JP2017526412A - 非干渉的な皮膚組織ハイドレーション測定デバイス及び関連方法 - Google Patents

非干渉的な皮膚組織ハイドレーション測定デバイス及び関連方法 Download PDF

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Abstract

本開示は、皮膚組織のハイドレーション状態を測定する方法及びデバイス１０に関する。デバイス１０は、第１の波長範囲７２を示す第１のＰＰＧ信号１０４、第２の波長範囲７４を示す第２のＰＰＧ信号１０６、及び第３の波長範囲７６を示す第３のＰＰＧ信号１０８を含む複数のＰＰＧ信号を少なくとも含むデータストリーム１００を受信するインターフェース２２と、複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対１０４、１０６に基づく第１の結合信号１１６、及び複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対１０８、１１０に基づく第２の結合信号１１８を少なくとも計算する処理ユニット２４であって、第２の結合信号１１８の少なくとも１つのＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存する処理ユニットと、第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号３４を計算する解析ユニット２６と、を有する。

Description

本発明は、皮膚組織のハイドレーション（水和）状態を測定するデバイス及び方法に関する。特に、本発明は、皮膚組織ハイドレーションを示す信号を求めるのに使用される非干渉的遠隔ＰＰＧモニタリングデバイス及び関連方法に関する。より一般的には、本発明は、観察される被検体の生理学的パラメータの検出に使用可能な非干渉的（光学的）非接触測定手法に関する。これに関連して、光学的測定は、特にフォトプレチスモグラフィ（ＰＰＧ）、ある程度はパルスオキシメトリを指す。本発明はさらに、対応するコンピュータプログラムに関する。
米国特許出願公開第２０１３／０２１００５８号は、ヒト組織のハイドレーション状態を近赤外分光法により測定する装置であって、近赤外光でヒト組織を照明するように構成された照明器と、ヒト組織から近赤外光を受光するように構成された受光器と、受光器と光通信し、スペクトルを示す出力を生じさせる分光計と、分光計から出力を受け、ヒト組織のハイドレーション状態を示す出力を求めるように構成された処理システムとを有する装置を開示する。文献はさらに、上記装置の幾つかの改良を開示する。
健康状態のモニタリングの分野では、皮膚ハイドレーションは、観察される関心被検体（例えば患者）の現在の皮膚の健康状態を示す重要な要因と考えられる。皮膚ハイドレーション測定は、基本的に被検体の皮膚の実際の健康状態に関する診断情報を提供する。さらに、皮膚ハイドレーション測定は、皮膚バリア機能の完全性を示す。
本明細書で使用されているように、皮膚ハイドレーション及び皮膚組織ハイドレーションは同義に使用される。皮膚組織について、一般にはヒトの皮膚組織が考えられるが、限定的に理解されてはならない。一般に、皮膚組織ハイドレーションは、近赤外分光法により測定される。米国特許出願公開第２０１３／０２１００５８号に示されているように、従来の皮膚組織ハイドレーション測定デバイスは、近赤外光源、及びスペクトル情報を図示及び処理することができる分光計を必要とする。皮膚組織ハイドレーション測定の分野では、従来の分光法ベースのデバイスは、通常、生体組織の実際の含水量が特定の波長における組織反射率に影響を及ぼすという事実を利用する。
しかし、分光法ベースのハイドレーション検出デバイスは、かなり高価なハードウェアと、注意深く管理された実験室条件を必要とする。したがって、分光法ベースの皮膚組織ハイドレーション測定はまだ広く使用されていない。さらに、分光法ベースのデバイス及び方法は、基本的に非干渉的非接触遠隔測定手法に大きな課題をもたらす安定的なモニタリング条件を基本的に必要とする。一方、患者は、通常、一定の実験室条件下での皮膚組織ハイドレーション測定を不愉快かつ不快と感じる。
非干渉的遠隔非接触患者モニタリングの分野では、近年かなりの進歩が見られる。これに関連し、例えば、遠隔フォトプレチスモグラフィ（ｒＰＰＧ）が提示されている。一般に、ＰＰＧベースの方法は、かん流（拍動血流）に起因する皮膚の周期的な色変化をモニタする。フォトプレチスモグラフィ、特に遠隔フォトプレチスモグラフィは、心拍数、心拍変動、呼吸数、動脈血酸素化（酸素飽和度）等といった幾つかのバイタルサインをモニタするのに利用される。
また、遠隔フォトプレチスモグラフィ撮像を用いて、被検体の心拍数（ＨＲ）、呼吸数（ＲＲ）又はその他のバイタルサインを非干渉的にモニタするために１つ以上のビデオカメラが使用される。遠隔フォトプレチスモグラフィ撮像は、例えば、Ｗｉｍ Ｖｅｒｋｒｕｙｓｓｅ， Ｌａｒｓ Ｏ．Ｓｖａａｓａｎｄ， ａｎｄ Ｊ．Ｓｔｕａｒｔ Ｎｅｌｓｏｎ著、「Ｒｅｍｏｔｅ ｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｍｂｉｅｎｔ ｌｉｇｈｔ」， Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， Ｖｏｌ． １６， Ｎｏ． ２６， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２００８に記載されている。これは、皮膚における血液量の時間的変化は皮膚による光吸収の変化をもたらすという原理に基づいている。かかる変化は、皮膚領域、例えば顔の画像を撮影するビデオカメラにより記録可能であり、一方、選択された領域（通常、このシステムでは頬の一部）の画素平均が計算される。この平均信号の周期的変化を調べることにより、心拍数及び呼吸数を抽出することができる。一方、遠隔ＰＰＧを使用して患者のバイタルサインを取得するデバイス及び方法の詳細を説明する別の刊行物及び特許出願がいくつもある。
分光法ベースの方法と比較して、遠隔フォトプレチスモグラフィベースの方法及び手法は、一般により安価なハードウェアで足りる。また、ＰＰＧベースの撮像方法と分光法ベースのモニタリング方法とは、後者が、外乱、雑音、及び観察される（皮膚）領域と各センサ（カメラ等の撮像デバイス）との間の相対運動といった別の環境の影響をはるかに受けやすいという点で区別される。このことは、各方法に固有の信号処理の基本に少なくとも部分的に起因する。
分光法ベースの方法では、一般にＤＣ信号部分がモニタ、測定及び処理される。換言すれば、ほぼ一定の絶対信号レベルが観察される。通常、信号対雑音比に悪影響を及ぼす外乱は、観察される信号のＤＣ部分に影響を与える。一方、ＰＰＧベースの方法は、ＤＣ部分に重畳されるＡＣ信号部分に注目する。ＡＣ信号部分は、拍動血流に起因する信号レベルの多少の周期的変化を示す拍動信号部分と考えられる。換言すれば、全ての外乱は主にＤＣ信号部分を破損する一方、ＡＣ信号部分は一般に影響を受けない。したがって、ＰＰＧベースの方法は、遠隔モニタリング及び検出手法にはるかに適している。
したがって、遠隔ＰＰＧ実装手法を用いて、高い精度及び信頼性で皮膚組織ハイドレーションレベルの費用効果の高いロバストな検出を可能にする、皮膚組織のハイドレーション状態を測定する非干渉的遠隔ＰＰＧモニタリングのためのデバイス及び方法を提供することが本発明の目的である。また、分光法ベースのハイドレーション検出デバイスに固有の幾つかの欠点が、本開示によるデバイス及び方法により克服されることが好ましい。好ましくは、デバイス及び方法は、特に非干渉的遠隔非接触モニタリングに適している。
