JP2022518173A - 動脈系の機能性を測定するための装置 - Google Patents

Abstract

個人の動脈系の機能性を測定するための装置は、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィセンサ（１０１）を備えている。装置は更に、フォトプレチスモグラフィセンサが電磁放射を動脈系に出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置（１０２）を備えている。反射された電磁放射の包絡線上の機械的圧力の結果は、動脈の拡張期血圧を決定するために、または、正常な内皮機能があるかどうかを決定するために使用できる。【選択図】図１ａ

Description

本開示は、動脈系の機能性を測定するための装置と方法に関する。測定される機能性は、例えば、動脈の拡張期血圧「ＤＢＰ」（最低血圧、最小血圧）または血管運動性変化に反応するための血液循環の能力を表わす内皮機能であってよい。更に、本開示は、動脈系の機能性を測定するためのコンピュータプログラムに関する。

動脈系において起こり得る異常は、診断されず、適切に処置および／または治療されないと、個人の健康を徐々に蝕む可能性がある。例えば、高血圧は、心血管疾患に対する重大な危険因子である。従って、血圧測定は、多くの医療検査における日常業務となっている。ここ数十年の間、典型的な振動測定法である、自動化非侵襲性血圧「ＮＩＢＰ」測定技術が普及している。この技術においては、加圧帯（血圧計で上腕に巻き膨らませる布）が上腕動脈の上に置かれ、収縮期圧を超えるために空気がポンプで加圧帯に送り込まれると、血液の流れは完全に遮断される。加圧帯における空気圧が開放されると、加圧帯において測定される脈動、つまり振動が、平均動脈血圧「ＭＡＰ」の点まで増大し、この後減少し始める。脈動の鐘形状の包絡線が、対応する減少血圧曲線と共に時間ドメインにおいて提示される。そして収縮期および拡張期血圧が、母集団研究から導出された、予め固定されたパーセンテージを使用してＭＡＰから計算される。収縮期血圧は、典型的には、血圧がＭＡＰより高く、包絡線の値が包絡線の最大値の５０％、つまり、ＭＡＰに対応する包絡線の値の５０％であるときの血圧曲線の点に対応していると考えられ、拡張期血圧は、典型的には、血圧がＭＡＰより低く、包絡線の値が包絡線の最大値の８０％であるときの血圧曲線の点に対応していると考えられる。

動脈系における異常の他の例は、動脈におけるプラーク（異常な斑）の形成によって引き起こされるアテローム性動脈硬化症に対する前駆状態であることが懸念される内皮機能不全である。臨床試験においては、内皮機能は上腕動脈を数分間閉塞することにより誘発され、開放されると、動脈への血液の流れが増大し、内皮細胞は一酸化窒素ＮＯを排出し始める。そして一酸化窒素は動脈を拡張させてより多くの血液が流れるようにする。内皮機能不全の動脈は、同じようには拡張しない。

多くの場合、上記の種類の異常が早期の段階で検出されることは利点である。従って、例えば、血圧を測定し、および／または、内皮機能不全の徴候を得るための、使い方の易しい技術に対する需要がある。

下記に、種々の発明の実施形態の幾つかの態様の基本的理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。概要は、本発明の広範囲にわたる概観ではない。概要は、本発明のキーとなるまたは重要な要素を特定することも、本発明の範囲を正確に記述することの何れも意図されていない。下記の概要は、本発明の例としての実施形態のより詳細な記述への前置きとして、簡略化された形状において本発明の幾つかの概念を提示しているに過ぎない。

本発明によれば、個人の動脈系の機能性を測定するための新しい装置が提供される。本発明に係る装置は、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィ（光学的体積変動記録器）「ＰＰＧ」センサを備えている。装置は更に、フォトプレチスモグラフィセンサが電磁放射を動脈系に出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置を備えている。

この文献においては、「管理する」という動詞は、管理することが必ずしも、例えば、上記の機械的圧力のような、管理されているエンティティを制御または変更することを含んでおらず、管理することは、管理されるエンティティを測定することのみを含むことができるように、広い意味で理解されるべきである。

上記の４７５ｎｍから６００ｎｍの波長範囲は、上記の電磁放射が、皮下組織に位置している動脈には到達せずに、真皮網状層に位置している、より表面に近い皮膚細動脈に到達できるのみであるように選択されている。波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約５３７ｎｍであってよく、その場合は、電磁放射は緑の光である。

脈圧、つまり、収縮期血圧と拡張期血圧との間の差は、上腕に位置している上腕動脈から手首に位置している橈骨動脈、そして、指先に位置している横手掌弓動脈に向けて増大する。細動脈に入って、最終的に毛細血管に入ると、平均動脈血圧「ＭＡＰ」と脈圧は相当に降下する。指先の動脈における拡張期血圧は、指先の細動脈の収縮期血圧とほぼ等しいということが分かっている。そのため、上記の装置は、動脈における拡張期血圧を推定するためと共に、細動脈におけるＭＡＰと、細動脈における収縮期血圧を測定するために使用できる。測定手順は、例えば必ずしもそうとは限らないが、指先に印加される機械的圧力を増減し、ＰＰＧセンサの出力信号を記録することを含むことができる。ＰＰＧセンサの出力信号は、指先の細動脈から反射された電磁放射を示している。ＭＡＰは、反射された電磁放射の包絡線が最大値に到達するときの機械的圧力の値に対応している。細動脈における収縮期血圧と動脈における拡張期血圧は、ＭＡＰよりも大きい機械的圧力で、反射された電磁放射の包絡線が、最大値の所定のパーセンテージ、例えば５０％であるときの機械的圧力の値に対応している。機械的圧力を増減することは、例えば、血液の流れが遮断されるように指を、収縮期血圧を超えて押し付け、そして、徐々に押し付けを削減することを含むことができる。機械的圧力をゼロから、血液の流れが遮断される圧力まで増大することも可能である。反射された電磁放射の包絡線は、例えば、ＰＰＧセンサの出力信号を帯域通過フィルタ処理し、帯域通過フィルタ処理された出力信号の包絡線曲線を構築することにより形成できる。

