JP2017519509A - 動物バイタルサイン検出システム - Google Patents

Abstract

少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）センサ（１００）を有する動物バイタルサイン検出システムが提供される。ＰＰＧセンサ（１００）は、少なくとも１つの光源（１１０）と、少なくとも１つの光センサ（１２０）と、光源（１１０）から動物（１０００）の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導く、及び皮膚から上記少なくとも１つの光センサ（１２０）まで動物（１０００）の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの光ガイドユニット（１３０）とを有する。光源（１１０）及び光センサ（１２０）に結合された光ガイドを設けることにより、動物（１０００）の毛髪、毛皮又は生皮の上であっても、光を皮膚に導くこと及び動物（１０００）の皮膚から光を検出することが依然として効果的に可能でありながら、ＰＰＧセンサ（１００）を配置することができる。光ガイドの長さと直径との間の比は、＞４である。

Description

本発明は、動物バイタルサイン検出システム、及び動物のバイタルサインを検出する方法に関する。

ユーザ又は動物の心拍数を、フォトプレチスモグラフィ（photoplethysmography；ＰＰＧ）センサによってのように、光学センサによってモニタできることがよく知られている。これらのセンサは、人間又は動物の組織内の血液量の変動を測定して、人間又は動物の心拍のパルス信号を決定することができる。

特許文献１（ＵＳ２００３／０１６６９９６Ａ）は、動物の生物学的状態をそれらの生体信号を収集及び解析することによって測定する方法及び装置を開示している。それらの生体信号はフォトプレチスモグラムとし得る。

特許文献２（ＷＯ９１／１５１５１Ａ）は、周産期のパルスオキシメータプローブを開示している。そのプローブは光源及び光検出器を有する。さらに、そのプローブは、光源又は光検出器を覆う光透過性のバンプ群を有する。

特許文献３（ＷＯ９６／４１５６６Ａ）は、光学的血液オキシメトリ用のセンサを開示している。そのセンサは、相異なる波長の光を放つ互いの近傍に位置付けられた２つの光エミッタと、光検出器とを有する。そのセンサは更に、光ファイバの束で構成された光エミッタ端子を有する。

特許文献４（ＵＳ２０１２／０００４５１７Ａ）は、動物研究用のパルスオキシメータシステムを開示している。そのオキシメータは光源及び受光器を有する。そのオキシメータは、ラットの尾に配置される。

特許文献５（ＷＯ２００４／０７５７４６Ａ）は、パルスオキシメトリ信号を取得するための生理的パラメータを測定する方法を開示している。

特許文献６（ＷＯ２００８／０５８３２８Ａ）は、睡眠呼吸障害における呼吸パラメータの非侵襲モニタリング用のシステムを開示している。

米国特許出願公開第２００３／０１６６９９６号明細書 国際公開第９１／１５１５１号パンフレット 国際公開第９６／４１５６６号パンフレット 米国特許出願公開第２０１２／０００４５１７号明細書 国際公開第２００４／０７５７４６号パンフレット 国際公開第２００８／０５８３２８号パンフレット

本発明の１つの目的は、毛髪、毛皮又は生皮の存在下であってもいっそう信頼できて効率の良い手法で動物のバイタルサインを検出することができる動物バイタルサイン検出システム及び対応する方法を提供することである。

本発明の一態様において、少なくとも１つのＰＰＧセンサを有する動物バイタルサイン検出システムが提供され、ＰＰＧセンサは、ハウジングと、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、ハウジングから突出した少なくとも１つの光ガイドユニットとを有し、光ガイドユニットは、光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導く、及び皮膚から上記少なくとも１つの光センサまで動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応される。光源及び光センサに結合された光ガイドを設けることにより、動物の毛髪、毛皮又は生皮の上であっても、光を皮膚に導くこと及び動物の皮膚から光を検出することが依然として効果的に可能でありながら、ＰＰＧセンサを配置することができる。光ガイドユニットは、第１端部及び第２端部を有し且つ光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第２の光ガイドと、第１端部及び第２端部を有し且つ皮膚から上記少なくとも１つの光センサまで動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第１の光ガイドとを有する。光ガイドは、長さ及び直径を有し、該長さと該直径との間の比が、＞４である。従って、光源から皮膚までの光と、皮膚からセンサまでの光とのために、別々の光ガイドが設けられる。上記の比（長さ−直径）により、光ガイドは、動物の毛髪、毛皮又は生皮に効果的に貫入して、動物の皮膚と接触して置かれることができる。

本発明の更なる一態様によれば、第１の光ガイドは、第１の光ガイドの第１端部又は第２端部（すなわち、入口又は出口の表面／領域）で共通に結合された複数の第１の光ガイドアームを有する。第２の光ガイドは、第２の光ガイドの第１端部又は第２端部で共通に結合された複数の第２の光ガイドアームを有し得る。複数の光ガイドアームを設けることにより、それに向けて光が投射される皮膚の面積、又はそこから光が検出される皮膚の面積を増大させることができ、故に、検出の信頼性が高められる。

本発明の更なる一態様によれば、第１及び第２の光ガイドの第１端部の断面積又は直径は、第１及び第２の光ガイドの第２端部の断面積又は直径よりも小さい。換言すれば、光源又は光センサの方に向かって断面積が増大し、それにより、全ての光が皮膚又は光センサの上に導かれる。

本発明の更なる一態様によれば、ＰＰＧセンサは、透過モード又は反射モードで動作されることができる。透過モードにおいて、上記少なくとも１つの光源は、８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間の波長の光を放射し得る。反射モードにおいて、上記少なくとも１つの光源は、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長の光を放射し得る。