本開示の第１の態様では、皮膚組織のハイドレーション状態を測定する非干渉的ＰＰＧモニタリングデバイスが提示され、デバイスは、第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、及び第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を含む複数のＰＰＧ信号を少なくとも含むデータストリームを受信するインターフェースと、複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対に基づく第１の結合信号、及び複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対に基づく第２の結合信号を少なくとも計算する処理ユニットであって、第１又は第２の結合信号の少なくとも一方のＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存し、他方の結合信号のＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存しない処理ユニットと、第１の結合信号及び第２の結合信号から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号を計算する解析ユニットと、を有する。
好ましくは、限定的な意味で理解されるべきではないが、デバイスは、非干渉的遠隔ＰＰＧモニタリングデバイスとして構成される。したがって、デバイスは、遠隔検出されるデータストリームを処理することができる非接触ＰＰＧモニタリングデバイスとして構成される。本明細書で使用されているように、遠隔検出されるデータという用語は、関心被検体から離れて配置されるセンサ（例えばビデオカメラ、光ダイオード等）を指すものとする。遠隔検出されるデータは、ビデオデータ、画像データ等を含む。しかし、少なくとも一部の実施形態では、デバイスは、接触ＰＰＧセンサを有する、又は使用する接触ＰＰＧモニタリングデバイスとして構成され得る。
本発明は、ＰＰＧモニタリング手法、特に遠隔ＰＰＧモニタリング手法は、皮膚組織ハイドレーション情報の検出に用いられるという洞察に基づく。より具体的には、各異なる波長又は波長範囲を示すＰＰＧ信号は、皮膚組織における現在の水分蓄積レベルの影響を受けることが観察されている。一方で、このことは、ＳＰＯ２測定（酸素飽和度測定）等の知られているＰＰＧ測定の精度に悪影響を及ぼす。しかし他方で、発明者らは、皮膚組織における実際の水分蓄積レベルへの依存性が、それぞれに影響を受けたＰＰＧ信号からハイドレーション状態に関する情報を取得するために使用され得るという結論に達した。
より具体的には、本発明は、２対のＰＰＧ信号から計算されるＳＰＯ２値は、（ハイドレーションに敏感な波長の）ＰＰＧ信号の１つが、異なるハイドレーションレベルの影響を受けない限り等しいという仮定に基づく。したがって、波長がハイドレーションレベルに依存しない２つのＰＰＧ信号に基づいて計算されるＳＰＯ２値は、波長の少なくとも１つが皮膚ハイドレーションレベルに敏感なＰＰＧ信号に基づいて計算される別のＳＰＯ２値と比較するための「基準」値となり得る。２つのＳＰＯ２値の差は、ハイドレーションレベルを示す。
一般的には、水は、波長に依存する入射光（又は、より一般的には入射放射線）に対する特徴的な吸収挙動を示す。また、皮膚組織の別の「成分」（ヘモグロビン、メラニン等）は、それぞれ特徴的な吸収挙動を示すため、各波長又は波長範囲と関連付けられる複数のＰＰＧ信号が、ハイドレーション状態を示す情報を得るために解析される。換言すれば、未知数（例えば皮膚組織の成分の比率）の多い連立方程式が立てられ、複数のＰＰＧ信号から選択されるＰＰＧ信号に基づく少なくとも２つの結合信号を考慮して解かれる。
このため、被検体から放出又は反射される放射線は、適切に捕捉及び処理され得る。本明細書で使用されているように、「被検体から放出又は反射される放射線」とは、一般に関心被検体に向けて放出され、最終的には被検体から再放出される放射線を指す。例えば、入射放射線は、被検体の皮膚表面で鏡面的に反射される。さらに、入射放射線は、被検体の皮膚組織の下にある部分で拡散反射される。しかし、入射放射線はまた、例えば指先や耳たぶ等、被検体の皮膚組織を透過される。放射線の透過は、直接透過を含むが、偏向透過も含む。これらの全ての事象は、「再放出される」という語に含まれる。通常、再放出された放射線は、様々なタイプの反射や透過を受けた様々な部分から構成され得る。
一般に、データストリームは、フレームのシーケンス若しくはシーケンスのセットを含むことができ、より正確には、関心領域の表現に基づくスペクトル情報を含む画像フレームのシリーズ若しくはシリーズのセットを含むことができる。本明細書で使用されているように、データストリームは、概して画像データ、具体的にはビデオデータから構成される。したがって、データストリームは、ビデオフレームの連続するシリーズから構成される。各ＰＰＧ信号は、データストリームを構成する画像データから得られる。データストリームは、かなり広い波長範囲を示す画像データを含む。例として、データストリームは、可視光の一部及び赤外光の一部を少なくともカバーする。本明細書で使用されているように、可視光という語は、人間の目で見える電磁放射線を指すものとする。換言すれば、可視光は、約３９０ｎｍ（ナノメートル）〜７００ｎｍの範囲に及ぶ。電磁スペクトルの可視光部に隣接して、約７００ｎｍ（ナノメートル）〜約１ｍｍ（ミリメートル）の範囲に及ぶ赤外部が提供される。電磁スペクトルの赤外部は、さらに副部に分割される。例として、近赤外部は、約７５０ｎｍ〜約１．４μｍ（マイクロメートル）の範囲を、短波長赤外部は、約１．４μｍ〜約３μｍの範囲を、中波長赤外部は、約３μｍ〜約８μｍの範囲をそれぞれカバーする。
例として、第１のＰＰＧ信号、第２のＰＰＧ信号、第３のＰＰＧ信号、及び、もしあれば第４のＰＰＧ信号等のそれぞれは、例えば約６００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲の赤色及び赤外部における各副部又は帯域を示す。各ＰＰＧ信号が示す各範囲は、帯域のかなり狭い副部であり、特異な波長の極端な例では「線」であることは言うまでもない。ＰＰＧ信号が示す各波長範囲は、好ましくは互いにはっきり分かれており、（皮膚組織成分の吸収挙動の点で）明確に区別できる。しかし、少なくとも一部の実施形態では、波長範囲の少なくとも一部は、少なくとも部分的に重複する。
好ましくは、複数のＰＰＧ信号のそれぞれは、時間で変化する血液かん流による拍動変色に少なくとも部分的に依存する。さらに、好ましくは、複数のＰＰＧ信号の少なくとも一部は、モニタされる皮膚組織の水分蓄積にかなり敏感である一方、他のＰＰＧ信号は、モニタされる皮膚組織の水分蓄積に敏感でない。皮膚組織に蓄積される水分が多ければ多いほど、デバイスによって解析されるＰＰＧ信号に影響を及ぼす水分吸収が大きくなる。基本的に、含水量は異なる波長範囲に異なる影響を及ぼすため、それぞれ異なるハイドレーション関連「オフセット」が生じる。複数のＰＰＧ信号、好ましくは少なくとも３つのＰＰＧ信号が、少なくとも信号の第１の対及び信号の第２の対を導出するために選択的に結合されるため、ハイドレーション関連信号オフセットが少なくともある程度特定される。したがって、絶対及び／又は相対ハイドレーション関連信号が適切に検出される。