他の例として、上記の装置は、内皮機能を測定するために使用できる。測定手順は、例えば必ずしもそうとは限らないが、反射された電磁放射の包絡線がほぼゼロになるまで指先に印加される機械的圧力を増大し、そして、その機械的圧力を一定に保つことを含むことができる。適切な内皮機能の場合、反射された電磁放射の包絡線における増大は、機械的圧力が一定に保たれるときに見ることができる。内皮機能不全の場合は、上記の種類の増大は起きない。

例としての非制限的実施形態に係る装置においては、ＰＰＧセンサは、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する上記の第１電磁放射に加えて、６２０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長を有する第２電磁放射を出射するための手段と、動脈系から反射された上記の第１および第２電磁放射の一部を受信するための手段を備えている。

６２０ｎｍから９００ｎｍの第２電磁放射の波長範囲は、第２電磁放射が、皮下組織に位置している動脈に到達するように選択されている。そのため、第２電磁放射は、動脈における拡張期血圧と共に、動脈におけるＭＡＰと、動脈における収縮期血圧を測定するために使用できる。そのため、動脈における拡張期血圧は、第１および第２電磁放射の両者で測定でき、そのため、測定の精度と信頼性を向上する。測定手順は、例えば必ずしもそうとは限らないが、指先に印加される機械的圧力を増減し、指先の動脈系から反射された第１および第２電磁放射に対応する第１および第２出力信号をＰＰＧセンサから記録することを含むことができる。他の例としては、第２電磁放射は、内皮機能を測定するときに、指先に印加される機械的圧力が増大されて到達する圧力を決定するために使用できる。この測定においては、機械的圧力は、反射された第２電磁放射の包絡線が、その最大値に到達するまで増大される。第２電磁放射の波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約６６０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤い光であり、または、約８８０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤外線（ＩＲ）放射である。

本発明によれば、個人の動脈系の機能性を測定するための新しい方法が提供される。本発明に係る方法は、
動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射することと、
動脈系から反射された電磁放射の一部を受信することと、
電磁放射が動脈系に対して出射され、反射された電磁放射が動脈系から受信されるときに、動脈系に印加される機械的圧力を変更することと、
受信された電磁放射に基づいて、動脈系の機能性を示す情報を生成することを備えている。

本発明によれば、個人の動脈系の機能性を測定するための新しいコンピュータプログラムもまた提供される。本発明に係るコンピュータプログラムは、プログラマブル処理システムが、
フォトプレチスモグラフィセンサを、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するように制御し、
圧力装置を、フォトプレチスモグラフィセンサが電磁放射を動脈系に対して出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えている。

本発明によれば、新しいコンピュータプログラム製品もまた提供される。コンピュータプログラム製品は、本発明に係るコンピュータプログラムで符号化された、例えば、コンパクトディスク「ＣＤ」などの不揮発性コンピュータ読取り可能媒体を備えている。

例としての非制限的実施形態は、付随する従属請求項において記述される。

構成と動作の方法の両者についての種々の例としての非制限的実施形態は、その追加的な目的と利点と共に、付随する図面と一緒に読まれると、特定の例としての実施形態の下記の記述から最も良好に理解されるであろう。

この文献においては、「備える」と「含む」という動詞は、列挙されていない特徴もその存在を排除するものでも要求するものでもない開放的制限として使用されている。付随する従属請求項において列挙される特徴は、そうでないと明示的に記述されない限り自由に相互に組み合わせ可能である。更に、「１つの」、つまり単数形の使用は、この文献を通して、複数を排除するものではないということは理解されるべきである。

例としての非制限的実施形態およびそれらの利点は、付随する図面を参照して、下記により詳細に説明される。

図１ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置を例示している。 図１ｂは、指先の動脈系から反射された電磁放射を時間の関数として例示している例としてのグラフを示している。 図１ｃは、図１ａに例示されている装置を備えているモバイル機器を示している。 図２ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置を例示している。 図２ｂは、異なる波長を有し、指先の動脈系から反射された電磁放射を時間の関数として例示している例としてのグラフを示している。 図３は、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置を例示している。 図４ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置を例示している。 図４ｂは、異なる波長を有し、指先の動脈系から反射された電磁放射を時間の関数として例示している例としてのグラフを示している。 図５は、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る方法のフローチャートを示している。

下記の記述において提供される特定の例は、付随する請求項の範囲および／または適用可能性を制限するものとは解釈されるべきではない。記述において提供される例のリストとグループは、そうでないと明示されない限り、すべてを網羅しているものではない。