本発明の更なる一態様によれば、透過モードにおいて、上記少なくとも１つの光源は、６６０ｎｍ及び９０５ｎｍの波長の光を放射し得る。

本発明の更なる一態様によれば、動物バイタルサイン検出システムは更に、上記少なくとも１つのＰＰＧセンサの出力を処理するように適応されたプロセッシングユニットを有する。該プロセッシングユニットは更に、ＰＰＧセンサの出力に基づいて動物の心肺不全を検出するように適応された心肺不全検出ユニットを有する。故に、動物の心配動作を効果的にモニタすることができる。

本発明の更なる一態様によれば、プロセッシングユニットは、ＰＰＧセンサの出力に基づいて心拍数を検出し、検出された心拍数を閾値と比較し、且つ検出された心拍数が閾値を超えている場合に警報を出力する、ように適応された心拍数検出ユニットを有する。心拍数検出ユニットにより、動物バイタルサイン検出システムは、爆発物、薬物、血液などのような特定の物質を探知することができる探知動物とともに使用され得る。探知動物がこれらの物質のうちの何れかのものを探知した場合、その心拍数が上昇することになり、上昇した心拍数が、動物バイタルサイン検出システムによって検出されて、警報が出力される。

本発明はまた、動物のバイタルサインを検出するための、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの光センサとを有する少なくとも１つのＰＰＧセンサの使用に関する。上記少なくとも１つのＰＰＧセンサが、鼻、耳、尾、頭部若しくは頸部、大腿骨若しくは脚、及び蹄のうちの少なくとも１つを含んだ、動物上の少なくとも１つの位置に配置される。これらの位置では皮膚のすぐ下に大動脈が位置するか、又は皮膚がこれらの位置で薄く且つ血管を含むかの何れかであって、それによりＰＰＧセンサが心拍数を検出することができるので、好ましくは、ＰＰＧセンサはこれらの位置に配置される。好ましくは、ウマの顔に血液を供給している顎動脈にＰＰＧセンサが配置され得る。また、ＰＰＧセンサは、橈骨動脈の領域に取り付けられ得る。さらに、センサは指動脈の領域に配置され得る。

ＰＰＧセンサにとって特に有利な１つの位置は、例えばウマの、尾の上部内側部分である。

本発明はまた、動物のバイタルサインを検出するための、少なくとも１つの光源と少なくとも１つの光センサとを有する少なくとも１つのＰＰＧセンサの使用に関する。該少なくとも１つのＰＰＧセンサは、透過モード又は反射モードで動作可能である。透過モードにおいて、上記少なくとも１つの光源は、８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間の波長の光を放射する。反射モードにおいて、上記少なくとも１つの光源は、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長の光を放射する。

本発明の一態様によれば、動物の、尾、頭部若しくは頸部、大腿骨若しくは脚、又は蹄に配置されたＰＰＧセンサは、反射モードで動作される。動物の鼻又は耳に配置されたＰＰＧセンサは、透過モードで動作される。

本発明の一態様によれば、ＰＰＧセンサユニットは更に光ガイドユニットを有し、該光ガイドユニットは、第１端部及び第２端部を有し且つ皮膚から上記少なくとも１つの光センサまで動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第１の光ガイドと、第１端部及び第２端部を有し且つ光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第２の光ガイドとを有する。

本発明はまた、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、を有する少なくとも１つのＰＰＧセンサで、動物のバイタルサインを検出する方法に関する。上記少なくとも１つのＰＰＧセンサが、鼻、耳、尾、頭部若しくは頸部、大腿骨若しくは脚、及び蹄を含んだ、動物上の少なくとも１つの位置に配置される。

心拍数のような動物のバイタルサインの測定は、例えばウマに関して、より効果的な訓練方法を可能にするので有利である。何故なら、訓練アクティビティが、その強度レベルにおいて、検出された心拍数に応じて調節され得るからである。なお、さらに、運動、身体状態、環境温度、疾患、興奮、及び年齢も、動物の心拍数に影響を及ぼし得る。上昇した心拍数は、深刻な脱水症、疝痛、ショック、感染症、進行した心肺疾患、及び敗血症を指し示すことがある。一方で、低下した心拍数は、低体温、心疾患、脳への圧力、又は血液循環の切迫した衰弱を伴った可能性ある臨終前状態を示唆することがある。

ＰＰＧセンサは、器官の容積測定であるプレチスモグラムを取得するのに使用される光学センサである。ＰＰＧセンサは、皮膚を照らして、光吸収における変化を測定する。ＰＰＧセンサは、圧力パルスによって生じる容積の変化を検出することができる。特に、透過又は反射された光の量が、光センサによって測定される。

理解されるべきことには、それぞれの独立項との従属項又は上述の実施形態の組み合わせも本発明の一好適実施形態とすることができる。

本発明のこれら及びその他の態様が、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。

本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出システムのブロック図を示している。 少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。 少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。 少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。 少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。 少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。 本発明の一態様に従った少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウシである更なる動物の模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。 本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。

図１は、本発明に従った動物バイタルサイン検出システムのブロック図を示している。本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出システムは、少なくとも１つのＰＰＧセンサ１００と、センサ１００の動作を制御するためのオプションの制御ユニット２００と、上記少なくとも１つのセンサ１００の出力からバイタルサインを決定するプロセッシングユニット３００と、プロセッシングユニット３００によって決定されたバイタルサインを出力するためのオプションの出力ユニット４００とを有する。本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出システムはまた、少なくとも１つのセンサ１００を動物１０００、１１００、１２００の部分に留めるための少なくとも１つの締結ユニット５００を有し得る。出力ユニット４００は、検出されたバイタルサインを無線で又は配線ベースで出力するように設けられ得る。出力ユニット４００はまたオプションで、検出されたバイタルサインを表示するディスプレイを有していてもよい。