解析ユニットは、基本的に信号の第１の対と信号の第２の対とを比較するように構成される。ハイドレーション状態がＰＰＧ信号に全く影響を与えないものと仮定すると、基本的に信号の第１の対と信号の第２の対とは、（例えば血液酸素化のレベルの点で）互いに等価である。しかし、水は、程度の差はあれ波長に依存して電磁放射線を吸収するため、（信号の第１の対に基づく）第１の結合信号と（信号の第２の対に基づく）第２の結合信号とで異なる「信号オフセット」が予想される。基本的に、これらの「信号オフセット」の少なくともある程度の知識があれば、検出及び処理されたＰＰＧ信号からハイドレーションのレベルを決定することができる。
一実施形態では、解析ユニットはさらに、第１の結合信号と第２の結合信号とをマッチングさせ、信号のマッチングに基づいてハイドレーション信号を計算するように構成される。例として、第１の結合信号及び第２の結合信号は、それぞれ基礎となるＰＰＧ信号の各比率を含む。第１の結合信号及び第２の結合信号を計算することはまた、各値に較正定数を付与することを含む。第１の結合信号と第２の結合信号との間に有意差が検出されると仮定すると、例えば、第２の結合信号に対する較正定数をそれぞれ適合させて、第１の結合信号と第２の結合信号とを「マッチング」させる。必要とされる較正定数の変化に基づいて、ハイドレーション表示信号が導出される。
したがって、さらに別の実施形態では、解析ユニットはさらに、第２の結合信号に対する可変較正定数を修正することにより、第１の結合信号に対する較正定数の所定のセットを考慮してハイドレーション信号を計算するように構成される。
さらに別の実施形態では、解析ユニットはさらに、ハイドレーション信号の経時的な相対変化を連続又は準連続的にモニタするように構成される。例として、初期ハイドレーションレベルが計算される。各初期値に基づいて、第１の結合信号と第２の結合信号との間の差異が経時的に追跡及びモニタされる。これにより、観察される被検体の皮膚組織におけるハイドレーション状態の定性的傾向に関する決定が可能になる。したがって、皮膚組織ハイドレーションレベルの相対及び／又は絶対変化に関する決定を可能にする傾向モニタリングが可能になる。また、定性的傾向モニタリングも想定され得る。
さらに別の実施形態では、処理ユニットはさらに、較正定数の第１の所定のセットを考慮して少なくとも第１の結合信号を計算し、較正定数の第２の所定のセットを考慮して少なくとも第２の結合信号を計算するように構成され、解析ユニットはさらに、皮膚ハイドレーションレベルの基準値、及び少なくとも第１の結合信号と少なくとも第２の結合信号との間の検出された相違に基づいてハイドレーション信号を計算するように構成される。
このため、基準データが、例えば参照テーブル等で与えられる。既述したように、第１の結合信号と第２の結合信号との間の差は、基本的に現在の組織ハイドレーションレベルを示す。上記実施形態によれば、較正定数をそれぞれ変化させることによる第１の結合信号と第２の結合信号との「信号のマッチング」は必要ない。結果として生じる皮膚ハイドレーションレベルは、第１の結合信号と第２の結合信号との間の検出された差に基づいて基準データから取得される。基準データは、基準値の各セット若しくはデータベースを定義する、及び／又は特性式若しくは割当アルゴリズムを導出するためのアップストリーム基準測定において取得／生成される（入力値：検出された差；出力値：ハイドレーションレベル）。基準データは、普遍的に適用可能な全体的な基準データである。しかし、少なくとも一部の実施形態では、基準測定を現在モニタすべき被検体に適用することにより、特定の基準データが取得される。この場合には、従来の分光法ベースの皮膚組織ハイドレーション測定に基づいて基準測定を適用することが好ましい。したがって、絶対及び／又は相対測定尺度が生成される。
上記実施形態は、さらに展開され、解析ユニットは、基準測定から取得される基準値のデータセットに基づいて絶対組織ハイドレーションレベル値をモニタするように構成される。したがって、スポット測定も可能になる。
デバイスのさらに別の実施形態では、第１の波長範囲は赤色波長範囲から選択され、第２の波長範囲は近赤外波長範囲から選択され、第３の波長範囲は深赤外波長範囲から選択され、第３の波長範囲は、第２の波長範囲より大きい波長を含む。好ましくは、皮膚組織の水分蓄積は、各波長範囲における皮膚組織の吸収挙動に異なる影響を及ぼす。
上記実施形態は、さらに展開され、複数のＰＰＧ信号はさらに、第４の波長範囲を示す少なくとも第４のＰＰＧ信号を含み、第４の波長範囲は、赤色波長帯域及び近赤外波長帯域に及ぶ波長領域から選択される。好ましくは、第４の波長範囲は、深赤外波長範囲から選択される。したがって、例えば、第１の結合信号は、第１のＰＰＧ信号及び第２のＰＰＧ信号に基づくのに対し、第２の結合信号は、第３のＰＰＧ信号及び第４のＰＰＧ信号に基づく。
さらに別の実施形態では、第１の結合信号及び第２の結合信号は、それぞれ酸素飽和度を示す信号である。これにより、デバイスは、酸素飽和度検出モードでは酸素飽和度を示す信号を測定し、皮膚ハイドレーション測定モードではハイドレーションを示す信号を測定するように構成されるという利点を有する。酸素飽和度検出モード及び皮膚ハイドレーション測定モードは並列に操作される。
ＰＰＧ測定の重要な分野は、血中酸素飽和度の決定である。パルスオキシメトリ測定の分野では、２つの異なる波長帯域、例えば赤色波長帯域及び赤外波長帯域で動作するＰＰＧベースのデバイスが知られている。例として、従来の干渉的な接触ＰＰＧデバイスは、指クリップ、耳クリップ等として構成される。接触パルスオキシメータは、通常、関心被検体の血管組織に、赤色光及び赤外光（より厳密には、一部の場合では、近赤外光）を透過させる。各光部分（Ｒ／ＩＲ）は、交互に（高速にスイッチングされて）、透過及び検出され得る。各スペクトル部分が酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）及び還元ヘモグロビン（Ｈｂ）によって異なって吸収されると考えると、最終的に血中酸素飽和度が処理され得る。酸素飽和度（ＳｐＯ２）推定アルゴリズムは、赤色部及び赤外部に関連する信号の比率を使用することができる。さらに、当該アルゴリズムは、非拍動信号成分を考慮することができる。通常、ＰＰＧ信号は、ＤＣ成分と、比較的少量の拍動ＡＣ成分とを含む。さらに、ＳｐＯ２推定は、通常、処理値に適用される経験的に導出される較正係数を含む。典型的に、較正係数（又は較正曲線）は、侵襲的血中酸素飽和度測定を含む基準測定に基づいて決定される。ＰＰＧデバイスは、基本的に、通常、ＨｂＯ２とＨｂとの比率を含む血中酸素飽和度値に変換しなければならない（スペクトル）信号部分の比率を検出するので、較正係数が必要である。本開示を限定することを意図していないが、例えば血中酸素飽和度推定は、次の一般式：
に基づくことができるのに対し、ＰＰＧデバイスは、間接的な非侵襲的測定によりＨｂＯ２及びＨｂを「感知する」ことを試みる。
最近、遠隔フォトプレチスモグラフィ酸素飽和度測定の手法が提示されている。これに関連して、国際特許公開公報ＷＯ２０１４／０８０３１３Ａ１が参照される。本開示は、概してｒＰＰＧベースのデバイスの新しい応用分野を発見しようと努めている。
デバイスのさらに別の実施形態では、第１の結合信号及び第２の結合信号は、それぞれ、複数のＰＰＧ信号から選択される第１の選択信号及び複数のＰＰＧ信号から選択される第２の選択信号の比率を含む。
