ及び前記第２のＰＰＧセンサについての前記修正済み脈波振幅変動値の平均値として、出力脈波振幅変動を導出する、請求項４又は５に記載のセンサシステム。
【請求項７】
前記ベースライン変動補償が高域通過フィルタ処理を行うことを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記ベースライン変動補償が、前記ＰＰＧセンサ又は各ＰＰＧセンサについて、前記ＰＰＧセンサ出力信号又は各ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出し、導出された前記ベースライン変動を補償するように前記ＰＰＧセンサ出力信号又は各ＰＰＧセンサ出力信号を処理することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項９】
前記調整ステップが、ベースライン変動補償を適用することと、前記ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出された前記脈波振幅変動値と結合することと、の両方を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１０】
導出された前記ベースライン変動を導出された前記脈波振幅変動値と結合することが、導出された前記ベースライン変動値と導出された前記脈波振幅変動値との線形結合を行うことを有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
前記コントローラが、脈波振幅変動値の組及びベースライン変動値の組を導出し、さらに、前記ＰＰＧセンサ又は各ＰＰＧセンサについて、前記ＰＰＧセンサ出力信号からの前記脈波振幅変動値及び／又は前記ベースライン変動値にメディアンフィルタを適用する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
修正済み脈波振幅変動を導出する方法であって、前記方法が、
ＰＰＧ信号を測定するステップと、
前記ＰＰＧ信号のベースライン変動を導出するステップと、
前記ＰＰＧ信号から脈波振幅変動値を導出するステップと、
を有し、前記方法が、
前記ＰＰＧ信号の前記ベースライン変動に基づいて前記導出された脈波振幅変動値に修正が実現される事前又は事後の調整ステップを行うステップ、をさらに有し、前記調整ステップが、
前記脈波振幅変動値を導出するのに先立って、導出された前記ベースライン変動に基づいて前記ＰＰＧ信号にベースライン変動補償を適用すること、及び／又は
前記脈波振幅変動値を導出した後に、前記導出されたベースライン変動を前記導出された脈波振幅変動値と結合することにより、前記修正済み脈波振幅変動を生成すること
を有する、方法。
【請求項１３】
第２のＰＰＧ信号を測定するステップと、
前記第２のＰＰＧ信号から第２の脈波振幅変動を導出し、前記第２のＰＰＧ信号の導出されたベースライン変動に基づいて、前記第２の導出された脈波振幅変動に修正が実現される事前又は事後の調整ステップを行うこと
により第２の修正済み脈波振幅変動を生成するステップと、をさらに有し、前記調整ステップが、
前記第２の脈波振幅変動を導出するのに先立って、前記第２のＰＰＧ信号の導出された前記ベースライン変動に基づいて前記第２のＰＰＧ信号にベースライン変動補償を適用すること、及び／又は
前記第２の脈波振幅変動を導出した後に、前記第２のＰＰＧ信号の導出された前記ベースライン変動を前記第２の導出された脈波振幅変動と結合することにより、前記第２の修正済み脈波振幅変動を生成すること、
を有し、前記方法が、
前記ＰＰＧセンサ及び前記第２のＰＰＧセンサについての前記修正済み脈波振幅変動の結合に基づいて、出力脈波振幅変動信号を導出するステップをさらに有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ベースライン変動補償が、前記ＰＰＧ信号又は各ＰＰＧ信号について、前記ＰＰＧ信号又は各ＰＰＧ信号のベースライン変動を導出し、導出された前記ベースライン変動を補償するように前記ＰＰＧ信号又は各ＰＰＧ信号を処理することを含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータ上で実行されたときに、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法を行うコンピュータプログラムコード手段を備えた、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、循環量の査定で使用するためのセンサシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
循環量は、ある任意の時に、循環系内に存在し、身体内の組織を有効に灌流している動脈血の合計量である。最適な循環量ステータスは、手術室（ＯＲ）及び集中治療室（ＩＣＵ）の患者にとって重要である。血液量減少は、血液量が減少した状態であり、組織への不十分な酸素送達につながり得る。血液量過多は、血液中に流体が過負荷になった状態であり、組織の浮腫及び酸素送達の変移を誘発することがある。最適な循環量を提供することを目的とする血行動態の最適化は、術後成果を改善し、手術の費用を低減できることが示されている。
【０００３】
不都合な点として、循環量ステータスは直接査定することができない。量ステータスの間接的な査定として流体反応性が使用されてきた。これは、患者の心拍出量、したがって血行動態が、流体を与えることによって改善され得るかどうかを判定することを目的とする。余分な流体負荷は、合併症を引き起こすことがあり、したがって状況によっては回避しなければならない。流体反応性を評価するために、静的指標及び動的指標が提案されている。
【０００４】
静的指標には、例えば、中心静脈圧（ＣＶＰ）及び左心室拡張末期面積が含まれる。しかし、これらは、流体反応性を査定する性能が低いことが実証されている。
【０００５】
動的指標は、心肺相互作用に依拠するものであり、機械換気を受けている患者に対してより良好な予測子となることが示されている。機械換気は、胸腔内圧（すなわち心筋にかかる外部圧力）の周期的変化を誘発する。胸腔内圧の周期的変化は、心臓の前負荷の周期的変化を誘発することがある（心臓内部の拡張末期血液量）。前負荷の周期的変化は、心臓の一回拍出量の周期的変化を誘発することがあり、それが脈圧の周期的変化として現れる。
【０００６】
胸腔内圧の周期的変化が、結果として一回拍出量の十分に強い周期的変化を生じさせる場合、患者は流体反応性があると予測される。胸腔内圧の周期的変化が、結果として一回拍出量の十分に強い周期的変化を生じさせない場合、患者は流体応答性がないと予測される。
【０００７】
脈圧変動（ＰＰＶ）の測定は、血行動態波形の脈波振幅の周期的変化を定量化するように設計される。ＰＰＶは、元々、動脈血圧（ＡＢＰ）信号に基づいて定義され、
ＰＰＶ（％）＝１００×｛（ＰＰｍａｘ  −  ＰＰｍｉｎ）／（［ＰＰｍａｘ  ＋  ＰＰｍｉｎ］／２）｝
ここでＰＰは脈圧を指す。これは、したがって、実質的に脈圧の変動を平均脈圧で割った尺度である。
【０００８】
陽圧換気中、脈圧は、吸息と共に増大し、呼息と共に低下する。ＰＰＶは、敗血症に関係する急性の循環障害がある機械換気患者、及び冠動脈バイパスグラフト術を受けた患者に有用であることが示されている。一般に、ＰＰＶの適用は、入院の長さを短縮することが証明されている。