ＰＰＧセンサ１００は、光を放つ少なくとも１つの光源１１０と、光源からの光を検出する少なくとも１つの光検出器１２０とを有する。ＰＰＧセンサ１００は、人間又は動物の組織内の血液量の変動を光学的に測定し、これらの測定結果からパルス信号を検出することができる。光源１１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）として実装されることができる。これらのダイオードの波長は、本発明の一態様によれば、５２０ｎｍと８５０ｎｍとの間とし得る。ＰＰＧセンサ１００は、透過センサとして、又は光源１１０によって放射された光からの反射を測定する反射センサとして実装されることができる。換言すれば、ＰＰＧセンサ１００は、透過モードにて、又は反射モードにて動作され得る。透過モードにおいて、ＰＰＧセンサ１００は、６５０−８５０ｎｍの間の波長で光を放射し得る。反射モードにおいて、光源１１０は、５２０ｎｍと５７０ｎｍとの間の波長を持つ光を放射し得る。なお、動物組織内での反射の経路長は、動物組織内での光の透過の経路長よりも短い。なお、心拍の信号対雑音比は、動物の血液内での、光源１１０によって放たれた光の吸収の量に基づく。

本発明によれば、透過測定は反射測定よりもロバストである。従って、透過測定は、すなわち、透過モードで動作されるＰＰＧセンサ１００は、反射モードにおいてよりも少ない電力を必要とする。なお、透過モードにおける動物の組織中の光学経路長は、反射モードにおいてよりも長い。従って、透過モードで測定される変動の信号対雑音比は、反射モードにおいてよりも高い。さらに、透過モードでは、皮膚のいっそう深い領域まで侵入することができ且つ動物の組織内の散乱粒子との相互作用が小さくなり得る長めの波長が使用される。

反射モードにおいては、ＰＰＧセンサ１００は、例えば５２０ｎｍと５７０ｎｍとの間のピーク波長といった、ヘモグロビンによる高い吸収を有する波長で光を放射する。透過モードでは、皮膚を介した放射の進行距離が大きく、故に、光源からの放射を吸収することができるヘモグロビンの量が多くなり得るので、ＰＰＧセンサ１００は、より好感度の測定を可能にする。特に、透過モードでＰＰＧセンサ１００によって使用される光の波長は、赤色又は赤外の領域内である。何故なら、それらは、皮膚中でいっそう大きい侵入深さを可能にするとともに、長い波長で低い散乱効果を有するからである。透過モードにおいて、ＰＰＧセンサ１００は、およそ６６０ｎｍ及びおよそ９０５ｎｍの波長を使用し得る。なお、これら２つの波長は、血液による異なる吸収率を可能にする。それらの吸収率は、血液酸素ヘモグロビンレベルに依存する。血液が酸素化されている場合、６６０ｎｍの赤色光は、ＩＲ光の吸収と比較して低減された量だけ吸収される。血液が脱酸素化されている場合、赤色光はＩＲ光よりも大きい程度で吸収される。

本発明の一態様によれば、センサ１００によって使用される波長は、透過モードに関して８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間とし得る。これらの波長は、動物の毛髪、毛皮又は生皮を通した測定を可能にするので有利である。

本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出システムが使用されることになるとき、ＰＰＧセンサ１００の光源１１０によって放射される光が、毛髪、毛皮又は生皮を貫いて、実際に動物の皮膚に到達し、そしてまた、動物の皮膚にも侵入し得ることを確実にするように、注意を払わなければならない。さらに、反射光又は透過光がまたＰＰＧセンサ１００の光センサ１２０に到達し得ることに注意を払わなければならず、すなわち、光が光センサ１２０に向かう途中で動物の毛皮、生皮又は毛髪を貫通し得ることに注意を払わなければならない。これは、動物の皮膚又は組織１０００と光源１１０又は光検出器１２０との間で、少なくとも１つの光ガイド１３０を用いることによって達成され得る。光源及び光検出器は、動物バイタルサイン検出器のハウジングの内側に配置されることができるが、光ガイドはハウジングから突出する。光ガイドは、長さ（ハウジングから延在又は突出している）と直径又は断面とを持つ。長さと直径との間の比は、動物の毛髪又は毛皮の実効的な貫通を可能とするよう、＞４である。

本発明の一態様によれば、透過モードにおいて、ＰＰＧセンサ１００は、８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間の波長を使用する。それに加えて、あるいは代えて、透過モードで、幾つかの異なる波長が光源１１０によって使用され得る。本発明の一態様によれば、それらの波長は６６０ｎｍ及び９０５ｎｍとし得る。これら２つの波長は、血液酸素ヘモグロビンレベルに従って血液によって異なるように吸収されるので、これら２つの波長の使用は有利である。