この実施形態は、さらに展開され、第１の結合信号及び第２の結合信号は、それぞれ、複数のＰＰＧ信号から選択される第１の選択信号の時間変化する成分及び複数のＰＰＧ信号から選択される第２の選択信号の時間変化する成分の比率を含む。デバイスが３つの異なるＰＰＧ信号を使用すると仮定すると、次の式が適用される：
ここで、ＡＣＸは、各ＰＰＧ信号の時間で変化する各拍動成分であり、ＤＣＸは、各ＰＰＧ信号の各非拍動成分であり、ＲＲ１及びＲＲ２は、第１の結合信号及び第２の結合信号を計算する基となる各比率であり、ＣＸ１及びＣＸ２は、第１の結合信号及び第２の結合信号の計算のための各較正定数である。
デバイスが４つの異なる波長範囲を示す４つの異なるＰＰＧ信号を使用すると仮定すると、次の式が適用される：
さらに別の実施形態では、第１の結合信号は、組織ハイドレーションレベルに依存し、第２の結合信号の少なくとも１つのＰＰＧ信号は、第１の結合信号のＰＰＧ信号よりも組織ハイドレーションレベルへの依存度が高い。好ましくは、第２の結合信号のハイドレーションレベル依存度は、２．０倍だけ、より好ましくは、５．０倍だけ少なくとも増大される。換言すれば、第１の結合信号及び第２の結合信号が計算される複数のＰＰＧ信号は、ハイドレーションレベルのかなり小さい変化が、第１の結合信号と第２の結合信号との間のかなり大きい差を生じさせるように選択される。したがって、デバイスは、ハイドレーション状態の変化に非常に敏感であり得る。
さらに別の実施形態では、デバイスはさらに、センサユニット、具体的には画像データを遠隔的に捕捉する撮像ユニットを有し、センサユニットはさらに、第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む複数のＰＰＧ信号を含むデータストリームを提供するように構成され、ＰＰＧ信号は、捕捉された画像データから導出可能な各波長範囲を表す。例として、センサユニットは、ビデオデータを捕捉できるビデオカメラとして構成される。ビデオデータは、可視線をカバーするが、少なくとも部分的に赤外線もカバーする。一般に、センサユニットは、各ＰＰＧ信号が選択されるかなり広い波長範囲で（ビデオ）画像データを捕捉するように構成される。
一方、少なくとも一部の実施形態では、デバイスは、被検体の皮膚に取り付け可能な接触センサユニットを含む。例えば、接触センサユニットは、それぞれが異なる波長範囲で動作するように構成される少なくとも３つの異なる接触センサ（例えば光ダイオード）を有する。さらに、３つの異なる波長範囲で動作可能な少なくとも１つの接触センサが想定される。各接触センサには、各放射線放出素子、より厳密には発光ダイオード等の光源が結合される、又は設けられる。また、接触測定環境では、本開示の少なくとも一部の態様から利益が得られる。
本発明のさらに別の態様では、皮膚組織のハイドレーション状態を測定する非干渉的ＰＰＧモニタリング方法が提示され、方法は、第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む複数のＰＰＧ信号を含むデータストリームを受信するステップと、複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対に基づく第１の結合信号、及び複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対に基づく第２の結合信号を少なくとも計算するステップであって、第２の結合信号の少なくとも１つのＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存するステップと、第１の結合信号及び第２の結合信号から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号を計算するステップとを含む。
好ましくは、限定的な意味で理解されるべきではないが、方法は、非干渉的遠隔ＰＰＧモニタリング方法として構成される。したがって、方法は、非接触ＰＰＧモニタリング方法として構成される。しかし、少なくとも一部の実施形態では、方法は、少なくとも１つの接触ＰＰＧセンサを使用する接触ＰＰＧモニタリング方法として構成され得る。
本発明のさらに別の態様では、コンピュータ上で実行されるとき、コンピュータに上記方法のステップを実行させるプログラムコード手段を有するコンピュータプログラムが提供される。
本明細書で使用されているように、「コンピュータ」という用語は、多様なデータ処理デバイスを表す。換言すれば、相当な計算能力を持つ医療デバイス及び／又はモバイルデバイスも、たとえそれらが標準的なデスクトップコンピュータよりも少ない処理能力リソースを提供するとしても、コンピューティングデバイスと言える。さらに、「コンピュータ」という用語はまた、クラウド環境で提供される計算能力を必要としたり使用したりする分散コンピューティングデバイスをも指す。
本発明の好適実施形態が従属請求項に規定されている。請求項記載の方法及び請求項記載のコンピュータプログラムは、請求項記載のデバイス及び従属デバイス請求項に規定のものと同様の好適実施形態を有し得ることが理解されるべきである。
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。図面は以下の図を含む。
本発明によるデバイスの一般的なレイアウトの略図を示す。 皮膚組織成分のスペクトル吸収挙動を示す図を示す。 皮膚組織成分のスペクトル吸収挙動を示す別の図を示す。 本開示の信号処理態様を示す略ブロック図を示す。 本開示の信号処理態様を示す別の略ブロック図を示す。 本開示による方法の実施形態の幾つかのステップを表す例示的ブロック図を示す。
以下のセクションは、本発明のデバイス及び方法の幾つかの態様を用いた、フォトプレチスモグラフィ、特に遠隔血中酸素飽和度測定に対する例示的手法を説明する。示される手法の各ステップ及び特徴は、それぞれの総体的手法又は実施形態のコンテキストから抽出可能であることを理解されたい。したがって、これらのステップ及び特徴は、やはり本発明の範囲に含まれる別個の実施形態の一部となり得る。
図１は、参照符号１０で示される、生理学的情報を抽出するデバイスの略図を示す。例えば、デバイスは、遠隔ＰＰＧモニタリングのために遠隔被検体１２又は被検体１２の少なくとも一部を表す画像フレームを記録するために使用され得る。これに関連して、被検体１２の関心領域がモニタリングの際にアドレスされ得る。関心領域は、例として、額部分、顔部分、又はより一般的には被検体１２の皮膚部分を含み得る。記録されたデータ、例えば一連の画像フレームを被検体１２から反射（又は再放出）された電磁放射線１４から導出することができる。場合により、特定の条件下では、電磁放射線の少なくとも一部は、被検体１２自体によって放出又は透過され得る。放射線の透過は、被検体１２が、被検体１２を通るように照らす強い照明源に露出されると生じる。放射線の放出は、体温によって引き起こされる赤外線放射がアドレスされ捕捉されると生じる。しかし、遠隔ＰＰＧ応用では、捕捉される電磁放射線１４の大部分は、被検体１２から反射された放射線と見なされ得る。被検体１２は、人間であっても動物であってもよく、一般に、生物である。さらに、被検体１２は、所望の信号を高度に示す人間又は動物の一部と見なされ得る。
日光又は人工放射線源といった放射線源、及び幾つかの放射線源の組み合わせは、被検体１２に影響を及ぼす又は衝突し得る。放射線源は、基本的に、被検体１２に当たる入射放射線を放出する。一般に、放射線源はデバイス１０に組み込まれる。しかし、代替的に、デバイス１０はまた、外部放射線源を使用し得る。一般に、デバイス１０は、可視光放射、さらに赤外線放射を検出及び／又は処理するように構成される。