【０００９】
ＰＰＶの導出は、しばしばカテーテル挿入を伴い、これは臨床的合併症につながる。よって、光電式容積脈波記録（ＰＰＧ）から導出される脈波振幅変動（ＰＡＶ）が代用として提案されている。これは次のように正確に定義され、
ＰＡＶ（％）＝１００×｛（ＰＡｍａｘ  −  ＰＡｍｉｎ）／（［ＰＡｍａｘ  ＋  ＰＡｍｉｎ］／２）｝
ここで、ＰＡは、ＰＰＧ信号の脈波振幅を指す。
【００１０】
ＰＰＧセンサは、身体のボリューメトリック的変化を測定するための非侵襲的な測定方式を提供する。
【００１１】
まとめると、（ＰＰＧで測定された）ＰＡＶは、ＰＰＶの非侵襲的な代用を提供する。ＰＰＶは、心臓の一回拍出量の周期的変化の指示を提供し、これはひいては、機械換気によって引き起こされる胸腔内圧の周期的変化が心臓の前負荷に影響している度合いを示す。前負荷に対する影響が大きい場合、これは流体反応性を示す。その逆は、低い流体反応性を示す。したがって、ＰＡＶ信号をモニタすることにより流体反応性の非侵襲的な指示が得られることになる。
【００１２】
パルスオキシメータは、ＰＰＧに基づくセンサの一般的な例である。パルスオキシメトリの目的は、患者の血液の酸素飽和度をモニタすることである。そのようなセンサの目的は血液酸素飽和度の尺度を取得することであるが、センサは皮膚中の血液量の変化も検出し、それによりＰＰＧ感知を行う。血液量の変化を検出することにより、脈拍に対応する周期的信号が取得される。よって、脈拍数の尺度を得るために、パルスオキシメータなどのＰＰＧセンサが通例使用される。
【００１３】
ＰＰＧセンサは、ＬＥＤなどの少なくとも１つの光源（又は発光体）と、１つの光センサとを内蔵している。光源（ＬＥＤ）及びセンサは、光源（ＬＥＤ）がユーザの皮膚内に光を送出し、その光が反射又は透過され、センサによって検出されるように配置される。反射又は透過した光の量は、とりわけ、皮膚中の血液の灌流によって判定される。
【００１４】
ＰＰＧシステムは、例えば、赤色光（赤色ＬＥＤ）の光源、近赤外線光源（近赤外線  ＬＥＤ）、及び光検出器ダイオードを含む。センサは通例、患者の皮膚の上に、通例は指（手の指若しくは足の指）又は耳たぶの上に直接、ＬＥＤ及び光検出器ダイオードを備えるように構成される。
【００１５】
患者身体上の他の箇所が適することもあり、それらには、額、鼻若しくは他の顔の部分、手首、胸部、鼻中隔、鼻翼、外耳道、及び／又は頬や舌などの口の内部が含まれる。
【００１６】
光源（ＬＥＤ）は、異なる波長の光を放出し、この光が患者の皮膚の血管床を通って拡散され、光検出器ダイオードによって受け取られる。各波長における変化する吸光度が測定され、それにより、センサが、例えば、静脈血、皮膚、骨、筋肉、及び脂肪を除く、拍動する動脈血だけに起因する吸光度を判定することが可能になる。その結果得られたＰＰＧ信号が次いで分析される。
【００１７】
ＰＰＶとＰＡＶ（ＰＰＧによって測定されたもの）との間の一致は、手術中に継続的に比較したときには不良であることが分かっている。事後処理を使用してＰＰＶとＰＡＶとの間の関係を改善することができるが、これは著しい待ち時間につながる。
【００１８】
ＰＰＧ信号から導出されるＰＡＶは、ＡＢＰ信号から導出されるＰＰＶと比較してより多くの因子の影響を受けやすい。これは、血管運動緊張度のアーチファクト及び他の測定ノイズが存在するためである。さらに、ＰＰＶ推定に使用され得るＰＰＧ信号に含まれている情報が十分に活用されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、待ち時間がより短く、ＰＰＶとＰＡＶとの間の一致及び相関を知られている方法と比べて改善することができる、改善された信号処理方式に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は特許請求の範囲によって定義される。
【００２１】
本発明の第１の態様に係る例は、センサシステムを提供し、このセンサシステムは、ＰＰＧセンサと、ＰＰＧセンサからの出力信号を処理するコントローラであって、
ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出すること、
ＰＰＧセンサ出力信号から脈波振幅変動値を導出すること、及び
ＰＰＧセンサ出力信号の前記ベースライン変動に基づいて導出された脈波振幅変動値に修正が実現される事前又は事後の調整ステップを行うこと、
に基づいて、修正済み脈波振幅変動値を生成するコントローラと、を備え、上記ステップが、
脈波振幅変動値を導出するのに先立って、導出されたベースライン変動に基づいてＰＰＧセンサ出力信号にベースライン変動補償を適用すること、及び／又は
脈波振幅変動値を導出した後に、導出されたベースライン変動値を導出された脈波振幅変動値と結合することにより、修正済み脈波振幅変動値を生成すること、
を有する。
【００２２】
本発明は、測定された脈波振幅変動（ＰＡＶ）と脈圧変動（ＰＰＶ）との間の一致及び相関を改善することにおけるＰＰＧベースライン変動情報の有用性に関する発明者らの洞察に基づく。
【００２３】
詳細には、予想に反して、測定されたＰＰＧ信号のベースライン変動を、ＰＰＧ信号から導出されるＰＡＶ値と（例えば線形に）結合することは、ＰＡＶと、同等のＰＰＶとの間の一致の改善につながることが判明している。
【００２４】
加えて、ＰＡＶを導出するのに先立って、（未処理の）測定されたＰＰＧ信号にベースライン補償を適用することも、ＰＡＶとＰＰＶとの間の一致の改善につながることが判明している。
【００２５】
両方式の組み合わせ、すなわち、ＰＡＶを判定する前にＰＰＧ信号をベースライン補償してから、ＰＰＧ信号のベースライン変動値を導出されたＰＡＶと結合することは、ＰＡＶとＰＰＶとの一致の組み合わされた改善につながる。
【００２６】
よって、本発明の実施形態は、２つの関係する方式の１つに基づく。第１の方式は、脈波振幅変動値を導出するのに先立ってＰＰＧセンサ出力信号にベースライン変動補償を適用し、そして、導出された脈波振幅変動値が、修正済み脈波振幅変動値を提供する（修正済み脈波振幅変動値である）ことを含む。第２の方式は、最初にＰＰＧセンサ出力信号から脈波振幅変動値を導出し、その後、この導出されたベースライン変動値を導出された脈波振幅変動値と結合することにより修正済み脈波振幅変動値を生成することを含む。
【００２７】
ベースライン変動補償は、ＰＰＧセンサ出力信号を、ＰＰＧセンサ信号のベースラインの変動について補償することを意味する。このことは、導出されたベースライン変動に基づいて、ＰＰＧセンサ出力信号をＰＰＧベースラインの変動について補償する、例えば、導出されたベースライン変動を補償するように信号を処理することを意味する。
【００２８】
導出されたベースライン変動を補償することは、導出されたベースライン変動値に基づいてＰＰＧセンサ出力信号の振幅値を調整することを含んでよい。補償することは、ＰＰＧセンサ出力信号を処理して、ＰＰＧセンサ出力信号の少なくとも一部からベースライン変動を除去又は抽出することを含んでよい。
【００２９】
いくつかの例において、ベースライン変動補償は、加えて、信号からベースライン変動をさらにフィルタ処理で取り除くためにＰＰＧセンサ出力信号の高域通過フィルタ処理を行うことを含む。