反射モードでは、ＰＰＧセンサ１００は、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長、特に、５２０ｎｍと５７０ｎｍとの間の波長を使用し得る。これらの範囲は、血液中のヘモグロビンによる吸収が比較的高いので有利である。それに加えて、あるいは代えて、反射モードにおいて、ＰＰＧセンサ１００は、８５０ｎｍよりも長い波長、特に、８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間の波長を使用し得る。これらの波長では、ヘモグロビン吸収が比較的高い一方で、生皮、毛皮又は毛髪による吸収は比較的低い。それに加えて、あるいは代えて、５２０ｎｍと５７０ｎｍとの間の第１の波長と９０５ｎｍの第２の波長とのように、幾つかの波長が使用され得る。血液酸素ヘモグロビンレベルに依存する血液の吸収率が異なるので、複数の波長の使用は有利である。なお、血液が酸素化されている場合、赤色光は、ＩＲ光を用いるときよりも少ない程度で吸収される。一方、血液が脱酸素化されている場合、赤色光はＩＲ光よりも大きい程度で吸収される。

制御ユニット２００はオプションで、ＰＰＧセンサ１００を透過モード又は反射モードで制御することができる。オプションで、制御ユニット２００は、透過モードでＰＰＧセンサを制御するための透過ユニット２１０、及び／又は、反射モードでＰＰＧセンサ１００を制御するための反射ユニット２２０を有し得る。

オプションで、プロセッシングユニット３００もＰＰＧセンサ１００の一部とし得る。それに代えて、プロセッシングユニット３００は、専用ユニットとして実装されてもよい。オプションで、プロセッシングユニット３００は、ＰＰＧセンサ１００からの測定結果に基づいて動物の心拍数を検出又は決定する心拍数検出ユニット３１０を有し得る。

オプションで、プロセッシングユニット３００は、動物の心肺不全を検出する心肺不全検出ユニット３２０を有し得る。ここでは、ＰＰＧセンサ１００によって検出されるバイタルサイン、又は心拍数検出ユニット３１０によって決定される心拍数がモニタされる。よく知られているように、心拍数又は酸素飽和度のようなパラメータは、動物の疾患を指し示すインジケーションとなり得る。動物のバイタルサインをＰＰＧセンサ１００によってモニタすることができる場合、動物の疾患を回避するために、又は疾患の悪化を回避するために、予防的測定を行うことができるので、これは有利である。

本発明の一態様によれば、ＰＰＧセンサ１００が、例えば図２Ａに示すように、動物の蹄に取り付けられる場合、センサの測定結果を用いて早期蹄葉炎を検出することができる。

好ましくは、ＰＰＧセンサ１００は、小型センサ（例えば、光ガイドユニットの端部を≦１ｍｍとすることができ、ＰＰＧセンサユニットを例えば５ｍｍとし得るように光源及び／又は光センサを例えば１ｍｍとすることができる）として具現化され、動物のバイタルサインを検出するよう、例えば図２Ａ及び２Ｂに示すように、動物の耳に取り付けられ得る。

本発明の一態様によれば、心拍数検出ユニット３１０も用いて、ＰＰＧセンサ１００が取り付けられた動物の心拍数をモニタすることができる。これは例えば、爆発物、薬物、血液、又は行方不明者を感知するように訓練される探知犬のような探知動物に使用され得る。このような探知動物が爆発物、薬物、血液、又は行方不明者を感知した場合、典型的に心拍数が上昇することになる。このような上昇した心拍数が心拍数検出ユニット３１０によって検出され、警報信号が出力ユニット４００を介して出力され得る。

なお、イルカも探知動物として使用され得る。実際、イルカは最近、水中の機雷を探知するために軍隊により使用されている。本発明の一態様によれば、出力ユニット４００は、警報信号を無線で送信する無線送信器を有し得る。

一部の動物は、爆発物、薬物、血液、又はこれらに類するものを感知又は探知したことを指し示すことができないので、探知動物とともに心拍数検出ユニット３１０を使用することは有利である。さらに、探知動物はもはや、それぞれの物質を発見したことを視覚的に指し示す必要がない。何故なら、探知動物の心拍数が上昇したときに、調教師が、物質が発見されたことを知ることになるからである。従って、例えば探知犬はもはや、特定の物質を発見したことを指し示すために吼える必要はない。フェレット又は特殊鳥類の場合、ＰＰＧセンサ１００及び心拍数検出ユニット３１０の使用は有利である。何故なら、心拍数をモニタする必要があるのみで、容易かつ信頼できる方法で、その動物が上記物質のうちの何れかを探知したことが指し示されるからである。

オプションで、動物バイタルサイン検出システムはまた、ＧＰＳセンサのような位置センサを有し得る。位置センサからのデータが、センサ１００の出力信号に結び付けられ得る。また、タイムスタンプも、ＰＰＧセンサ１００からの出力信号に含められ又は結び付けられ得る。ＰＰＧセンサ１００からのデータをその後に分析することができるので、これは有利であり得る。

図２Ａ−２Ｅは各々、少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウマである動物の模式表現を示している。図２Ａには、特にウマ１１００である動物１０００が描かれている。また、本発明の一態様に従ったＰＰＧセンサ１００に関する幾つかの取り得る位置が開示されている。好ましくは、ＰＰＧセンサ１００は、皮膚のすぐ下に大動脈が位置しているスポット（場所）に配置される。本発明の一態様によれば、ＰＰＧセンサ１００は、耳１１１０又は鼻１１２０（特に、鼻翼）に取り付けられ得る。ＰＰＧセンサ１００はまた、ウマ１１００の尾１１６０に配置され、特に、尾の内側で最上部の周りに配置され得る。さらに、ＰＰＧセンサ１００は、ウマ１１００の頭部又は頸部１１３０に取り付けられ得る。また、ＰＰＧセンサ１００は、ウマの大腿骨又は脚１１５０に配置され得る。さらに、ＰＰＧセンサ１００は、蹄の上部（蹄冠）１１４０に配置され得る。これらの位置は全て、本発明の一態様に従ったＰＰＧセンサ１００による動物のバイタルサインの良好な検出を可能にするので有利である。