例えば画像フレームのシーケンスであるそれぞれ捕捉されたデータから生理学的情報を抽出するために、被検体１２の関心領域といった所定の部分が、センサ２０によって検出され得る。センサ２０は、電磁放射線１４の少なくとも１つのスペクトル成分に属する情報を捕捉するように適合された光学センサによって具現化され得る。かなり単純な実施形態では、センサ２０は、カメラ又はカメラセットによって具現化される。
当然ながら、デバイス１０はまた、事前に記録され、その後記憶又はバッファリングされている入力信号、即ち、入力データストリーム３２を処理するように適合されてもよい。上記されたように、電磁放射線１４は、少なくとも１つのバイタルパラメータを高度に示し得る連続的又は離散的特性信号、ＰＰＧ信号を含み得る。特性信号は、入力データストリーム３２に具現化され得る。
一般に、特性ＰＰＧ信号は、かなり一定（ＤＣ）の部分と、ＤＣ部分に重ね合わされる交流（ＡＣ）部分とを含むと考えられる。信号処理手段を適用した後、ＡＣ部分は抽出され、さらに、外乱に対して補正され得る。例えば特性信号のＡＣ部分は、被検体１２の血管活動、特に心拍を高度に示し得る優位周波数を含み得る。また、特性信号、特にＡＣ部分は、別のバイタルパラメータを示し得る。これに関連して、血中酸素飽和度の検出は、重要な応用分野である。本開示は、主に、ＰＰＧベース、より厳密にはｒＰＰＧベースの方法及びデバイスの拡大応用について説明する。
上記されたように、血中酸素飽和度を表す値は、基本的に、特性信号の異なるスペクトル部分における特性信号のＡＣ部分の挙動を考慮して計算され得る。換言すれば、血中酸素飽和度は、血管における様々な放射線吸収度に反映され得る。さらに、酸素化の度合いによる吸収度の差は、様々なスペクトル部分に亘っても大きく変化するという事実を利用することができる。通常は、ＤＣ成分は、組織、静脈血及び非拍動動脈血の全光吸収を表す。一方、ＡＣ成分は、拍動動脈血の吸収を表す。したがって、血中酸素飽和度（ＳｐＯ２）の決定は、次の通りに表すことができる。
ここで、Ｃは、較正パラメータである（又は較正パラメータセットを表す）。Ｃは、ＡＣ／ＤＣ関係に適用可能である多種多様な較正パラメータを表す。したがって、式（１０）の厳密な代数的意味に解釈されるべきではない。通常、従来技術の測定デバイスでは、Ｃは、固定の一定値又は固定定数のセットを表す。
例として、別の例示的なＳｐＯ２導出モデルは、次の通りに表すことができる。
ここで、Ｃ１及びＣ２は、線形近似値の較正パラメータと考えられ得る。例示的な実施形態では、信号較正パラメータ決定は、パラメータＣ１を調整する又は適合させるために行われ得る。さらに、代替的に、ＳｐＯ２導出はまた、デバイス１０に蓄積される（又はデバイス１０によってアクセス可能な）値テーブルに基づく。値テーブル（又はデータベース）は、検出されたＰＰＧ信号と所望の較正パラメータとの間の関係の離散的な表現を提供する。その場合においても、適合可能な較正パラメータは、バイタルパラメータ決定の精度を改善するために適用される。
式（１０）及び（１１）は、主として例示的な目的で示されていることを理解されたい。これらは、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。ＳｐＯ２測定と皮膚組織ハイドレーション測定とを組み合わせることは有益である。しかし、代替的に、皮膚組織ハイドレーション測定がＳｐＯ２測定に適用できないモデル及び方程式に基づくことも想定される。実際には、当業者は、皮膚組織ハイドレーション測定が確立される、さらに適切な導出モデルを決定し、確立する。
連続的又は離散的な特性信号を含むデータストリーム３２は、センサ手段２０からインターフェース２２に供給され得る。当然ながら、バッファ手段がセンサ手段２０とインターフェース２２との間に配置され得る。インターフェース２２の下流で、入力データストリーム３２がデータ処理モジュール３０に供給され得る。データ処理モジュール３０は、所望のデータ処理を提供するために各論理命令（プログラムコード）により駆動されるコンピューティングデバイス、又は少なくともコンピューティングデバイスの一部と見なされ得る。データ処理モジュール３０は、以下で取り上げられる幾つかの構成要素又はユニットを有する。
データ処理モジュール３０の各構成要素又はユニットは、仮想的又は個々に実装され得ることを理解すべきである。例えば、データ処理モジュール３０は、マルチコアプロセッサ又はシングルコアプロセッサ等の幾つかのプロセッサを含む。少なくとも１つのプロセッサがデータ処理モジュール３０によって使用され得る。各プロセッサは、標準プロセッサ（例えば中央処理装置）として又は専用プロセッサ（例えばグラフィックプロセッサ）として構成され得る。したがって、データ処理モジュール３０は、データ処理の幾つかのタスクを適切なプロセッサに分配するように適切に動作することができる。
有利な実施形態によれば、データ処理モジュール３０には、データストリーム３２を受信するインターフェース２２が設けられる、又は結合される。データストリーム３２は、第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、及び第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む複数のＰＰＧ信号を含む。また、データストリーム３２に第４のＰＰＧ信号が提供されてもよい。各ＰＰＧ信号は、データストリーム３２に埋め込まれ、データストリーム３２から抽出され得る。データストリーム３２は、被検体１２の表現を含むビデオデータを含む。
データ処理モジュール３０はさらに、複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対に基づく第１の結合信号、及び複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対に基づく第２の結合信号を少なくとも計算する処理ユニット２４を有する。好ましくは、第１又は第２の結合信号の少なくとも一方のＰＰＧ信号は、現在の組織ハイドレーションレベルに依存し、他方の結合信号のＰＰＧ信号は、現在の組織ハイドレーションレベルに依存しない、即ち、ハイドレーション不変である。これは、皮膚組織の水分蓄積は、波長依存強度により光吸収挙動に影響を及ぼすという観察に起因する。
データ処理モジュール３０はさらに、第１の結合信号及び第２の結合信号から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号３４を計算する解析ユニット２６を有する。ハイドレーション信号３４は、各出力インターフェース２８を介して供給又は出力される。代替的に、デバイス１０自体がディスプレイ又は同様の出力ユニットを有する。
図１には、デバイス１０の潜在的な全体的システム境界が参照符号３６で示される。例えば、参照符号３６は、通常の処理装置又はハウジングを表す。デバイス１０はまた、分散デバイスとして実装され得ることを理解されたい。
被検体の皮膚組織の実際のハイドレーション状態は、皮膚組織の吸収挙動に影響を及ぼすことが観察されている。したがって、皮膚ハイドレーション（皮膚組織に蓄積された水分）の実際の程度は、センサ２０、又はより一般的にはデバイス１０により捕捉されるデータに反映される。
これに関連して、図２及び図３は、皮膚組織に存在する幾つかの物質の吸収挙動のスペクトル依存性を示す。図２は、定性的な光吸収分布図４０を示す。図３は、定量的な光吸収分布図６０を示す。
図２において、横軸４２は実際の波長を表す。また、縦軸４４は、０（全く吸収なし）と１（全吸収）の間の値をとる実際の吸収度を表す。図３において、横軸６２は波長範囲を示す。縦軸６４は、１０−３と１０４の間の値（対数目盛り）をとる吸収係数（単位［ｃｍ−１］）を示す。