【００３０】
上記では脈波振幅変動値が参照されたが、これは、脈波振幅変動信号、すなわち経時的な脈波振幅の変動を導出することを含む。
【００３１】
ベースライン変動は、経時的なＰＰＧパルス最大値（すなわちパルスピーク）値の変動に基づいて導出される。パルス最大値（又はパルスピーク）値は、好ましくは、パルスピーク又は最大値の絶対値を意味する。
【００３２】
この定義によって計算されるベースライン変動は、他の方法に比べてはるかに正確であり、ＰＡＶがこのベースライン変動の尺度に従って修正された場合にＰＡＶとＰＰＶとの間のはるかに良好な合致につながることが判明している。この時間領域方式は、例えば、周波数分析からベースライン変動を導出する方式よりも正確である。これについて下記でさらに説明する。
【００３３】
上記の例によると、導出されたベースライン変動が、最大値の変動が計算される時間期間にわたる平均ＰＰＧ脈波振幅で割られる。この結果は、特に、ＰＰＧ信号のベースライン変動の非常に良好な尺度を与えることが判明している。
【００３４】
コントローラは、一般に、例えば連続する時間点に、例えば例においては換気周期ごとに１つ導出される、脈波振幅変動値の組又はベースライン変動値の組を導出するように適合される。したがって、以下の説明のためには、単一の値に関して説明されるステップ又はプロセスは、例えば、値の組、又は値の配列、又は値の組を表す信号に等しく適用可能であると理解される。
【００３５】
値の組の線形結合は、単に、値の組のうちの各値を、加算される組のうちの各対応する値に加算する、すなわち、値の２つの配列又は行列を共に加算する様式で加算することを含む。
【００３６】
疑念を回避するために、「ベースライン（baseline）」とは、信号の中間若しくは中心又は基数レベル若しくは中央値レベル、すなわち、信号がその前後で振動又は拍動するレベルを意味する。「ベースライン」は、当技術分野でよく認識された用語であり、その標準的な意味が本開示の目的に適用されるものとする。
【００３７】
ベースライン変動とは、ＰＰＧ信号のこのベースラインレベルの変化、例えば経時的な変化を意味する。ベースライン変動を補償することは、時間の関数としてのベースライン変動、例えばベースライン変動信号を導出し、これを、例えば導出された脈波振幅変動信号と線形結合することを含む。
【００３８】
例において、ＰＰＧセンサは、指ＰＰＧセンサ又は額ＰＰＧセンサである。これは、センサが指又は額でＰＰＧを測定するためのセンサであることを意味する。
【００３９】
身体の他の部分用のセンサも使用されてよい。指センサは、患者を長期間モニタするためのＰＰＧセンサの最も一般的な形態であり、非常に便利である。一般に、額で導出されるＰＡＶは指で導出されるＰＡＶよりもロバストであると推測される。しかし、額で導出されるＰＡＶは同時にノイズに弱い。
【００４０】
実施形態の少なくとも１つの組によれば、センサシステムは、２つのＰＰＧセンサからの読み取り値を利用する。
【００４１】
詳細には、１つ又は複数の実施形態によれば、システムは、第２のＰＰＧセンサをさらに備え、コントローラが、ＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサからの出力信号を処理するものであり、コントローラがさらに、
第２のＰＰＧセンサ出力信号から脈波振幅変動値を導出することと、第２のＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動に基づいて第２の導出された脈波振幅変動値に関して前記調整ステップを行うことにより第２の脈波振幅変動値の調整を実現することとに基づいて、第２の修正済み脈波振幅変動値を生成し、
ＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサについての修正済み脈波振幅変動値の結合に基づいて、出力脈波振幅変動信号を導出する、
ように適合される。
【００４２】
この実施形態の組によれば、出力脈波振幅変動（ＰＡＶ）は、２つのＰＰＧセンサ各々のＰＰＧ読み取り値から導出されるＰＡＶ値の結合に基づいて導出される。
【００４３】
好ましくは、ＰＰＧセンサは、身体の異なる領域に対応する信号同士を関係付けるように構成される。
【００４４】
有利な例において、ＰＰＧセンサの一方が指ＰＰＧセンサであり、他方が額ＰＰＧセンサである。
【００４５】
上記のように、一般には、額で導出されるＰＡＶは指で導出されるＰＡＶよりもロバストであると理解される。これは、頭部領域で測定される額ＰＰＧは、中心循環に関するより多くの洞察をもたらすことから生じると考えられる。しかし、額ＰＰＧの測定は、ＡＣ／ＤＣ比が低く、そのために、指で導出されるＰＰＧに比べてノイズに弱くなる可能性がある。
【００４６】
しかし、指からのＰＰＧ信号と額からのＰＰＧ信号とを結合することは、出力されるＰＡＶとＰＰＶとの間の一致及び相関の改善につながる。
【００４７】
特定の例において、コントローラは、ＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサについての修正済み脈波振幅変動値の平均値として、出力脈波振幅変動を導出するように適合される。
【００４８】
代替の例において、コントローラは、出力脈波振幅変動を、ＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサについての修正済み脈波振幅変動値の異なる種類の平均として、又は例えばＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサについての値の線形結合として導出するように適合される。
【００４９】
ＰＰＧ信号に適用されるベースライン変動補償は、種々の形態を取ってよい。
【００５０】
１つ又は複数の例によれば、ベースライン変動補償は、高域通過フィルタ処理を行うことを含む。これは、ＰＰＧ信号からベースライン変動の影響を除去するための非常に単純で高速な方式である。しかし、場合によっては、これは、ベースライン変動の影響を補償するのに完全に正確又は完全であるとは言えない。詳細には、ある状況では、ベースライン変動自体が高速な変移を呈することがあり、それにより、やはり高周波数成分を有する。
【００５１】
さらなる例によれば、ベースライン変動補償は、各ＰＰＧセンサについて、各ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出し、導出されたベースライン変動を補償するようにＰＰＧセンサ出力信号を処理することを含む。
【００５２】
補償することは、例えば、ＰＰＧセンサ出力信号の値を調整することを含む。補償することは、ＰＰＧセンサ出力信号の値を調整することを含む。補償することは、ＰＰＧセンサ出力信号を処理して、ＰＰＧセンサ出力信号の少なくとも一部からベースライン変動を除去又は抽出することを含む。
【００５３】
ベースライン変動を導出されたＰＡＶと結合するために、１つ又は複数の例によれば、ＰＰＧセンサ出力信号からベースライン変動値を導出することは、ＰＰＧの経時的なパルス最大値の変動又はパルス平均値の変動を導出することに基づく。
【００５４】