図２Ｂによれば、ＰＰＧセンサ１００は耳又は鼻（鼻翼）に取り付けられ得る。これら２つのスポットは、皮膚が薄く且つ複数の血管を含んでいるので、特に有利である。ウマの耳１１１０又は鼻１１２０に取り付けられたＰＰＧセンサ１００は、毛髪又は生皮があまり存在しないので、特に、透過モードで動作されるＰＰＧセンサ１００に使用される。なお、ここには一切れの皮膚が存在しており、一方側に光源を配置し、他方側に、透過を測定するように光センサを配置することができる。

尾１１６０（図２Ｃ）、頭部若しくは頸部１１３０（図２Ｄ）、大腿骨１１５０（図２Ｅ）、又は蹄の上部１１４０に配置されるＰＰＧセンサ１００は、特に、反射モードにて使用され得る。

図２Ｃに開示するように、ＰＰＧセンサ１００は、尾に配置されることができ、特に、毛が存在しない尾の付け根の内側に配置され得る。この位置は、柔軟なバンド５１０によって尾の付け根にセンサを取り付けることができ、それにより目立たずにセンサを取り付けることができるので有利である。

ウマの耳１１１０又は鼻１１２０には生皮又は毛髪が存在しないが、言及するその他の位置には毛髪又は生皮が存在し得る。従って、ここでは、反射モードのＰＰＧセンサ１００が使用される。本発明の一態様によれば、ＰＰＧセンサ１００は、例えば柔軟なバンド５１０によって、動物の皮膚に押し付けられる。柔軟なバンド５１０は故に、締結装置５００の部分とし得る。好ましくは、ＰＰＧセンサ１００は、動物の皮膚に押し付けられる。オプションで、ＰＰＧセンサ１００は、光源から皮膚に光を導くための、又は皮膚から光センサ１２０に光を導くための光ガイドユニット１３０を有し得る。これらの光ガイド１３０は、毛髪、毛皮、又は生皮が存在する位置で使用され得る。

オプションで、ＰＰＧセンサ１００を取り付ける前に、ＰＰＧセンサを取り付けるべき動物の部分を剃毛してもよい。

オプションで、ＰＰＧセンサ、特に、光源１１０及び光センサ１２０は、５ｍｍよりも小さい。

図３は、本発明の一態様に従った少なくとも１つの動物バイタルサイン検出センサを備えた、特にウシである更なる動物の模式表現を示している。図３には、特にウシ１２００が描かれている。また、本発明に従ったＰＰＧセンサ１００に関する幾つかの位置が描かれている。ＰＰＧセンサは、図２を参照して上述したのと同じスポットに適用され得る。故に、本発明の一態様に従ったＰＰＧセンサ１００は、耳１２１０、鼻１２２０、頸部若しくは頭部１２３０、蹄又は蹄冠１２４０、脚１２５０、及び／又は尾の上側（内側）部分１２６０に取り付けられ得る。耳１２１０及び鼻１２２０は、透過モードでの検出用の位置として使用されることができ、その他の位置は、反射モードでの検出用に使用されることができる。

図４Ａは、本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。動物の生皮又は毛髪を通して皮膚まで光を効果的に透過させることができるようにするため、また、透過又は反射された光を効果的に受け取るため、ＰＰＧセンサ１００は、ハウジング１０１と、光源１１０から動物の皮膚に向けて光を導くため、及び／又は動物の皮膚から光センサ１２０に向けて光を導くための少なくとも１つの光ガイド１３０とを有する。光ガイドは、ハウジング１０１から突出している。動物の皮膚からの検出光に基づいて、ＰＰＧセンサ１００及び／又はプロセッシングユニット３００は、心拍数、心拍変動（ＨＲＶ）、呼吸数、酸素飽和度、エネルギー消費量などのようなバイタルサインを決定することができる。図４Ａには、ＰＰＧセンサ１００が、ハウジング１０１、１つのＬＥＤ光源１１１、及び２つの光センサ（フォトダイオード）１２１、１２２を有した本発明の一態様が描かれている。第１の光ガイド１３１が、２つのフォトダイオード１２１、１２２の各々に結合されている。第１の光ガイド１３１は、第１端部１３１ａ及び第２端部１３１ｂを有し、第２端部１３１ｂがフォトダイオード１２１、１２２に取り付けられている。従って、第１端部１３１ａが、動物の皮膚に当てて配置され得る。オプションで、第１及び第２の光ガイドの第１端部１３１ａ、１３２ａは、それらが動物の皮膚に当てて効率的に配置され得るように平坦とし得る。他の例では、第１端部１３１ａ、１３２ａは、皮膚又は組織１０００上に光の焦点を合わせるためのレンズを有し得る。第２の光ガイド１３２はＬＥＤ１１１に結合されている。特に、第２の光ガイド１３２は、例えば少なくとも３つのアーム（又はそれに代えて６つのアーム）といった複数のアームを有し、これらのアームの第２端部（１３２ｂ）が一緒にＬＥＤ光１１１と結合され、第１端部１３２ａが動物の皮膚に当てて配置され得る。従って、光ガイドアーム１３１、１３２によって、単一のＬＥＤ１１１で３つ以上の光のスポット１１１ｂを、動物の皮膚上に達成することができる。従って、第２の光ガイドの構成を用いて、ＬＥＤ１１１からの光の実効的なカバー範囲を増加させることができる。