図１ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置の模式図を示している。装置は、個人の指先１０８に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、指先１０８の動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィ「ＰＰＧ」センサ１０１を備えている。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、波長は４８０ｎｍから６００ｎｍの範囲である。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、波長は５００ｎｍから６００ｎｍの範囲である。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、波長は５００ｎｍから５７５ｎｍの範囲である。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、波長は５００ｎｍから５５０ｎｍの範囲である。波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約５３７ｎｍであってよく、その場合は、電磁放射は緑の光である。ＰＰＧセンサ１０１は、放射出射器１０９と光検出器１１０を備えている。放射出射器１０９は、例えば、発光ダイオード「ＬＥＤ」であってよく、光検出器１１０は、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタであってよい。図１ａはまた、指先の拡大された模式断面図１３０も示している。断面は、座標系１９９のｙｚ面に平行である。断面図１３０において、出射および反射された放射は、折れ線１１７で示されている。断面図１３０において例示されているように、電磁放射１１７は皮下組織１１４に位置している動脈１１１には到達せず、真皮網状層１１５に位置している細動脈１１２に到達できるだけである。断面図１３０においては、毛細血管は参照番号１１３により示されており、指先の皮膚の表皮は、参照番号１１６により示されている。

装置は更に、フォトプレチスモグラフィセンサ１０１が電磁放射を出射および受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置１０２を備えている。この例としての場合においては、圧力装置１０２は、指先１０８により圧力センサに向けられた機械的圧力Ｐを測定するための圧力センサを備えている。

図１ｂは、装置が、動脈１１１における拡張期血圧「ＤＩＡ」と共に、細動脈１１２における平均動脈血圧「ＭＡＰ」と細動脈における収縮期血圧「ＳＹＳ」を推定するために使用される例としての状況における、反射された電磁放射を例示している曲線１１９を示している。この例としての場合においては、指先１０８はまず、圧力装置１０２に対して押し付けられ、それにより機械的圧力Ｐが収縮期血圧を超え、そのため血液の流れが遮断されるようにする。その後、押し付けを徐々に開放して、それにより、図１ｂに示されている曲線１２２で示されるように、機械的圧力Ｐが時間の関数として減少するようにする。曲線１１９は、例えば、ＰＰＧセンサ１０１の帯域通過フィルタ処理された出力信号を表わすことができる。帯域通過フィルタ処理の通過帯域は、例えば、１Ｈｚから１０Ｈｚであってよい。この例としての場合においては、帯域通過フィルタ処理された信号は、帯域通過フィルタ処理された信号の包絡線を形成するためにヒルベルト変換される。図１ｂにおいては、ヒルベルト変換された、フィルタ処理された信号が曲線１２０で示され、その包絡線は曲線１２１で示されている。

細動脈１１２におけるＭＡＰの推定値は、反射された電磁放射の上記の包絡線１２１がその最大値に到達するときの機械的圧力Ｐの値である。そのため、細動脈におけるＭＡＰは、図１ｂに示されているように、包絡曲線１２１と機械的圧力曲線１２２により推定できる。細動脈１１２における収縮期血圧「ＳＹＳ」の推定値は、細動脈１１２における推定されたＭＡＰよりも大きい機械的圧力Ｐであって、反射された電磁放射の包絡線が、包絡線の最大値の所定のパーセンテージ、典型的には５０％であるときの機械的圧力Ｐの値である。そのため、細動脈におけるＳＹＳは、図１ｂに示されているように、包絡曲線１２１と機械的圧力曲線１２２により推定できる。細動脈におけるＳＹＳの推定値はまた、細動脈１１１における拡張期血圧「ＤＩＡ」の推定値でもある。

図１ｂに示されている例としての場合においては、機械的圧力Ｐは減少される。しかし、細動脈１１２におけるＭＡＰ、細動脈におけるＳＹＳ、および動脈１１１におけるＤＩＡを推定するために、機械的圧力Ｐを増大させることも可能である。この例としての場合においては、反射された電磁放射の包絡線は、包絡線１２１の時間反転版である。更に、機械的圧力Ｐは、機械的圧力Ｐを減少または増大するときに、時間の関数として理想的な直線に必ずしも追従しないということに留意すべきである。

例としての非制限的実施形態に係る装置は、細動脈１１２におけるＭＡＰの推定値を決定するように構成されている処理システム１０３を備えている。言い換えると、処理システム１０３は、機械的圧力Ｐが、開始値から終了値まで減少または増大されるときに、反射された電磁放射の上記の包絡線１２１がその最大値に到達するときの機械的圧力Ｐの第１値を決定するように構成されており、ここにおいて第１値は、細動脈１１２におけるＭＡＰの推定値である。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、処理システム１０３は、細動脈１１２におけるＳＹＳの推定値と、動脈１１１におけるＤＩＡの推定値を決定するように構成されている。言い換えると、処理システム１０３は、決定された第１値よりも大きい機械的圧力Ｐであって、反射された電磁放射の包絡線が、包絡線の最大値の、ほぼ所定のパーセンテージ、典型的には５０％となるときの機械的圧力Ｐの第２値を決定するように構成されており、ここにおいて、決定された第２値は、細動脈１１２におけるＳＹＳの推定値および動脈１１１におけるＤＩＡの推定値である。しかし、例としての非制限的実施形態に係る装置は、ＰＰＧセンサと圧力センサの出力信号の時系列を格納するためのメモリ、および／または、時系列を外部装置に送信するための送信機を備えることも可能である。この例としての場合においては、動脈系の機能性を表わす上記の推定値は、外部装置、例えば、パーソナルコンピュータによりオフラインで形成できる。