パルス最大値とは、信号のパルスの中でピークにある信号の値を意味する。ベースライン変動を導出するためのこの方式は、時間領域での処理に基づく。知られている従来技術の方式は、周波数領域での処理に基づく。時間領域で動作することにより、複数のパルスのベースラインが必ず一緒に分析される周波数領域ではなく、パルス毎の分析、すなわちパルス毎のレベルでベースラインの変動を調べることに基づいて、ベースライン変動が抽出される。
【００５５】
有利には、パルス最大値の変動を、検討される時間期間にわたる平均脈波振幅で割ることにより、ベースライン変動値の尺度を導出する。
【００５６】
例において、調整ステップは、ベースライン変動補償を適用することと、ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を導出された脈波振幅変動値と結合することと、の両方を有する。上記のように、これらの両方の方式を組み合わせると、導出されるＰＡＶと基礎となるＰＰＶとの間の組み合わせられた一致の改善が達成される。
【００５７】
例において、調整ステップの導出されたベースライン変動値を結合することは、導出されたベースライン変動値と、導出された脈波振幅変動値との線形結合を行うことを有する。線形結合とは、線形和、すなわち、線形結合＝α［導出されたベースライン変動値］＋γ［脈波振幅変動値］を意味し、ここでα及びγは線形係数である。
【００５８】
例において、ベースライン変動の線形係数（すなわちα）は、脈波振幅変動の線形係数（すなわちγ）よりも大きい。この理由は、ＢＶは線形結合されたときにＰＡＶの寄与を増幅するため、ＰＡＶ成分の係数はそれ自体ではＰＡＶの完全な寄与を直接定量化しないためである。この理由から、ＰＡＶ係数はＢＶ線形結合の係数よりも低いことが好ましい。
【００５９】
上記のように、一般に、コントローラは、異なる時間点に関係するＰＡＶ値の組及び／又はＢＶ値の組を導出するように適合され、例えば、各値は換気周期ごとに獲得される。
【００６０】
任意の例によれば、コントローラは、脈波振幅変動値の組及びベースライン変動値の組を導出し、さらに、ＰＰＧセンサ又は各ＰＰＧセンサについて、ＰＰＧセンサ出力信号からの脈波振幅変動値及び／又はベースライン変動値にメディアンフィルタを適用するように適合される。例において、ＰＰＧセンサ信号のベースライン変動が前記調整ステップのためにＰＡＶ信号と結合される実施形態では、ＰＡＶの組とベースライン変動値の組の両方にメディアンフィルタが適用される。
【００６１】
１つ又は複数の例によれば、導出された修正済みＰＡＶ値にメディアンフィルタが適用される。詳細には、調整ステップがＰＰＧセンサ出力信号にベースライン変動補償を適用することを含む場合、コントローラは、それにより導出された修正済みＰＡＶ値にメディアンフィルタを適用するように適合される。
【００６２】
メディアンフィルタの適用は、ベースライン変動信号若しくは値から、及び／又は脈波振幅変動信号若しくは値からノイズを除去するのを支援する。
【００６３】
本発明のさらなる態様に係る例は、修正済み脈波振幅変動を導出する方法を提供し、この方法は、
ＰＰＧ信号を測定するステップと、
ＰＰＧ信号のベースライン変動を導出するステップと、
ＰＰＧ信号から脈波振幅変動を導出するステップと、
を有し、方法が、
ＰＰＧ信号のベースライン変動に基づいて導出された脈波振幅変動に修正が実現される事前又は事後の調整ステップを行うステップ、をさらに有し、調整ステップが、
脈波振幅変動値を導出するのに先立って、導出されたベースライン変動に基づいてＰＰＧ信号にベースライン変動補償を適用すること、及び／又は
脈波振幅変動を導出した後に、導出されたベースライン変動を導出された脈波振幅変動と結合することにより、修正済み脈波振幅変動を生成すること、を有する。
【００６４】
実施形態の少なくとも１つの組によれば、方法は、第２のＰＰＧ信号を測定するステップと、
第２のＰＰＧ信号から第２の脈波振幅変動を導出し、第２のＰＰＧ信号の導出されたベースライン変動に基づいて、第２の導出された脈波振幅変動に修正が実現される事前又は事後の調整ステップを行うこと
により第２の修正済み脈波振幅変動を導出するステップと、をさらに有し、調整ステップが、
第２の脈波振幅変動を導出するのに先立って、導出されたベースライン変動に基づいて第２のＰＰＧ信号にベースライン変動補償を適用すること、及び／又は
脈波振幅変動を導出した後に、第２のＰＰＧ信号の導出されたベースライン変動を第２の導出された脈波振幅変動と結合することにより、第２の修正済み脈波振幅変動を生成すること、
を有し、方法が、
ＰＰＧセンサ及び第２のＰＰＧセンサについての修正済み脈波振幅変動の結合に基づいて、出力脈波振幅変動信号を導出するステップ、をさらに有する。
【００６５】
１つ又は複数の実施形態によれば、ベースライン変動補償は、上記ＰＰＧ信号又は各ＰＰＧ信号について、ＰＰＧ信号のベースライン変動を導出し、導出されたベースライン変動を補償するようにＰＰＧ信号を処理することを含む。
【００６６】
本発明のさらなる態様による例は、コンピュータで実行されたときに、上記に記載される又は本願の任意の請求項に定義される方法のいずれかを行うように適合されたコンピュータプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム製品を提供する。
【００６７】
本発明の実施形態について、単なる例として、図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】１つ又は複数の実施形態に係る例示的システムを示す図である。
【図２】修正済み脈波振幅変動値を導出するために１つ又は複数の実施形態に係るコントローラによって適用される第１の処理方式を示す図である。
【図３】１つ又は複数の実施形態に係るコントローラによって適用される第２の処理方式を示す図である。
【図４】経時的な脈圧変動及びＰＰＧ振幅信号の例示的波形を示す図である。
【図５】標準的な方法と比較した、導出された修正済みＰＡＶ値の結果を例示する図である。
【図６】１つ又は複数の実施形態に係るコントローラによって適用されるさらなる処理方式を例示する図である。
【図７】ＰＰＧセンサ出力信号に適用されるベースライン変動補償を例示する図である。
【図８】１つ又は複数の実施形態に係るコントローラによって適用されるさらなる処理方式を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明は、センサシステムを提供し、このシステムでは、少なくとも１つのＰＰＧセンサの出力信号を処理して、ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を考慮するように修正された修正済み脈波振幅変動（ＰＡＶ）値を導出する。詳細には、修正済みＰＡＶは、修正ステップを行うことを通じて導出され、修正ステップでは、ＰＰＧセンサ出力のベースライン変動が導出され、事前に導出されたＰＡＶと結合されるか、又は、ＰＰＧセンサ出力を最初に処理してベースライン変動補償を行い、その後に、補償された信号からＰＡＶを導出するか、のいずれかである。
【００７０】
どちらの方式も、導出されたＰＡＶ（修正済みＰＡＶ）と、ＰＡＶが多くのシナリオにおいて非侵襲的な代用の役割を果たす脈圧変動（ＰＰＶ）との間の一致及び相関を改善することが示されている。
【００７１】
本発明の１つ又は複数の実施形態に係る例示的センサシステム１２の基本アーキテクチャが、ブロック図の形態で図１に示される。