図４Ａの右手側に、図４Ａに従ったＰＰＧセンサを用いるときの、動物の皮膚上の光スポットパターンを描いている。ここでは、光ガイド１３２の中央アームが光スポット１１１ａを作り出している。第２の光ガイド１３２のその他のアームが光スポット１１１ｂを作り出している。これらの光スポットの位置及び直径は、光ガイドアームの構成に依存することになる。スポット１２１ａは、光センサ１２１がその光ガイド１３１とともに、動物の皮膚から出てくる光、又は動物の皮膚によって反射される光を検出するスポットを示している。光ガイド１３１、１３２は、長さ１３０ａ及び直径１３０ｂを有している。

図４Ｂには、本発明の異なる態様に従ったＰＰＧセンサ１００が開示されている。ここでは、ハウジング１０１と２つのＬＥＤ１１１、１１２とを有するＰＰＧセンサが開示されている。しかしながら、１つ又は複数のＬＥＤも可能である。２つの第２の光ガイドアーム１３２が、ハウジング１０１から突出するとともに、それらの第２端部１３２ｂを第１及び第２のＬＥＤ１１１、１１２に結合しており、ＬＥＤ１１１、１１２から動物の皮膚に向けて光を導くために使用される。第１の光ガイド１３１の構成は、図４Ａに従って記述した第２の光ガイドの構成に対応し得る。従って、例えば３つから６つの光ガイド１３１といった少なくとも１つの光ガイドを設けることができ、光ガイド１３１の第２端部１３１ｂが共通にフォトダイオード１２１に結合され得る一方で、第１端部１３１ａが動物の皮膚に押し当てられ得る。なお、光ガイド又は光ガイドアームの個数は、具体的な設計に従って選択されることができ、故に、１つ又は２つ以上とし得る。光ガイド１３１、１３２は、長さ１３０ａ及び直径１３０ｂを有している。

図４Ｃには、本発明の更なる一態様に従ったＰＰＧセンサが描かれている。ここでは、ＰＰＧセンサは、ハウジング１０１と、３つのフォトダイオード１２１、１２２、１２３と、２つのＬＥＤ１１１、１１２とを有している。第２の光ガイド１３２が第１及び第２のＬＥＤ１１１、１１２に結合されている。第１の光ガイドが複数の異なる光ガイドへと分裂されており、それらの光ガイドの第２端部１３１ｂが、第１、第２、又は第３のフォトダイオード１２１、１２２、１２３に結合される一方で、第１端部１３１ａは、動物の皮膚への単一の接触点を形成するよう、共通に一緒に結合されている。第１及び第２の光ガイド１３１、１３２はハウジング１０１から突出している。光ガイド１３１、１３２は、長さ１３０ａ及び直径１３０ｂを有している。

この実施形態の利点は矛盾するように見えるかもしれないが、より大きい面積の皮膚を検出することを可能にするとともに、光センサの視野角は限られるので、複数の光センサが使用される場合に、エタンデュが保存されて全ての光をキャプチャすることができる。

図４Ｄには、単一のＬＥＤ１１１と単一のフォトダイオード１２１とを有するＰＰＧセンサ１００が描かれている。複数の光ガイド１３２が、ハウジング１０１から突出するとともにＬＥＤ１１１に共通に結合され、また、複数の光ガイドがフォトダイオード１２１に共通に結合されている。

本発明に従った光ガイドはまた、突出部又は薄いパイプとして具現化されることができ、小型のプリント回路基板ＰＣＢが、ＬＥＤ及び光センサを有して、小さいパイプの一端（入口又は出口）に配置される。すなわち、換言すれば、図４Ａ−４Ｄに従った光ガイドの代わりに、毛髪、毛皮、又は生皮を通して光を導くように小さいパイプが設けられてもよい。

光ガイドは、光学的に透明な材料を有することができる。その材料は、使用されるＬＥＤの波長に従って選択される。それに代えて、あるいは加えて、光ガイドは、使用される波長を持つ光を特に反射する反射材料で被覆された中空の光ガイドとして具現化されてもよい。本発明の更なる一態様によれば、光ガイドは、光学的に透明な材料で構成され得るとともに、それらの内側において反射材料で被覆され得る。

本発明に従った光ガイドは、＜１ｍｍの直径又は幅１３０ｂを持つ。光ガイドの長さ１３０ａ（すなわち、ＰＰＧセンサのハウジング１０１から光ガイドが突出する距離）は、数ｍｍ又は数十ｍｍとし得る。本発明の一態様によれば、光ガイドの長さと光ガイドの直径又は幅との間の比は、＞４である。本発明の一態様によれば、この比はまた１０若しくは２０であってもよい。光ガイドの直径又は幅１３０ｂに対する光ガイドの長さ１３０ａの比は、ＰＰＧセンサが動物に使用される場合に、毛髪又は毛皮が存在するが故に重要である。本発明の一態様に従った光ガイドにより、光ガイドは容易に、動物の毛皮又は毛髪に貫入して、動物の組織又は皮膚と接触した状態になることができる。

光ガイドが、例えば中空のライトパイプの形態といった、中空の光ガイドとして実装される場合、これは、隣接する光ガイド間のクロストークの低減につながる。光ガイドユニット１３０は長さ１３０ａを有し、その光ガイドは直径１３０ｂを有する。図４Ａ−４Ｄから理解され得るように、第１の光ガイドの長さは、第２の光ガイドの長さと異なっていてもよい。オプションで、第１の光ガイドの直径は、第２の光ガイドの直径と異なっていてもよい。