図１ｃは、図１ａに例示されている装置を備えているモバイル機器１０７を示している。モバイル機器１０７は、例えば、モバイルフォンまたはパームトップコンピュータであってよい。圧力センサとＰＰＧセンサはモバイル機器の表面にあり、それにより、個人が指先１０８を、圧力センサとＰＰＧセンサに対して押し付けることが可能となる。この例としての場合においては、モバイル機器１０７は、ＰＰＧセンサの帯域通過フィルタ処理された出力信号と、帯域通過フィルタ処理された出力信号の包絡線を表示するように構成されている。更に、モバイル機器１０７は、細動脈におけるＳＹＳ、細動脈におけるＭＡＰ、および動脈におけるＤＩＡの推定値を表示するように構成されており、推定値は、圧力センサにより測定された機械的圧力の包絡線と時間依存性により形成される。本発明の例としての実施形態に係る装置は、リング、ブレスレット、リストウォッチ、または任意の他のウェアラブルデバイス、またはそれらの組み合わせ、またはウェアラブルデバイスとモバイルフォン、または、他のモバイル通信装置の組み合わせの一部であることも可能である。例えば、リングまたはブレスレットの内側の表面にＰＰＧセンサと圧力センサを設けることができる。この例としての場合においては、ユーザは、リングまたはブレスレットを指の表面、またはリングまたはブレスレットにより囲まれている手首に押し付けることにより圧力を制御できる。

図２ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置の模式図を示している。装置は、個人の指先２０８に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する第１電磁放射と、６２０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長を有する第２電磁放射を出射し、指先２０８の動脈系から反射された第１および第２電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィ「ＰＰＧ」センサ２０１を備えている。第１電磁放射の波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約５３７ｎｍであってよく、その場合は、第１電磁放射は緑の光である。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、第２電磁放射の波長は６５０ｎｍから８９０ｎｍの範囲である。第２電磁放射の波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約６６０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤い光であり、または、約８８０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤外線「ＩＲ」放射である。ＰＰＧセンサ２０１はまた、３つ以上の異なる波長を有する電磁放射を出射して測定するようにも構成することが可能である。ＰＰＧセンサ２０１は放射出射器２０９と光検出器２１０を備えている。放射出射器２０９は、例えば、発光ダイオード「ＬＥＤ」を備えることができ、光検出器２１０は、例えば、波長感受性フォトダイオードまたはフォトトランジスタを備えることができる。図２ａはまた、指先の拡大された模式断面図２３０も示している。断面は、座標系２９９のｙｚ面に平行である。断面図２３０において、出射および反射された第１電磁放射は、折れ線２１７で示されおり、出射および反射された第２電磁放射は、折れ線２１８で示されている。断面図２３０において例示されているように、第１電磁放射２１７は皮下組織１１４に位置している動脈１１１には到達せず、真皮網状層１１５に位置している細動脈１１２に到達できるだけであり、一方、第２電磁放射２１８は動脈１１１に到達できる。断面図２３０においては、毛細血管は参照番号１１３により示されており、指先の皮膚の表皮は、参照番号１１６により示されている。

装置は更に、ＰＰＧセンサ２０１が上記の第１および第２電磁放射を出射および受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置を備えている。この例としての場合においては、圧力装置は、指先２０８により圧力センサに向けられた機械的圧力Ｐを測定するための圧力センサ２０２ａと、指先２０８を、ＰＰＧセンサ２０１と圧力センサ２０２ａに対して制御可能なように押し付けるための押し付け手段２０２ｂを備えている。この例としての装置においては、押し付け手段は、押し付け要素２０４と、力を押し付け要素２０４に向けるための力生成手段２２８を備えている。力生成手段２２８は、例えば、電気ステッパモータと、ネジ棒（ネジ山が切られた棒）を備えることができる。

図２ｂは、装置が、細動脈１１２における平均動脈血圧「ＭＡＰ１」、動脈１１１における平均動脈血圧「ＭＡＰ２」、細動脈における収縮期血圧「ＳＹＳ１」、動脈における収縮期血圧「ＳＹＳ２」、および動脈における拡張期血圧「ＤＩＡ２」を推定するために使用される、例としての状況における、反射された第１電磁放射を例示している曲線２１９と、反射された第２電磁放射を例示している曲線２２３を示している。この例としての場合においては、指先２０８はまず、圧力センサ２０２ａに対して押し付けられ、それにより機械的圧力Ｐが収縮期血圧を超え、そのため血液の流れが遮断されるようにする。その後、押し付けを徐々に開放して、それにより、図２ｂに示されている曲線２２２で示されるように、機械的圧力Ｐが時間の関数として減少するようにする。曲線２１９と２２３は、例えば、ＰＰＧセンサ２０１の帯域通過フィルタ処理された出力信号を表わすことができる。帯域通過フィルタ処理の通過帯域は、例えば、１Ｈｚから１０Ｈｚであってよい。この例としての場合においては、帯域通過フィルタ処理された信号は、帯域通過フィルタ処理された信号の包絡線を形成するためにヒルベルト変換される。図２ｂにおいては、ヒルベルト変換された、フィルタ処理された信号は破線曲線で示されている。反射された第１電磁放射の包絡線は曲線２２１により示され、反射された第２電磁放射の包絡線は曲線２２４により示されている。