【００７２】
システム１２は、２つの光電式容積脈波記録（ＰＰＧ）センサ１４ａ、１４ｂと動作可能に結合されたコントローラ１８を備える。
【００７３】
使用時、２つのＰＰＧセンサ１４ａ、１４ｂは、有利には、異なる解剖学的場所でＰＰＧ読み取り値を導出するために身体の異なる部分に適用される。ＰＰＧセンサは、有利な例においては、使用時に患者の指及び額に適用される。例において、２つのセンサは、身体の異なる部分で使用するように設計される。有利には、センサは、指ＰＰＧセンサ１４ａ及び額ＰＰＧセンサ１４ｂである。
【００７４】
システムは、ディスプレイ（図示せず）をさらに備えてよく、コントローラ１８は、修正済みＰＡＶ計算の結果を示すためにディスプレイを制御するように適合される。コントローラは、結果をリアルタイムで示すためにディスプレイを制御するように適合される。
【００７５】
図１の例では２つのＰＰＧセンサが提供されるが、下記で説明されるように、代替の実施形態は１つのみのＰＰＧセンサを備える。
【００７６】
コントローラは、ＰＰＧセンサの出力信号を処理して、各出力信号から修正済み脈波振幅変動（ＰＡＶ）信号を導出するように適合される。ＰＡＶ信号又は値は、信号振幅又は未処理のＰＰＧセンサ出力の電力の現れた変動を判定し、これを単一の数字として表すか、又はその変化を経時的にモニタするかのいずれかにより、ＰＰＧセンサ信号から標準的に導出される。
【００７７】
本発明によれば、ＰＰＧ信号に関するベースライン変動情報を加味するための調整ステップが行われる。ベースライン変調又は変動は、量ステータスに関連づけられてきた。ＰＰＧのベースライン変動は、したがって、事実上、追加的な生理学的情報を含んでいるか又はそれを具現化し、この生理学的情報は、ＰＡＶの尺度を導出する際に適切な形で利用されると、ＰＡＶがその代用となる基礎となる脈圧変動（ＰＰＶ）のより正確な尺度を提供することができる。
【００７８】
発明者らは、ＰＰＧベースライン変動情報は、それが導入される段階に応じて異なる手法でＰＡＶ判定計算に組み込まれるべきであることを見出した。
【００７９】
ベースライン変動情報が、ＰＰＧ信号からＰＡＶ値を最初に導出するのに先立って加味される場合、最良の結果が達成されるのは、ベースライン変動（ＢＶ）情報が「減法的に」組み込まれる、すなわち、未処理のＰＰＧセンサ信号からベースライン変動が抽出されるか若しくはフィルタ処理される場合、又はＰＰＧセンサ信号が、それが示すベースライン変動を補償するようにその他の形で処理される場合である。
【００８０】
ＰＰＧベースライン変動情報がＰＰＧ信号からＰＡＶ値を最初に導出した後に加味される場合、最良の結果が達成されるのは、それが「加法的に」組み込まれる場合、すなわち、ＰＡＶが、導出されたＰＰＧのベースライン変動と結合される場合である。
【００８１】
ＰＡＶとＰＰＶの間の一致又は相関の最大の改善が達成されるのは、両方の方式が共に適用される場合、すなわち、ベースライン変動を補償する又はベースライン変動を除去／フィルタ処理するためにＰＰＧ信号を処理してから、その後、補償又はフィルタ処理の結果を、元の未処理のＰＰＧ信号のベースライン変動と結合して、修正済みＰＡＶを導出する場合である。
【００８２】
２つのセンサが使用される場合、ＰＰＶとの一致をさらに改善するために、例においては、両者から導出される修正済みＰＡＶが平均される。
【００８３】
ＰＰＧベースライン変動情報の「加法的」及び「減法的」な組み込みが処理の異なる段階で適用されると、両方ともＰＡＶのＰＰＶとの一致にとって有益であるという概念は、直感に反するものであり、これまでに当分野で提案又は検討されたことはない。
【００８４】
ここで、ＰＰＧ信号出力を処理するためのこれらの様々な一般的方式について、例示的なシステム実施形態の組においてコントローラによって行われるプロセスステップを例示する図１〜６を参照して詳細に説明する。
【００８５】
参照しやすいように、図２〜６に描かれる処理方式に関係する参照符号の一覧が本開示の最後に提供される。同様の個々のステップは、同様の参照符号によって示される。同様の成果又は結果段階も、それらが到達された特定のプロセスに関係なく、同様の参照符号によって示される。詳細には、修正済みＰＡＶの全インスタンスは、異なる場合には異なる特定のプロセス又はステップの組み合わせによって到達されるにも関わらず、同じ参照符号で示している。
【００８６】
単一のシステムのコントローラが、例においては、概説した方式のうち２つ以上を行うように適合され得ることが留意される。コントローラ１８は、例えば、複数の動作モードを有し、その各々に従って、コントローラは、概説した方式のうち異なる１つを行うように適合される。
【００８７】
図２は、本発明の１つ又は複数の実施形態に係る第１の処理方式を示す。
【００８８】
第１の方式によれば、ＰＰＧセンサ出力信号３０を処理して、ＰＰＧ信号から脈波振幅変動（ＰＡＶ）３２を導出する。ＰＡＶは、ＰＰＧ信号からＰＡＶを導出するための当技術分野で知られる標準的な手順を使用して導出される。
【００８９】
ＰＰＧセンサ出力信号３０は、ＰＰＧセンサ信号のベースライン変動（ＢＶ）３６を導出するためにも処理される。
【００９０】
ベースライン変動は、周波数領域分析を使用してＰＰＧセンサ出力信号から導出することができる。詳細には、換気頻度におけるパワーと、心拍頻度におけるパワーとの比を判定することにより、ＰＰＧ信号のベースライン変調を導出することが知られている（Ｓｈｅｌｌｅｙ  ＫＨ，  Ｊａｂｌｏｎｋａ  ＤＨ，  Ａｗａｄ  Ａ  ａ．，  Ｓｔｏｕｔ  ＲＧ，  Ｒｅｚｋａｎｎａ  Ｈ，  Ｓｉｌｖｅｒｍａｎ  ＤＧ．  Ｗｈａｔ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｂｅｓｔ  ｓｉｔｅ  ｆｏｒ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｐｕｌｓｅ  ｏｘｉｍｅｔｅｒ  ｗａｖｅｆｏｒｍ？  Ａｎｅｓｔｈ  Ａｎａｌｇ．２００６；１０３（２）：３７２-３７７）。
【００９１】
しかし、この尺度は不正確なことがある。詳細には、生理学的信号は、手術中に非定常的であることが多く、周波数分析を行うために使用されるフーリエ変換の仮定の１つの違反を引き起こす。
【００９２】
これに対処するために、本発明の発明者らは、本発明の好ましい実施形態に従い、「ベースライン変動」（ＢＶ）と名付けるベースライン変調の別の尺度を利用することを提案する。このベースライン変動の尺度は、周波数領域の代わりに時間領域で導出され、周波数に基づく分析が使用される場合に生じる想定誤差を回避する。この方式は当技術分野では知られていない。
【００９３】
詳細には、ベースライン変動は、経時的なＰＰＧパルス最大値（又はパルスピーク値）の変動の判定に基づいて導出される。このようにして計算されるベースライン変動は、ベースライン変動のはるかに正確な尺度を提供し、修正済みＰＡＶとＰＰＶとの間の改善された合致につながることが分かっている。
【００９４】
導出された変動を、最大の変動が計算される時間期間にわたる平均脈波振幅で割る。この結果は、特に、ＰＰＧ信号のベースライン変動の非常に良好な尺度を与えることが分かっている。
【００９５】