本発明は、ウマやウシに限定されず、アルパカ、バイソン、ラクダ、イヌ、サル、ヤギ、ラマ、ラバ、ブタ、ヒツジ、ヤクなどのような哺乳類に適用可能である。本発明に従った動物バイタルサイン検出センサはまた、例えばイルカとともに使用されることもできる。また、本発明に従ったＰＰＧセンサはまた、ウマ、ウシ、ブタなどのような家畜にも使用され得る。さらに、本発明の一態様に従ったＰＰＧセンサは、あらゆる家畜に使用され得る。オプションで、本発明に従ったＰＰＧセンサはまた、鳥類、イヌ、ネコなどにも使用され得る。

図５Ａ及び５Ｂは各々、本発明の一態様に従った動物バイタルサイン検出センサの模式表現を示している。ここでは、ＰＰＧセンサ１００は、第２の光ガイド１３２が結合された単一のＬＥＤ１１１を有している。さらに、このＰＰＧセンサは、各々が第１の光ガイド１３１に結合された４つのフォトダイオード１２１、１２２、１２３及び１２４を有している。ＬＥＤ１１１の光が、第２の光ガイド１３２を介して動物の皮膚に向けられる。動物の皮膚にて又は皮膚内で光が散乱され、そして、反射又は透過した光が、第１の光ガイド１３１の各々を通してフォトダイオード１２１−１２４のうちの１つに向けて案内され、フォトダイオードで光が検出される。

図５Ｂは、図５Ａに従った動物バイタルサイン検出センサの一表現を示している。従って、このＰＰＧセンサは、各々が第１の光ガイド１３１を備えた４つのフォトダイオード１２１−１２４と、第２の光ガイド１３２を備えたＬＥＤ１１１とを有している。

本発明のこの態様によれば、光ガイドの遠位端における光ガイドの直径が、光センサ又はＬＥＤ１１１に結合されている端部における直径よりも小さい。

本発明の一態様によれば、少なくとも１つの光源１１０と、少なくとも１つの光センサ１２０と、光源１１０から動物１０００の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導く、及び皮膚から少なくとも１つの光センサ１２０まで動物１０００の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つのガイドユニット１３０とを有するフォトプレチスモグラフィセンサ１００が提供される。

ＰＰＧセンサ１００は、ウマ用のはみ又は頭絡に取り付けられることができる。このセンサは特に、ウマのバイタルサインを検出するよう、ウマの喉の位置のストラップに取り付けられ得る。

本発明の更なる一態様によれば、ＰＰＧセンサは、例えば柔軟なストラップによって、上で示したような複数の位置に取り付けられ得る。好ましくは、ＰＰＧセンサ１００は、例えばウマの尾の上部内側部分に取り付けられる。

なお、上述の動物バイタルサイン検出システム及び動物のバイタルサインを検出する方法は、動物のバイタルサインを測定又は検出するための非治療的な用途でのみ使用される。

以上において、ＰＰＧセンサ１００は、透過モード及び反射モードで動作可能であるとして記述されている。留意すべきことには、本発明の一態様によれば、透過モードでのみ動作することができるＰＰＧセンサ１００も提供される。さらに、本発明の一態様によれば、ＰＰＧセンサは、反射モードでのみ動作することができてもよい。ＰＰＧセンサ１００が透過モード又は反射モードの何れかのみで動作することができるものであったとしても、上述の原理はなおも妥当であり、そのようなＰＰＧセンサは本発明に従って使用されることができる。

本発明の一態様によれば、ＬＥＤは、ＯＬＥＤ又はレーザユニットによって置き換えられ得る。

本発明の一態様によれば、光源の波長はまた、６００−６６０ｎｍの間であってもよく、例えば６２０ｎｍとし得る。

開示した実施形態のその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。 請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。

単一のユニット又は装置が、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たしてもよい。特定の複数の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組合せが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに供給されるか、他のハードウェアの一部として供給されるかする例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの好適な媒体にて格納／配布され得るが、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の遠隔通信システムを介してなど、その他の形態で配布されてもよい。

請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。

特許文献６（ＷＯ２００８／０５８３２８Ａ）は、睡眠呼吸障害における呼吸パラメータの非侵襲モニタリング用のシステムを開示している。
米国特許出願公開第２０１３／０１３１５１９号は、光源及び光検出器を有するＰＰＧセンサを備えたヘッドセットを開示している。さらに、光源の前及び光検出器の前に光ガイドが設けられている。
国際公開第２０１２／１６２６６５号は、光源及び光検出器を備えたパルスオキシメトリセンサを有する非侵襲性のトランスリフレクティブ・モニタリング装置を開示している。さらに、そのセンサのハウジングの内側に光ガイドが設けられている。
米国特許出願公開第２００８／０２８７８１５号は、光源及び光検出器を有するＰＰＧセンサを開示している。
国際公開第２００９／０７６３２５号は、動物用のＰＰＧセンサを開示している。そのＰＰＧセンサは、光源及び光検出器を有する。
米国特許第５６３０４１３号は、ヒツジに使用されることができるパルスオキシメトリセンサを開示している。