図２において、グラフ４６は、ヘモグロビンによる光吸収のスペクトル依存性を示す。グラフ４８は、メラニンによる光吸収のスペクトル依存性を示す。グラフ５０は、水による光吸収のスペクトル依存性を示す。図３において、グラフ６６は、ヘモグロビン（Ｈｂともいう）による光吸収のスペクトル依存性を示す。グラフ６６は、脱酸素化ヘモグロビンに関連する。一方、グラフ６８は、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ２ともいう）による光吸収のスペクトル依存性を示す。そして、グラフ７０は、水による光吸収のスペクトル依存性を示す。
入射放射線の波長及び皮膚組織の実際の組成に応じて、入射放射線の各部分が吸収される。したがって、センサ２０により検出され、デバイス１０により評価され得る入射放射線の残りの部分は、反射（及び／又は透過）される。
図３に参照符号７２、７４、７６、及び（オプションとして）７８で示されるように、各波長部分を示す複数の各ＰＰＧ信号は、最終的にハイドレーション表示信号を導出するように観察される、及び／又は画像／ビデオデータから取得される。例として、第１のＰＰＧ信号は、約６６０ｎｍの領域の波長又は波長範囲７２を示す。第２のＰＰＧ信号は、約８１０ｎｍの領域の波長又は波長範囲７４を示す。第３のＰＰＧ信号は、約１０５０ｎｍの領域の波長又は波長範囲７６を示す。第４のＰＰＧ信号は、約９１０ｎｍの領域の波長又は波長範囲７８を示す。
前述のように、ＰＰＧ信号の各対は、少なくともある程度、酸素飽和度に依存する結合信号を処理するように、複数のＰＰＧ信号から選択される。重要な側面は、２つの各結合信号が少なくとも３つの異なるＰＰＧ信号から取得され得ることである。実際、酸素飽和度表示信号は、基本的に２つの結合信号に対して（酸素化の点で）同じレベルを有しなければならない。かなりの信号相違が検出され得ると仮定すると、観察された皮膚組織における実際の水分蓄積に関する結論が導き出され得る。したがって、水分蓄積に依存する放射線吸収が、各範囲７２、７４、７６、及び７８における全体的な吸収に多かれ少なかれ影響を与えるように、複数のＰＰＧ信号及び複数の各波長範囲７２、７４、７６、及び７８を選択することは有益である。
図４及び図５は、本開示によるデバイス１０で用いられる信号処理手法を示す。
図４及び図５の両方に見られるように、（図１に示されるデータストリーム３２に対応する）データストリーム１００が受信及び処理される。データストリーム１００は、好ましくは画像フレームのシーケンスを含む。少なくとも一部の実施形態では、データストリーム１００は、ビデオデータストリームと見なされ得る。データストリーム１００は、通常、観察される被検体１２の関心領域、典型的には皮膚領域の表現を含む。さらに、ブロック矢印１０４、１０６、１０８、及び、オプションで１１０により示されるように、各スペクトルの副部がデータストリーム１００から取得される。このため、フィルタ１０２が用いられる。フィルタ１０２は、ハードウェアフィルタの形態をとる。付加的に、又は代替的に、フィルタ１０２は、ソフトウェアフィルタの形態をとる。フィルタ１０２は、一般に帯域フィルタとして構成される。フィルタ１０２は、センサ２０のレベル及び／又はデータ処理モジュール３０のレベルで実装される。代替的に、センサ２０は、異なるＰＰＧ信号１０４、１０６、１０８、１１０を複数の波長感受性センサ素子及びデータ転送チャネルを介してそれぞれ捕捉するように構成される。一般的に、各ＰＰＧ信号１０４、１０６、１０８、１１０は、電磁スペクトルの、特に可視光域及び赤外線域のかなり狭い副帯域を表す。
図４及び図５の例示的ブロック１１２、１１４で示されるように、結合信号１１６、１１８が、複数のＰＰＧ信号１０４、１０６、１０８、及び１１０に基づいて計算される。これは、処理ユニット２４により実行される。各結合信号１１６、１１８は、複数のＰＰＧ信号１０４、１０６、１０８、１１０から選択された一対のＰＰＧ信号に基づく。したがって、２つの異なる結合信号１１６、１１８の計算を可能にするために少なくとも３つのＰＰＧ信号が必要とされる。一部の実施形態では、各結合信号１１６、１１８が異なる信号の異なる対に基づくように、４つの異なるＰＰＧ信号１０４、１０６、１０８、及び１１０が使用される。
さらに参照番号１２０で示されるように、結合信号１１６、１１８は比較される。このため、ハードウェア及び／又はソフトウェア信号比較器が使用される。信号比較は、解析ユニット２６により実行される。信号比較１２０は、第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８間の検出された相違を出力する。検出された信号相違は、観察される皮膚組織の実際のハイドレーション状態の評価に使用される。
これに関連して、図４がさらに参照される。図４に示される実施形態によれば、ある種の「制御ループ」が確立される。参照符号１２２により示されるように、第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８間の信号のマッチングが実行される。有意な各相違が１２０及び１２２において検出されると仮定すると、第２の結合信号１１８（及び／又は第１の結合信号１１６）の計算のためのパラメータの各修正が、参照番号１２４により示されるように行われる。したがって、やはり第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８間の検出された信号相違をもたらすさらなる信号比較が１２０において行われる。しかし、１２４において計算パラメータが適切に修正されたとすれば、第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８の信号のマッチングが最終的に検出される。次に、参照番号１２６で示されるように、観察される皮膚組織の実際のハイドレーション状態を高度に示す出力信号が生成される。出力信号は、第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８の所望の信号のマッチングを可能にする修正された「較正」パラメータから導出され得る。
図５に示される皮膚組織ハイドレーション検出手法は、わずかに修正されている。参照番号１２８で示されるように、１２０において検出された第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８間の現在の差又は相違を使用して、例えば参照テーブルにより具現化される各データベース１３０を調べる。したがって、最終的に第１の結合信号１１６及び第２の結合信号１１８が一致するように、各パラメータを修正する必要はない。一方、検出された差は、入力値の役割を果たす。この入力値に基づいて、皮膚組織ハイドレーション状態を示す所望の出力値がデータベース１３０から取得され、最終的に、図５の参照番号１３２で示される各ブロックにより示される結果として提供される。
図４及び図５に示される上記手法は、皮膚ハイドレーション状態の即時測定に用いられる。しかし、少なくとも一部の実施形態では、上記手法は、皮膚ハイドレーション状態の連続的及び／又は準連続的測定に用いられる。また、各基準測定を必要とする絶対皮膚ハイドレーション表示値を計算することが想定される。一方、少なくとも一部の実施形態では、例えば傾向モニタリングを可能にする相対皮膚ハイドレーション表示値を計算することが好ましい。