導出されたＰＡＶ３２及び導出されたＢＶ３６は両方とも、ノイズを除去するために個別にメディアンフィルタ３８で処理される。特定の有利な例では、フィルタの長さは３〜７の間の値に設定される。３〜７の間の値は、フィルタによって課される待ち時間と、フィルタの有益な平滑化効果との間の有利なトレードオフを表す。長すぎるフィルタは、フィルタによって課される許容できない処理の遅延につながる。このトレードオフに関してフィルタ長さに特に有利な値は５である。
【００９６】
上記で与えられた範囲の外側にある他の長さが使用されてもよい。メディアンフィルタを適用するステップは任意選択であり、省略されてよい。
【００９７】
メディアンフィルタ３８の適用に続いて、ＰＡＶ測定にＢＶ情報が導入される、又は組み込まれる調整ステップ４２が行われる。
【００９８】
図２の第１の例示的方式では、ＰＡＶ３２とＢＶ３６とが結合される。詳細には、２つの値又は信号は、加法的に結合される。好ましい例では、線形結合４６が２つの信号について行われる。この線形結合は、それにより、ベースライン変動情報を取り込む修正済み脈波振幅変動４８（図２ではＰＡＶ’と表記する）を導出する。
【００９９】
線形結合とは、ＰＡＶ及びＢＶの線形倍数を共に加算して修正済みＰＡＶを導出することを意味し、すなわち、
修正済みＰＡＶ＝線形結合＝α［ＰＡＶ］＋γ［ＢＶ］
であり、ここでα及びγは線形係数である。
【０１００】
有利な例では、ＰＡＶ及びＢＶの係数は、指ＰＰＧが使用される場合、それぞれ０．５０〜０．６０の間及び０．９０〜１．００の間である。額ＰＰＧが使用される場合、ＰＡＶ及びＢＶの係数は、有利な例において、それぞれ０．２０〜０．３０の間及び５．００〜５．２０の間である。より具体的な例では、指ＰＰＧの場合、ＰＡＶ及びＢＶの係数は、それぞれ０．５３及び０．９４であり、額ＰＰＧの場合は、それぞれ０．２２及び５．１０である。
【０１０１】
これらの値は、線形結合で線形係数として使用されるときにＰＡＶとＰＰＶとの間の一致を改善するという意味で特に有益な結果を達成する値として、発明者らによって経験的に導出されたものである。
【０１０２】
上記のように、ベースライン変動は、量ステータスに関連することが知られている。ＰＡＶとＢＶの線形結合を取ることにより、量ステータスに関する追加的な情報が標準的なＰＡＶ測定に融合される。同時に、ＰＡＶからのノイズが、追加的なパラメータの導入によって抑制される。
【０１０３】
図２の方式を、指及び額で導出されたＰＡＶの各々について試験して、ＰＰＶ（ＰＡＶがその代わりの尺度を提供する）との一致の度合い、及び標準的なＰＡＶ測定と比較した改善を判定した。その結果が以下の表１及び表２に提示される。表１は、標準的に導出されたＰＡＶとＰＰＶとの間の一致の様々な尺度の一覧であり、表２は、上記で概説され、図２に表される線形結合方式を使用して導出された、新しい修正済みＰＡＶについての対応する結果を示す。
【０１０４】
【表１】
2020534912.tif 000003
【０１０５】
【表２】
2020534912.tif 000004
【０１０６】
表１及び表２の各々の１番目の行は、導出された脈波振幅変動（ＰＡＶ）（又は修正済みＰＡＶ）とそれに対応する脈圧変動との間の差の平均値及び標準偏差を示すことが留意される。示される百分率（の係数）が小さいほど、導出された各ＰＡＶ測定とそれに対応する各ＰＰＶ測定との間の平均の対応の度合いが大きくなる。
【０１０７】
指ＰＰＧセンサ及び額ＰＰＧセンサの両方で、修正済みＰＡＶについて、ＰＡＶ値とそれに対応するＰＰＶ値との間の平均差の著しい減少が達成されることが見て取れる。また、両方の場合とも、導出されたＰＡＶとＰＰＶ（修正済みＰＰＶの場合）との間の合致率の明らかな増大がある。合致率とは、ＰＡＶとＰＰＶとの間の動向関係の尺度、すなわちどれほど密接にＰＡＶがＰＰＶの動向に追従することができるかということを意味する。相関係数とは、ピアソン相関係数を意味する。
【０１０８】
図３は、修正済み脈波振幅変動（ＰＡＶ）を導出するために本発明の例において実施される第２の処理方式を示す。
【０１０９】
この第２の方式は、身体の異なる部分に置かれた２つの異なるＰＰＧセンサから導出されるＰＰＧセンサ出力信号から取得された結果を結合することに基づく。これは結果を改善することが判明している。
【０１１０】
詳細には、図３の方式は、図２に示され、上記で説明された第１の処理方式（ベースライン変動３６と脈波振幅変動３２を線形結合して修正済みＰＡＶ４８（ＰＡＶ’と表記する）を導出することを含む）を、２つのＰＰＧセンサ各々の出力信号３０ａ、３０ｂに対して行い、次いで２つの導出された修正済みＰＡＶ結果の平均値５０を導出することを含む。そして、この平均値が最終的な出力ＰＡＶを提供する。
【０１１１】
この場合、第１のＰＰＧセンサ信号３０ａ及び第２のＰＰＧセンサ信号３０ｂの各々に線形結合４６を導出するステップと、次いで、その結果得られた修正済みＰＡＶ値４８の平均値を導出するステップとは、処理方式の調整ステップ４２を構成する。
【０１１２】
特に有利な例において、２つのＰＰＧセンサ信号は、それぞれ指ＰＰＧセンサ及び額ＰＰＧセンサからの信号である。当分野においては、額で導出されるＰＡＶ値の方が、同等の指で導出されるＰＡＶよりもロバストであり、信頼性が高いと一般に理解される。
【０１１３】
この理解は、頭部領域で測定される額ＰＰＧは、中心循環のより良好な尺度を提供すると理解されることに由来する。しかし、額ＰＰＧ測定は、通例、低いＡＣ／ＤＣ比を経験し、そのためノイズに弱い。
【０１１４】
しかし、指で導出されるＰＰＧと額で導出されるＰＰＧとの結合は、単独で適用された場合の図２の処理よりもさらに、ＰＡＶとＰＰＶとの間の一致及び相関を改善することが判明している。よって、有利な例における図３の方式は、図２の処理方法を指ＰＰＧ及び額ＰＰＧの各々から導出されるＰＰＧ信号に適用し、その後、それぞれ導出された結果の平均値を取ることを含む。
【０１１５】
この方式を、指及び額で導出されたＰＡＶ、及びＰＰＶ（ＰＡＶがその代わりの尺度となる）との一致の度合いについて試験した。その結果が表３に提示される。これらを上記の表１及び２の結果と比較する。
【０１１６】
【表３】
2020534912.tif 000005
【０１１７】
修正済みＰＡＶ値と同等なＰＰＶ値との間の平均差（の係数）は、平均値が指及び値から導出された値から取られる場合には、指についてのＰＰＧだけが考慮される場合（表２を参照）よりもわずかに低いことが見て取れる。
【０１１８】
さらに、平均を取ることにより、別個に考慮される指ＰＡＶ及び額ＰＡＶに対して達成される値と比べて、相関係数が大幅に改善され、また合致率も改善される。
【０１１９】
表１〜３に提示される結果を、図４及び図５にグラフで例示する。
【０１２０】
図４は、（ａ）には（侵襲的）動脈血圧（ＡＢＰ）信号について、（ｂ）には指ＰＰＧセンサのＰＰＧ信号について、そして（ｃ）には額ＰＰＧセンサのＰＰＧ信号について、サンプル波形を説明のために示す。
【０１２１】
波形（ａ）は、圧力（ｙ軸；ｍｍＨｇ、すなわち１３３．３２２パスカル）対時間（ｘ軸；秒）の形態で、ＡＢＰを示す。波形（ｂ）は、ＰＰＧセンサ信号（ｙ軸；ｎＡ／ｍＡ）対時間（ｘ軸；秒）の形態で、指センサについてのＰＰＧセンサ出力信号を示す。波形（c）は、センサ信号（ｙ軸；ｎＡ／ｍＡ）対時間（ｘ軸；秒）の形態で、額センサについてのＰＰＧセンサ出力信号を示す。
【０１２２】