本発明の一態様において、少なくとも１つのＰＰＧセンサを有する動物バイタルサイン検出システムが提供され、ＰＰＧセンサは、ハウジングと、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、ハウジングから突出した少なくとも１つの光ガイドユニットとを有し、光ガイドユニットは、光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導く、及び皮膚から上記少なくとも１つの光センサまで動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応される。光源及び光センサに結合された光ガイドを設けることにより、動物の毛髪、毛皮又は生皮の上であっても、光を皮膚に導くこと及び動物の皮膚から光を検出することが依然として効果的に可能でありながら、ＰＰＧセンサを配置することができる。光ガイドユニットは、第１端部及び第２端部を有し且つ光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第２の光ガイドと、第１端部及び第２端部を有し且つ皮膚から上記少なくとも１つの光センサまで動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第１の光ガイドとを有する。光ガイドは、或る長さ及び或る直径でハウジングから突出している。ハウジングから突出した光ガイドの部分は、長さ及び直径を有する。該長さと該直径との間の比が、＞４である。従って、光源から皮膚までの光と、皮膚からセンサまでの光とのために、別々の光ガイドが設けられる。上記の比（長さ−直径）により、光ガイドは、動物の毛髪、毛皮又は生皮に効果的に貫入して、動物の皮膚と接触して置かれることができる。

本発明はまた、ハウジングと、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、或る長さ及び或る直径でハウジングから突出した少なくとも１つの光ガイドと、を有する少なくとも１つのＰＰＧセンサで、動物のバイタルサインを検出する方法に関する。上記少なくとも１つのＰＰＧセンサが、鼻、耳、尾、頭部若しくは頸部、大腿骨若しくは脚、及び蹄を含んだ、動物上の少なくとも１つの位置に配置される。

Claims (10)

1. ハウジングと、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、前記光源から動物の皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導く、及び前記皮膚から前記少なくとも１つの光センサまで前記動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの光ガイドユニットと、を持つ少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサを有し、
   前記少なくとも１つの光源及び前記少なくとも１つの光センサは、前記ハウジング内に配置されており、
   前記光ガイドユニットは、
   第１端部と、前記少なくとも１つの光源に結合された第２端部とを有し、且つ前記光源から前記動物の前記皮膚まで毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第２の光ガイドと、
   前記動物の前記皮膚上に直接的に置かれるように適応された第１端部と、前記少なくとも１つの光センサに結合された第２端部とを有し、且つ前記皮膚から前記少なくとも１つの光センサまで前記動物の毛髪、毛皮又は生皮を通して光を導くように適応された、少なくとも１つの第１の光ガイドと
   を有し、
   前記少なくとも１つの第１の光ガイド及び前記少なくとも１つの第２の光ガイドは、前記ハウジングから突出し、且つ長さ及び直径を有し、
   前記長さと前記直径との間の比が、＞４である、
   動物バイタルサイン検出システム。
2. 前記第１の光ガイドは、前記第１の光ガイドの前記第１端部又は前記第２端部で共通に結合された複数の第１の光ガイドアームを有し、及び／又は
   前記第２の光ガイドは、前記第２の光ガイドの前記第１端部又は前記第２端部で共通に結合された複数の第２の光ガイドアームを有する、
   請求項１に記載の動物バイタルサイン検出システム。
3. 前記第１及び第２の光ガイドの前記第１端部の直径が、前記第１及び第２の光ガイドの前記第２端部の直径よりも小さく、又は、前記第１及び第２の光ガイドの前記第２端部の直径が、前記第１端部の直径よりも小さい、請求項２に記載の動物バイタルサイン検出システム。
4. 前記少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサは、透過モード又は反射モードで動作可能であり、前記透過モードにおいて、前記少なくとも１つの光源は、８５０ｎｍと９５０ｎｍとの間の波長の光を放射し、前記反射モードにおいて、前記少なくとも１つの光源は、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の波長の光を放射する、請求項３に記載の動物バイタルサイン検出システム。
5. 前記透過モードにおいて、前記少なくとも１つの光源は、６６０ｎｍ及び９０５ｎｍの波長の光を放射し、前記反射モードにおいて、前記少なくとも１つの光源は、６６０ｎｍ及び９０５ｎｍの波長の光を放射する、請求項４に記載の動物バイタルサイン検出システム。
6. 当該動物バイタルサイン検出システムは更に、前記少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサの出力を処理するように適応されたプロセッシングユニットを有し、該プロセッシングユニットは、前記フォトプレチスモグラフィセンサの前記出力に基づいて動物の心肺不全を検出するように適応された心肺不全検出ユニットを有する、請求項４に記載の動物バイタルサイン検出システム。
7. 前記プロセッシングユニットは、
   前記フォトプレチスモグラフィセンサの前記出力に基づいて心拍数を検出し、検出された心拍数を閾値と比較し、且つ前記検出された心拍数が前記閾値を超えている場合に警報を出力する、ように適応された心拍数検出ユニット
   を有する、請求項６に記載の動物バイタルサイン検出システム。
8. 前記光ガイドの前記直径は、＜１ｍｍである、請求項１に記載の動物バイタルサイン検出システム。
9. 少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光センサと、を有する少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサで、動物のバイタルサインを検出する方法であって、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記動物のバイタルサインを検出することは、
   鼻、耳、頸部、大腿骨若しくは脚、及び蹄のうちの少なくとも１つを含んだ、動物上の少なくとも１つの位置に、前記少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサを配置するステップと、
   前記フォトプレチスモグラフィセンサによって前記動物のバイタルサインを検出するステップと
   を有する、方法。
10. 前記動物の、頸部、大腿骨若しくは脚、又は蹄に配置された前記少なくとも１つのフォトプレチスモグラフィセンサが、反射モードで動作され、前記動物の鼻又は耳に配置されたフォトプレチスモグラフィセンサが、透過モードで動作される、請求項９に記載の方法。

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