本開示に含まれる幾つかの代替的な例示的手法を示したが、次に、好ましくは非干渉的遠隔ＰＰＧモニタリング方法として構成される、皮膚組織のハイドレーション状態を測定する方法を概略的に示す図６が参照される。まず、ステップＳ１０において、画像データが記録又は捕捉される。画像データは、（可視及び近赤外）画像フレームのシーケンスを含む。画像データは、（可視及び近赤外）ビデオデータと見なされる。次のステップＳ１２において、捕捉されたデータに基づくデータストリームが受信される。データストリームは、それぞれが各波長範囲を示す複数のＰＰＧ信号を含む。一般に、各波長範囲を示す少なくとも３つの異なるＰＰＧ信号がデータストリームから導出されることが好ましい。
次のステップＳ１４において、第１の結合信号及び第２の結合信号が計算される。第１の結合信号及び第２の結合信号は、それぞれ、ステップＳ１２において受信されたデータストリームに埋め込まれている複数のＰＰＧ信号から選択される信号の各対に基づく。前述のように、皮膚組織ハイドレーションレベルは、基本的に、波長に依存して皮膚組織の光吸収挙動に影響を及ぼす。したがって、データストリームに与えられた情報に存在する透過及び／又は反射挙動も影響を受ける。水の光吸収は、入射光の実際の波長にさらに依存し、第１の結合信号及び第２の結合信号は、異なる波長部分を表すＰＰＧ信号を使用するため、第１の結合信号及び第２の結合信号間の特徴的な相違が、実際の皮膚組織ハイドレーションレベルを高度に示す信号を取り出すように検出及び処理される。皮膚組織ハイドレーション信号の各計算は、ステップＳ１６において実行される。次のステップＳ１８において、結果として生じるハイドレーション信号が、次の処理ステップのために表示され、出力及び／又は提供される。
例として、本発明は、例えば、非干渉的な遠隔患者モニタリング、一般的なサーベイランス、セキュリティモニタリング、例えばフィットネス機器等の所謂ライフスタイル環境等のヘルスケアの分野で応用可能である。用途は、酸素飽和度（パルスオキシメトリ）、心拍数、血圧、心拍出量、血液かん流の変化、自律機能の評価、及び皮膚組織のハイドレーション検出と組み合わせ可能な末梢血管疾患の検出を含む。言うまでもなく、本発明による方法の一実施形態において、本明細書に記載されたステップのうちの幾つかが、変更された順序で、さらには同時に実行され得る。また、本発明の範囲を逸脱することなく、これらのステップの一部が省略され得る。
請求項において、用語「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」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。単一の要素又はその他のユニットが、請求項に記載される複数のアイテムの機能を果たす。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、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを示すものではない。
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、若しくは他のハードウェアの一部として供給される、例えば光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような好適な（非一時的）媒体に格納／配布されるが、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等、その他の形態で配布されてもよい。また、様々な実施形態は、コンピュータ又は命令を実行する何らかのデバイス若しくはシステムによって又はそれとともに使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体からアクセス可能な、コンピュータプログラムプロダクトの形態を取り得る。この開示の目的で、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、一般に、命令実行デバイスによって又はそれとともに使用されるプログラムを収容し、格納し、通信し、伝搬し、又は輸送する如何なる有形の装置であってもよい。
さらに、様々な実施形態は、コンピュータ又は命令を実行する何らかのデバイス若しくはシステムによって又はそれとともに使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体からアクセス可能な、コンピュータプログラムプロダクトの形態を取り得る。この開示の目的で、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、一般に、命令実行デバイスによって又はそれとともに使用されるプログラムを収容し、格納し、通信し、伝搬し、又は輸送する如何なる有形のデバイス又は装置であってもよい。
本開示の実施形態が、ソフトウェア制御されるデータ処理デバイスによって少なくとも部分的に実行されるものとして記述されている限りにおいて、例えば光ディスク、磁気ディスク、半導体メモリ等、そのようなソフトウェアを担持する非一時的な機械読み取り可能媒体も、本開示の一実施形態を表すと見なされることが理解される。
コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、例えば、限定することなく、電子式、磁気式、光学式、電磁式、赤外線式、あるいは半導体のシステム、又は伝搬媒体とすることができる。コンピュータ読み取り可能媒体の非限定的な例は、半導体メモリ若しくはソリッドステートメモリ、磁気テープ、リムーバブルコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、リジッドな磁気ディスク及び光ディスクを含む。光ディスクは、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク読出し／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、及びＤＶＤを含む。
また、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードを、該コンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードがコンピュータ上で実行されるときに、該コンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードの実行が、該コンピュータに通信リンク上で、別のコンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードを送信させるように収容あるいは格納する。この通信リンクは、例えば、限定されるわけではないが、物理的媒体又は無線媒体を使用する。
コンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードの格納及び／又は実行を行うのに適したデータ処理システム又はデバイスは、例えばシステムバス等の通信構造を通じてメモリ素子に直接的あるいは間接的に結合される１つ以上のプロセッサを含むことになる。メモリ素子は、プログラムコードの実際の実行中に使用されるローカルメモリと、大容量ストレージと、コードの実行中に大容量ストレージからコードが取り出される回数を削減するために少なくとも一部のコンピュータ読み取り可能又はコンピュータ使用可能なプログラムコードの一時的な記憶を提供するキャッシュメモリとを含む。