図２ｂにより示されているように、ＭＡＰ１の推定値は、包絡線２２１がその最大値に到達するときの機械的圧力Ｐの値であり、ＭＡＰ２の推定値は、包絡線２２４がその最大値に到達するときの機械的圧力Ｐの値であり、ＳＹＳ１の推定値は、ＭＡＰ１よりも大きい機械的圧力Ｐであって、包絡線２２１が、包絡線２２１の最大値の５０％であるときの機械的圧力Ｐの値であり、ＳＹＳ２の推定値は、ＭＡＰ２よりも大きい機械的圧力Ｐであって、包絡線２２４が、包絡線２２４の最大値の５０％であるときの機械的圧力Ｐの値であり、ＤＩＡ２の推定値は、ＭＡＰ２よりも小さい機械的圧力Ｐであって、包絡線２２４が、包絡線２２４の最大値の８０％であるときの機械的圧力Ｐの値である。細動脈における収縮期血圧ＳＹＳ１は、動脈における拡張期血圧ＤＩＡ２とほぼ等しいので、ＳＹＳ１の推定値は、動脈における拡張期血圧に対する他の推定値として振る舞う。動脈における拡張期血圧に対する最終推定値は、例えば、包絡線２２４に基づく推定値と、包絡線２２１に基づく推定値の加重平均であってよい。

例としての非制限的実施形態に係る装置は、機械的圧力Ｐが時間の関数として、例えば、図２ｂにおける曲線２２２により示されているような所望の挙動を有するように、力生成手段２２８を制御するように構成されている処理システム２０３を備えている。更に、処理システム２０３は、ＰＰＧセンサ２０１の出力信号と、圧力センサ２０２ｂの出力信号により上記の推定値を形成するように構成できる。

図３は、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置の模式図を示している。装置は、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィ「ＰＰＧ」センサ３０１を備えている。波長は、例えば、約５１５ｎｍであってよい。装置は、フォトプレチスモグラフィセンサ３０１が電磁放射を動脈系に出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置３０２を備えている。この例としての場合においては、圧力装置３０２は、制御可能な機械的圧力を上腕動脈に向けるための押し付け装置３０５を備えている。押し付け装置３０５は、例えば、加圧帯であってよく、装置は、制御可能な機械的圧力を上腕動脈に向けるために、加圧帯の内部の気体、例えば空気の圧力を制御するためのポンプシステム３０６を備えることができる。しかし、押し付け装置が、例えば、上腕の周りで締め付けられる柔軟性ベルトを備えることも可能である。ＰＰＧセンサ３０１は、押し付け装置３０５の表面上に位置しており、それにより、ＰＰＧセンサ３０１を、上腕動脈の上部に置くことができる。上腕動脈は、例えば、触診により見つけることができる。実験によれば、ＰＰＧセンサ３０１の出力信号は、機械的圧力が拡張期血圧を超えているときは脈動性波形を示さず、ＰＰＧセンサ３０１の出力信号は、機械的圧力が拡張期血圧を下回ると、脈動性波形を示し始める。そのため、装置は、拡張期血圧の直接測定のために使用できる。

例としての非制限的実施形態に係る装置は、機械的圧力が時間の関数としての所望の挙動を有するように、押し付け装置３０５を制御するように構成されている処理システム３０３を備えている。図３に示されている例としての場合においては、処理システム３０３は、加圧帯により生成される機械的圧力が、時間の関数としての所望の挙動を有するように、ポンプシステム３０６を制御するように構成されている。更に、処理システム３０３は、ＰＰＧセンサ３０１の出力信号が、脈動性波形を示し始めるときの機械的圧力の値を決定するように構成できる。

図４ａは、動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る装置の模式図を示している。装置は、個人の指先４０８に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する第１電磁放射と、６２０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長を有する第２電磁放射を出射し、指先４０８の動脈系から反射された第１および第２電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィ「ＰＰＧ」センサ４０１を備えている。第１電磁放射の波長は、例えば必ずしもそうとは限らないが、約５３７ｎｍであってよく、その場合は、第１電磁放射は緑の光である。第２電磁放射の波長は、例えば約６６０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤い光であり、または約８８０ｎｍであってよく、その場合は、第２電磁放射は赤外線「ＩＲ」放射である。ＰＰＧセンサ４０１は放射出射器４０９と光検出器４１０を備えている。

装置は更に、ＰＰＧセンサ４０１が第１および第２電磁放射を指先４０８に出射し、第１および第２電磁放射を指先４０８から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置４０２を備えている。この例としての場合においては、圧力装置４０２は、指先４０８を押し付けるための押し付け要素４０４と、力を押し付け要素４０４に向けるための力生成手段４２８を備えている。