単位ｎＡ／ｍＡは、ＰＰＧセンサ信号を表すために使用される一般的な単位である。これは、ＰＰＧセンサのフォトダイオード（センサ）内の光電流（単位：ナノアンペア）をＬＥＤ電流（単位：ミリアンペア）で割った値を表す。
【０１２３】
上述のように、ＰＰＧセンサは、少なくとも１つのＬＥＤ、及び１つの光センサを内蔵している。ＬＥＤ及びセンサは、ＬＥＤがユーザの皮膚内に光を送出し、その光が反射又は透過し、センサによって検出されるように配置される。反射／透過光の量は、とりわけ、皮膚の中の血液の灌流によって決定される。
【０１２４】
したがって、ｎＡ／ｍＡは、ｎＡを単位とする光センサ（フォトダイオード）内の電流を、ｍＡを単位とするＬＥＤ内の電流で割った値を表す。
【０１２５】
経時的なＰＰＧ信号（ｂ）及び（ｃ）の振幅の変動（すなわち、ＰＰＧ信号（ｂ）及び（ｃ）中のパルスの振幅の変動）は、脈波振幅変動（ＰＡＶ）を与える。
【０１２６】
表２及び表３に提示される結果を、図５にグラフ形態で例示する。ｙ軸は、結果の各々についての信号値を表す。ｘ軸は、時間を秒単位で表す。
【０１２７】
詳細には、線６０は、（侵襲的な）動脈血圧（ＡＢＰ）で測定されたＰＰＶの結果を示す。線６２は、額ＰＰＧセンサ出力から導出された標準的なＰＡＶの結果を示す。線６４は、指ＰＰＧセンサ出力から導出された標準的なＰＡＶの結果を示す。線６６は、図２の方法を使用して導出された、指ＰＰＧから導出された修正済みＰＡＶを示す。線６８は、図２の方法を使用して導出された、額ＰＰＧから導出された修正済みＰＡＶを示す。線７０は、図３の方法を使用して導出された修正済みＰＡＶを示し、ここでは、指ＰＰＧセンサ出力及び額ＰＰＧセンサ出力の各々から導出された修正済みＰＡＶ値を平均して（平均値を取って）最終的な修正済みＰＡＶ出力を導出している。
【０１２８】
したがって、すべての信号結果が共通の組の軸上に一緒に提示され、ｙ軸は所与の時間における各信号の値を表し、ｘ軸は時間を表している。
【０１２９】
図５に示される結果は、表１の結果を例示している。詳細には、ＰＰＶ信号６０と比較して、標準的な額で導出されたＰＡＶ６２の差が大きいことが見て取れる。標準的な指で導出されたＰＡＶ６４とＰＰＶ信号６０との間の差も、比較的大きい。
【０１３０】
対照的に、ＰＰＶ信号と、指ＰＰＧ６６から導出された修正済みＰＡＶ、額ＰＰＧ６８から導出された修正済みＰＡＶ、並びに信号６６及び６８の平均値からなる修正済みＰＡＶ７０の各々との間の一致が非常に近いことが見て取れる。
【０１３１】
図６は、修正済みＰＡＶを導出するための第３の処理方式を示す。この第３の方式は、ＰＡＶ値の判定の前にＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動を考慮に入れることに基づく。これは、強いベースライン変動の存在は、ＰＡＶの初期演算の精度に影響し得るという発明者らによる知見に基づいている。ＰＰＧベースライン変動を導出されたＰＡＶと結合するとＡＢＰ  ＰＰＶとの一致が改善するが、ＰＡＶを判定する際のＢＶの初期の影響を軽減することはできない。
【０１３２】
したがって、第３の方式によれば、ＰＰＧセンサ出力３０を最初に処理してベースライン変動補償５２を適用し、その後ＰＡＶが導出される。
【０１３３】
例の１つの組によれば、補償すること５２は、ＰＰＧセンサ出力３０に高域通過フィルタを適用することによってＰＰＧセンサ出力からベースライン変動を抽出することを含む。高域通過フィルタは、比較的高速に変動するＰＰＧ信号部分を保持し、一方で、比較的低速に変動するベースライン変動部分を除去するように働く。これは、したがって、ＰＡＶを演算する前にＰＰＧセンサ出力中のベースライン変動を抑制する。
【０１３４】
高域通過フィルタ５２の適用後、次いで、フィルタ処理後のＰＰＧからＰＡＶが導出され、ＰＡＶは修正済みＰＡＶ４８（ＰＡＶ’と表記する）であり、ＰＰＧセンサ信号からのベースライン変動の事前抽出の結果として修正されている。
【０１３５】
任意選択で、そのようにして導出された修正済みＰＡＶ４８が次いで、ノイズを除去するためにメディアンフィルタ３８で処理される。
【０１３６】
特定の有利な例において、高域通過フィルタ処理のカットオフ周波数は、０．４Ｈｚに設定される。ＰＰＧ信号中のベースライン変動は、通例、この周波数を下回ることが予想される。
【０１３７】
この処理方式によれば、導出されたＰＡＶにベースライン変動情報が導入される調整ステップ４２は、ＰＡＶの計算に先立って行われるベースライン変動補償ステップ５２のみを含む。
【０１３８】
さらなる例の組によれば、ベースライン変動補償５２は、ベースライン変動を補償するようにＰＰＧセンサ信号パルスを調整するために時間領域においてＰＰＧセンサ出力信号のパルスを処理することを含む。
【０１３９】
この補償方式が図７に例示され、同図は例示的ＰＰＧセンサ出力信号の一部分を示している。線７６、８０は、補償前の２つの点におけるＰＰＧ信号振幅を示し、線７８、８２は、補償後の同じそれぞれのＰＰＧ信号振幅を示している。傾斜線８６、８０は、連続したピーク間の信号ＰＰＧのベースラインの勾配を表している。ベースラインのこの変動は、適用される補償が全くない場合には振幅の判定の誤差につながることが見て取れる。補償された脈波振幅７８、８２は、詳細にはＰＰＧセンサ信号を修正することにより、ベースラインの変動を考慮に入れる。
【０１４０】
パルス補償方式は、より詳細には以下のステップを含む。はじめに、ＰＰＧ信号中のピークが特定される。次いで、各パルス区間（ここで、１パルス区間は２つの連続するピークの間にあるＰＰＧ信号の部分）を、各パルス区間の第２のピークがそのパルス区間の第１のピークと同じ高さ（レベル）にシフトされるように変換し、一方で、それに応じて中間信号を線形変換する、例えば、中間信号が１つ前の信号と同じ概略形状又は動向に従うが、その信号のベースラインが平坦になるように、すなわち中間信号部分がシフトされた高さの第２のピークにつながるように調整されるように、中間信号を変換することにより、ＰＰＧ信号が補償される。
【０１４１】
これに続いて、補償された信号がすべて全く同じ高さ（レベル）に各自のピークを有するように、すべての後続のパルス区間が同じ高さ（レベル）にされ、中間信号がそれに応じて変換される。それらのピークが調整される最終的なレベルは、この高さがそれ自体では最終的な導出されるＰＡＶ信号（実際の信号レベルとは無関係に、振幅の変動のみに基づく）に直接は影響しないため、任意に選定することができる。
【０１４２】
この補償方式は、より正確な最終的な導出ＰＡＶにつながる。この理由は、ＰＰＧ信号中のベースライン変動が、導出されるＰＡＶを非線形の手法で著しく増幅させるためであり、すなわち、導出されるＰＡＶに対する増幅効果は、単なるＢＶの比例的な増大よりも大きい。この理由により、補正されていないＰＡＶと真のＰＰＶとの間に、補正が容易に行われ得る単純な線形関係はない。上記で提示した方法は、この問題を数値的に安定した手法で解決する。
【０１４３】
第４の処理方式によれば、図６の方式が２つのＰＰＧセンサのＰＰＧセンサ出力信号に別々に適用される。好ましくは、それらは、身体の異なる部分に取り付けられるセンサである。好ましくは、２つのセンサは、指ＰＰＧセンサ及び額ＰＰＧセンサである。
【０１４４】