入力／出力デバイス、すなわち、Ｉ／Ｏデバイスが、直接的に、あるいは介在Ｉ／Ｏコントローラを介してシステムに結合され得る。これらのデバイスは、例えば、限定されるわけではないが、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、及びポインティングデバイスを含む。データ処理システムが、介在する私的又は公共のネットワークを通じて、その他のデータ処理システム、リモートプリンタ、又はストレージデバイスに結合されたものとなるように、様々な通信アダプタもシステムに結合される。非限定的な例は、現在利用可能な種類の通信アダプタのほんの数例であるが、モデム及びネットワークアダプタである。
様々な例示的実施形態の記述を、例示及び説明の目的で提示してきたが、網羅的であったり、開示した形態での実施形態に限定したりすることを意図したものではない。数多くの変更及び変形が当業者に明らかになる。また、異なる例示的実施形態は、その他の例示的実施形態と比較して異なる利点を提供する。選択されたこれら１つ以上の実施形態は、実施形態の原理や実用的な用途を最もよく説明するため、及び当業者が、企図する特定の用途に適した様々な変更を有する様々な実施形態に関して本開示を理解することを可能にするために選択され、説明されたものである。開示され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。

Claims (15)

  1. 皮膚組織のハイドレーション状態を測定する非干渉的ＰＰＧモニタリングデバイスであって、当該デバイスは、
    第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、及び第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む、複数のＰＰＧ信号を含むデータストリームを受信するインターフェースと、
    前記複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対に基づく第１の結合信号、及び複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対に基づく第２の結合信号を少なくとも計算する処理ユニットであって、前記第１の結合信号又は前記第２の結合信号の少なくとも一方のＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存し、他方の結合信号の前記ＰＰＧ信号が前記組織ハイドレーションレベルに依存しない処理ユニットと、
    前記第１の結合信号及び前記第２の結合信号から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号を計算する解析ユニットと、を含む、デバイス。
  2. 前記解析ユニットはさらに、前記第１の結合信号と前記第２の結合信号とをマッチングさせ、信号のマッチングに基づいて前記ハイドレーション信号を計算する、請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記解析ユニットはさらに、前記第２の結合信号に対する可変較正定数を修正することにより、前記第１の結合信号に対する較正定数の所定のセットを考慮して前記ハイドレーション信号を計算する、請求項２に記載のデバイス。
  4. 前記解析ユニットはさらに、前記ハイドレーション信号の経時的な相対変化を連続又は準連続的にモニタする、請求項１に記載のデバイス。
  5. 前記処理ユニットはさらに、較正定数の第１の所定のセットを考慮して少なくとも前記第１の結合信号を計算し、較正定数の第２の所定のセットを考慮して少なくとも前記第２の結合信号を計算し、前記解析ユニットはさらに、皮膚ハイドレーションレベルの基準値、及び少なくとも前記第１の結合信号と少なくとも前記第２の結合信号との間の検出された相違に基づいて前記ハイドレーション信号を計算する、請求項１に記載のデバイス。
  6. 前記解析ユニットは、基準測定から取得される基準値のデータセットに基づいて絶対組織ハイドレーションレベル値をモニタする、請求項５に記載のデバイス。
  7. 前記第１の波長範囲は赤色波長範囲から選択され、前記第２の波長範囲は近赤外波長範囲から選択され、前記第３の波長範囲は深赤外波長範囲から選択され、前記第３の波長範囲は、前記第２の波長範囲より大きい波長を含む、請求項１に記載のデバイス。
  8. 前記複数のＰＰＧ信号はさらに、第４の波長範囲を示す少なくとも第４のＰＰＧ信号を含み、前記第４の波長範囲は、赤色波長帯域及び近赤外波長帯域に及ぶ波長領域から選択され、好ましくは、前記第４の波長範囲は、前記深赤外波長範囲から選択される、請求項７に記載のデバイス。
  9. 前記第１の結合信号及び前記第２の結合信号は、それぞれ酸素飽和度を示す信号である、請求項１に記載のデバイス。
  10. 前記第１の結合信号及び前記第２の結合信号は、それぞれ、前記複数のＰＰＧ信号から選択される第１の選択信号及び前記複数のＰＰＧ信号から選択される第２の選択信号の比率を含む、請求項１に記載のデバイス。
  11. 前記第１の結合信号及び前記第２の結合信号は、それぞれ、前記複数のＰＰＧ信号から選択される前記第１の選択信号の時間変化する成分及び前記複数のＰＰＧ信号から選択される前記第２の選択信号の時間変化する成分の比率を含む、請求項１０に記載のデバイス。
  12. 前記第１の結合信号は、組織ハイドレーションレベルに依存し、前記第２の結合信号の少なくとも１つのＰＰＧ信号は、前記第１の結合信号のＰＰＧ信号よりも組織ハイドレーションレベルへの依存度が好ましくは少なくとも２．０倍、より好ましくは５．０倍増大して高い、請求項１に記載のデバイス。
  13. 前記デバイスはさらに、センサユニット、具体的には画像データを遠隔的に捕捉する撮像ユニットを有し、前記センサユニットはさらに、前記第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む複数のＰＰＧ信号を含むデータストリームを提供し、前記ＰＰＧ信号は、捕捉された前記画像データから導出可能な各波長範囲を表す、請求項１に記載のデバイス。
  14. 皮膚組織のハイドレーション状態を測定する非干渉的ＰＰＧモニタリング方法であって、当該方法は、
    第１の波長範囲を示す第１のＰＰＧ信号、第２の波長範囲を示す第２のＰＰＧ信号、第３の波長範囲を示す第３のＰＰＧ信号を少なくとも含む複数のＰＰＧ信号を含むデータストリームを受信するステップと、
    複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第１の対に基づく第１の結合信号、及び前記複数のＰＰＧ信号から選択される信号の第２の対に基づく第２の結合信号を少なくとも計算するステップであって、前記第１の結合信号又は前記第２の結合信号の少なくとも一方のＰＰＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存し、他方の結合信号の前記ＰＲＧ信号が組織ハイドレーションレベルに依存しないステップと、
    前記第１の結合信号及び前記第２の結合信号から導出される、皮膚ハイドレーションを示すハイドレーション信号を計算するステップと、を含む、方法。
  15. 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時に、請求項１４に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
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