図４ｂは、圧力装置４０２がまず機械的圧力を増大し、そして機械的圧力をほぼ一定に保つ、例としての状況における、反射された第１電磁放射を例示している曲線４２５と、反射された第２電磁放射を例示している曲線４２６を示している。曲線４２５と４２６は、例えば、ＰＰＧセンサ４０１の帯域通過フィルタ処理された出力信号を示すことができる。帯域通過フィルタ処理の通過帯域は、例えば、１Ｈｚから１０Ｈｚであってよい。時間の関数としての機械的圧力は、図４ｂに示されている曲線４２７で示されている。図４ｂに示されているように、機械的圧力は、反射された第１電磁放射の脈動性波形がほぼゼロに降下し、反射された第２電磁放射の脈動性波形がその最大値に到達するときの圧力まで増大される。反射された第１電磁放射の小さな脈動性波形は、ほぼ収縮期細動脈血圧を示唆している細動脈のほぼ閉塞に近い状態を示している。小さな流れにより引き起こされる接線方向の応力は、内皮細胞における一窒化酸素「ＮＯ」の排出を誘発し、そしてそれは、内皮細胞おいてより多くの血液が流れるようにする細動脈における血管拡張を引き起こす。印加される機械的圧力が一定に保たれると、反射された第１電磁放射の脈動性波形は、曲線４２５により例示されているように増大する。反射された第１電磁放射の脈動性波形における上記の増大は、正常な内皮機能を示唆しているが、増大がないことは、内皮機能不全を示唆している。

例としての非制限的実施形態に係る装置は、圧力装置４０２を、反射された第１電磁放射の包絡線がほぼゼロにまで降下するまで機械的圧力を増大し、それに続いて機械的圧力を一定に保つようにするように制御するための処理システム４０３を備えている。他の例としての非制限的実施形態に係る装置においては、処理システム４０３は、圧力装置４０２を、反射された第２電磁放射の包絡線がその最大値に到達するまで機械的圧力を増大し、それに続いて機械的圧力を一定に保つようにするように制御するように構成されている。力生成手段４２８は、例えば、ネジ棒と、処理システム４０３により制御される電気ステッパモータを備えることができる。機械的圧力は、電気ステッパモータを適切な回転方向に起動することにより増大でき、機械的圧力は、電気ステッパモータを静止状態に保つことにより一定に保つことができる。例としての非制限的実施形態に係る装置においては、処理システム４０３は、機械的圧力が一定に保たれるときに、反射された第１電磁放射の包絡線が増大するかどうかを検出するように構成されている。

図１ａ、２ａ、３、および４ａに示されている処理システム１０３、２０３、３０３、および４０３のそれぞれは、例えば、１つ以上のプロセッサ回路で実現でき、それぞれのプロセッサ回路は、適切なソフトウェアが設けられているプログラマブルプロセッサ回路であってよく、または、例えば、特定用途向け集積回路「ＡＳＩＣ」などのような専用ハードウェアプロセッサ、または、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ「ＦＰＧＡ」などのような構成可能ハードウェアプロセッサであってよい。処理システム１０３、２０３、３０３、および４０３のそれぞれは、例えば、１つ以上のメモリ回路で実現されるメモリを更に含むことができ、それぞれのメモリ回路は、例えば、ランダムアクセスメモリ「ＲＡＭ」デバイスであってよい。

図５は、個人の動脈系の機能性を測定するための、例としての非制限的実施形態に係る方法のフローチャートを示している。方法は、下記の動作、
－動作５０１：動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射することと、
－動作５０２：動脈系から反射された電磁放射の一部を受信することと、
－動作５０３；電磁放射が動脈系に対して出射され、反射された電磁放射が動脈系から受信されるときに、動脈系に印加される機械的圧力を変更することと、
－動作５０４：受信された電磁放射に基づいて、動脈系の機能性を示す情報を生成することを備えている。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、電磁放射の波長は、４８０ｎｍから６００ｎｍの範囲である。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、電磁放射の波長は、５００ｎｍから６００ｎｍの範囲である。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、電磁放射の波長は、５００ｎｍから５７５ｎｍの範囲である。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、電磁放射の波長は、５００ｎｍから５５０ｎｍの範囲である。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、機械的圧力が開始値から終了値まで減少または増大されるときに、反射された電磁放射の包絡線がその最大値に到達するときの機械的圧力の第１値を決定することを備えている。決定された第１値は、動脈系の細動脈の平均動脈血圧「ＭＡＰ」を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、決定された第１値よりも大きい機械的圧力であって、反射された電磁放射の包絡線が、包絡線の最大値の、ほぼ所定のパーセンテージ、例えば、５０％であるときの機械的圧力の第２値を決定することを備えている。決定された第２値は、動脈系の細動脈の収縮期血圧「ＳＹＳ」と共に、動脈系の動脈の拡張期血圧「ＤＩＡ」を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、反射された電磁放射の包絡線がほぼゼロにまで降下するまで機械的圧力を増大することと、それに続いて機械的圧力を一定に保つことを備えている。更に、この例としての非制限的実施形態に係る方法は、機械的圧力が一定に保たれるときに、反射された電磁放射の包絡線が増大するかどうかを検出することを備えている。包絡線における増大は、動脈系の正常な内皮機能を示し、一方、増大がないことは、内皮機能不全を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、電磁放射が指先に対して出射され、電磁放射が指先から受信されるときに、機械的圧力を個人の指先に向けることを備えている。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、電磁放射が指先に対して出射され、電磁放射が指先から受信されるときに、指先に向けられた圧力を測定することを備えている。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、電磁放射が上腕動脈の上部の上腕の領域に対して出射され、電磁放射を上腕動脈の上部の上腕の領域から受信するときに、機械的圧力を個人の上腕動脈に向けるために、個人の上腕を囲んでいる加圧帯の内部の気体の圧力を制御することを備えている。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する上記の電磁放射は第１電磁放射であり、この例としての非制限的実施形態に係る方法は、
－動脈系に対して、６２０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長を有する第２電磁放射を出射することと、
動脈系から反射された第２電磁放射の一部を受信することを備えている。