図６の処理は、各々の信号出力に適用され、次いで各々の修正済みＰＡＶ４８結果を平均して（平均値を取って）最終的な修正済みＰＡＶ結果を導出する。図３の方式の場合と同様に、指及び額で導出されたＰＡＶの修正済みＰＡＶ結果の平均値を取ることにより、同等のＰＰＶ信号との最終的な結果の一致が改善される。任意選択で、図６のように、平均値が取られる前に、２つのＰＰＧセンサ出力の各々から取得される修正済みＰＡＶ結果４８にメディアンフィルタ３８が適用されてよい。
【０１４５】
図８は、第５の処理方式を例示する。この方式によれば、図２の方式と図６の方式が組み合わされ、そのため、ベースライン変動情報の加法的な組み込みと減法的な組み込みの両方が適用される。
【０１４６】
詳細には、図６のように、ベースライン変動補償５２を適用するためにＰＰＧセンサ出力信号３０が処理される。ベースライン変動補償は、例においては、図７に例示されるように、高域通過フィルタの適用又はパルス補償の適用を含む。
【０１４７】
次いで、第１の修正済みＰＡＶ４８ａ（ＰＡＶ’と表記する）が、事前処理されたＰＰＧ信号から導出される。
【０１４８】
別途、図２の方法に関して上述した様式で、未処理の（補償されていない）ＰＰＧセンサ出力信号３０を処理して、ＰＰＧ信号のベースライン変動（ＢＶ）３６を導出する。
【０１４９】
任意選択で、ノイズを低減するために、ＢＶ３６及び第１の修正済みＰＡＶ４８ａの両方がメディアンフィルタ３８で処理される。
【０１５０】
次いで、（メディアンフィルタ処理３８された）第１の修正済みＰＡＶ４８ａとＢＶ３６とを線形結合して４６、最終的な修正済みＰＡＶ４８ｂを導出する。
【０１５１】
この方式は、ＰＰＧ信号に含まれているベースライン変動情報を最大限に活用し、修正済みＰＡＶ判定へのＢＶ情報の加法的な組み込み及び減法的な組み込みの両方から導出可能な改善を利用する。
【０１５２】
この方式によれば、調整ステップは、未処理のＰＰＧセンサ出力信号３０にベースライン補償５２が適用される第１の部分４２ａ、及び、ＰＰＧベースライン変動３６と第１の修正済みＰＡＶ４８ａとの線形結合４６が行われる第２の部分４２ｂ、の２つの部分を含むと理解される。
【０１５３】
最後の例示的処理方式によれば、図８の方式が、２つのＰＰＧセンサ各々の出力信号から導出された信号に別々に適用され、好ましくは、２つのＰＰＧセンサは、指ＰＰＧセンサ及び額ＰＰＧセンサである。次いで、ＰＰＧセンサ各々についての最終的な修正済みＰＡＶ信号４８ｂを、平均値の形態で結合して、２つの平均である出力脈波振幅変動値を導出する。身体の２つの部分から、最も有利には指及び額から、導出された信号の平均を取ることは、同等のＰＰＶ読み取り値と比較して、最終的な導出される出力ＰＡＶの一致を改善することが示されている。
【０１５４】
上述したように、本発明に係る例示的センサシステムは、流体反応性を介して循環量ステータスを判定又はモニタ又は査定する際に特に有益である。改善されたＰＡＶは、ＰＰＶの信頼できる代用を提供し、これはひいては流体反応性の間接的な指示を提供する。流体反応性は、循環量ステータスの間接的な指示を与える。
【０１５５】
しかし、このシステムは、ＰＰＶの非侵襲的推定が必要とされるどのようなシナリオにおいても有用である。
【０１５６】
上述したように、実施形態はコントローラを利用する。コントローラは、必要とされる様々な機能を行うように、ソフトウェア及び／又はハードウェアを用いて多数の手法で実施され得る。コントローラは、必要とされる様々な機能を行うようにソフトウェア（例えばマイクロコード）を使用してプログラムされる１つ又は複数のマイクロコントローラを用いるコントローラの一例である。しかし、コントローラは、コントローラを用いて、又は用いずに実施されてよく、また、一部の機能を行うための専用ハードウェアと、他の機能を行うためのコントローラ（例えば１つ又は複数のプログラムされたマイクロコントローラ及びそれに関連する回路）との組み合わせとして実施されてもよい。
【０１５７】
本開示の様々な実施形態で用いられるコントローラコンポーネントの例には、これらに限定されないが、従来のマイクロコントローラ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、及びフィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が含まれる。
【０１５８】
様々な実装形態において、１つ又は複数のコントローラが、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、及びＥＥＰＲＯＭ（登録商標）等の揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリなどの１つ又は複数の記憶媒体に関連付けられる。記憶媒体には、１つ又は複数のコントローラ及び／又はコントローラ上で実行されたときに必要とされる機能を行う１つ又は複数のプログラムが符号化される。様々な記憶媒体が、コントローラ若しくはコントローラの内部に固定されるか、又はその上に記憶された１つ又は複数のプログラムをコントローラ若しくは複数のコントローラにロードできるように移送可能である。
【０１５９】
本発明について、図面及び前述の説明において詳細に例示し、説明したが、そのような例示及び説明は、説明を目的とする又は例示的なものであり、制限的なものではないとみなすべきであり、本発明は、開示される実施形態に制限されない。
【０１６０】
図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の考察から、特許請求される本発明を実施する際に、開示される実施形態の他の変形例を当業者によって理解し、実施することができる。特許請求の範囲において、単語「有する、備える」は他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数形を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、特許請求の範囲に記載されるいくつかの項目の機能を実現することができる。ある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、それらの手段の組み合わせを有利に使用できないことを意味するものではない。特許請求の範囲内に参照符号がある場合、範囲を制限するものとは解釈すべきでない。
【０１６１】
図２〜図６に関する参照符号の一覧
３０  ＰＰＧセンサ出力信号
３２  標準的な脈波振幅変動
３６  ＰＰＧセンサ出力信号のベースライン変動
３８  メディアンフィルタ
４２  調整ステップ
４６  線形結合
４８  修正済み脈波振幅変動（ＰＡＶ’と表記する）
５２  高域通過フィルタ
【図１】
2020534912.tif 000006
【図２】
2020534912.tif 000007
【図３】
2020534912.tif 000008
【図４】
2020534912.tif 000009
【図５】
2020534912.tif 000010
【図６】
2020534912.tif 000011
【図７】
2020534912.tif 000012
【図８】
2020534912.tif 000013
【国際調査報告】
2020534912.tif 000014
2020534912.tif 000015
2020534912.tif 000016