例としての非制限的実施形態に係る方法においては、第２電磁放射の波長は６５０ｎｍから８９０ｎｍの範囲である。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、機械的圧力が開始値から終了値まで減少または増大されるときに、反射された第２電磁放射の包絡線がその最大値に到達するときの機械的圧力の第３値を決定することを備えている。決定された第３値は、動脈系の動脈の平均動脈血圧「ＭＡＰ」を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、決定された第３値よりも大きい機械的圧力であって、反射された第２電磁放射の包絡線が、反射された第２電磁放射の包絡線の最大値の、ほぼ第１所定のパーセンテージ、例えば、５０％であるときの機械的圧力の第４値を決定することを備えている。決定された第４値は、動脈系の動脈の収縮期血圧「ＳＹＳ」を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、決定された第３値よりも小さい機械的圧力であって、反射された第２電磁放射の包絡線が、反射された第２電磁放射の包絡線の最大値の、ほぼ第２所定のパーセンテージ、例えば、８０％のときの機械的圧力の第５値を決定することを備えている。決定された第５値は、動脈系の動脈の拡張期血圧「ＤＩＡ」を示している。

例としての非制限的実施形態に係る方法は、反射された第２電磁放射の包絡線がその最大値に到達するまで機械的圧力を増大することと、それに続いて機械的圧力を一定に保つことを備えている。更に、この例としての非制限的実施形態に係る方法は、機械的圧力が一定に保たれるときに、反射された第１電磁放射の包絡線が増大するかどうかを検出することを備えている。反射された第１電磁放射の包絡線における増大は、動脈系の正常な内皮機能を示している。

例としての非制限的実施形態に係るコンピュータプログラムは、プログラマブル処理システムを、上記の例としての非制限的実施形態の何れかに係る方法に関連する動作を実行するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えている。

例としての非制限的実施形態に係るコンピュータプログラムは、個人の動脈系の機能性を測定するためのソフトウェアモジュールを備えている。ソフトウェアモジュールは、プログラマブル処理システムが、
－フォトプレチスモグラフィ「ＰＰＧ」センサを、動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、動脈系から反射された電磁放射の一部を受信するように制御し、
－圧力装置を、ＰＰＧセンサが電磁放射を動脈系に対して出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を管理するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えている。

ソフトウェアモジュールは、プログラマブル処理装置に適切なプログラミングツールで実現される、例えば、サブルーチンまたは機能であってよい。

例としての非制限的実施形態に係るコンピュータプログラムにおいては、ソフトウェアモジュールは、プログラマブル処理システムが、圧力装置を、ＰＰＧセンサが電磁放射を動脈系に対して出射し、電磁放射を動脈系から受信するときに、動脈系に印加される機械的圧力を変更するように制御するよう制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えている。

例としての非制限的実施形態に係るコンピュータプログラム製品は、例としての実施形態に係るコンピュータプログラムで符号化されたコンピュータ読取り可能媒体、例えば、コンパクトディスク「ＣＤ」を備えている。

例としての非制限的実施形態に係る信号は、例としての実施形態に係るコンピュータプログラムを定義する情報を搬送するように符号化されている。

例としての非制限的実施形態に係るコンピュータプログラムは、例えば、スマートフォンまたはウェアラブルデバイスなどのモバイル機器のソフトウェアの、例えば一部を構成できる。

上記の記述において提供される特定の例は、付随する請求項の範囲および／または適用可能性を制限するものとは解釈されるべきではない。上記の記述において提供される例のリストとグループは、そうでないと明示されない限り、すべてを網羅しているものではない。

Claims (21)

1. 個人の動脈系の機能性を測定するための装置であって、
   前記装置は、前記動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、前記動脈系から反射された前記電磁放射の一部を受信するためのフォトプレチスモグラフィセンサ（１０１、２０１、３０１、４０１）を備えており、前記装置は更に、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を前記動脈系に出射し、前記電磁放射を前記動脈系から受信するときに、前記動脈系に印加される機械的圧力を管理するための圧力装置（１０２、２０２ａ、２０２ｂ、３０２、４０２）を備えていることと特徴とする、装置。
2. 前記圧力装置（２０２ａ、２０２ｂ、３０２、４０２）は、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を前記動脈系に出射し、前記電磁放射を前記動脈系から受信するときに、前記動脈系に印加される前記機械的圧力を変更することに適していることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記圧力装置（２０２ｂ、４０２）は、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を前記動脈系に出射し、前記電磁放射を前記動脈系から受信するときに、前記機械的圧力を前記個人の指先に向け、前記機械的圧力を変更するための押し付け要素（２０４、４０４）を備えていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記装置は、前記機械的圧力が開始値から終了値まで増減されるときに、前記反射された電磁放射の包絡線が最大値に到達するときの前記機械的圧力の第１値を決定するための処理システム（１０３、２０３、３０３）を備えており、前記決定された第１値は、前記動脈系の細動脈の平均動脈血圧を示していることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の装置。
5. 前記処理システムは、前記決定された第１値よりも大きい前記機械的圧力であって、前記反射された電磁放射の前記包絡線が、前記最大値の、ほぼ所定のパーセンテージであるときの前記機械的圧力の第２値を決定するように構成されており、前記決定された第２値は、前記動脈系の前記細動脈の収縮期血圧と共に、前記動脈系の動脈の拡張期血圧を示していることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記装置は、前記圧力装置を、前記反射された電磁放射の包絡線がほぼゼロにまで降下するまで前記機械的圧力を増大し、それに続いて前記機械的圧力を一定に保つように制御するための処理システム（４０３）を備えていることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
7. 前記処理システムは、前記機械的圧力が一定に保たれるときに、前記反射された電磁放射の前記包絡線が増大するかどうかを検出するように構成されており、前記包絡線の増大は、前記動脈の正常な内皮機能を示していることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 前記圧力装置（１０２、２０２ａ）は、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を指先に出射し、前記電磁放射を前記指先から受信するときに、前記個人の前記指先により圧力センサに向けられた圧力を測定するための前記圧力センサを備えていることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載の装置。
9. 前記装置は、モバイル機器（１０７）の一部であり、前記圧力センサと前記フォトプレチスモグラフィセンサは、前記モバイル機器の表面上にあることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 前記電磁放射の前記波長は、５００ｎｍから６００ｎｍの前記範囲であることを特徴とする、請求項１から９の何れかに記載の装置。
11. 前記電磁放射の前記波長は、５００ｎｍから５５０ｎｍの前記範囲であることを特徴とする、請求項１から１０の何れかに記載の装置。
12. ４７５ｎｍから６００ｎｍの前記範囲の前記波長を有する前記電磁放射は第１電磁放射であり、前記フォトプレチスモグラフィセンサ（２０１、４０１）は、前記動脈系に対して、６２０ｎｍから９００ｎｍの範囲の波長を有する第２電磁放射を出射し、前記動脈系から反射された前記第２電磁放射の一部を受信するように構成されていることを特徴とする、請求項１から１１の何れかに記載の装置。
13. 前記装置は、前記機械的圧力が開始値から終了値まで増減されるときに、前記反射された第２電磁放射の包絡線が最大値に到達するときの前記機械的圧力の第３値を決定するための処理システム（２０３）を備えており、前記決定された第３値は、前記動脈系の動脈の平均動脈血圧を示していることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
14. 前記処理システムは、前記決定された第３値よりも大きい前記機械的圧力であって、前記反射された第２電磁放射の前記包絡線が、前記反射された第２電磁放射の前記包絡線の前記最大値のほぼ第１の所定のパーセンテージであるときの前記機械的圧力の第４値を決定するように構成されており、前記決定された第４値は、前記動脈系の動脈の収縮期血圧を示していることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 前記装置は、前記圧力装置を、前記反射された第２電磁放射の前記包絡線の最大値に到達するまで前記機械的圧力を増大し、それに続いて前記機械的圧力を一定に保つように制御するための処理システム（４０３）を備えていることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
16. 前記圧力装置（３０２）は、前記機械的圧力を前記個人の上腕動脈に向けるための押し付け装置（３０５）を備えており、前記フォトプレチスモグラフィセンサ（３０１）は、前記上腕動脈の上部になるように意図されている前記押し付け装置の表面上に位置していることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
17. 前記押し付け装置（３０５）は加圧帯であり、前記圧力装置は、前記機械的圧力を前記上腕動脈に向けるために、前記加圧帯の内部の気体の圧力を制御するためのポンプシステム（３０６）を備えており、前記フォトプレチスモグラフィセンサ（３０１）は、前記加圧帯の内部表面上に位置していることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 個人の動脈系の機能性を測定するための方法であって、
    前記動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射することと（５０１）、
    前記動脈系から反射された前記電磁放射の一部を受信することと（５０２）、
    前記受信された電磁放射に基づいて、前記動脈系の前記機能性を示す情報を生成すること（５０３）を備えており、
    前記方法は、前記電磁放射が前記動脈系に対して出射され、前記反射された電磁放射が前記動脈系から受信されるときに、前記動脈系に印加される機械的圧力を変更すること（５０４）を備えていることを特徴とする、方法。
19. コンピュータプログラムであって、プログラマブル処理システムが、
    フォトプレチスモグラフィセンサを、前記動脈系に対して、４７５ｎｍから６００ｎｍの範囲の波長を有する電磁放射を出射し、前記動脈系から反射された前記電磁放射の一部を受信するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えており、
    前記コンピュータプログラムは更に、前記プログラマブル処理システムが、圧力装置を、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を前記動脈系に出射し、前記電磁放射を前記動脈系から受信するときに、前記動脈系に印加される機械的圧力を管理するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えていることを特徴とする、コンピュータプログラム。
20. 前記コンピュータプログラムは、前記プログラマブル処理システムが、前記圧力装置を、前記フォトプレチスモグラフィセンサが前記電磁放射を前記動脈系に出射し、前記電磁放射を前記動脈系から受信するときに、前記動脈系に印加される前記機械的圧力を変更するように制御するためのコンピュータ実行可能命令を備えていることを特徴とする、請求項１９に記載のコンピュータプログラム。
21. 請求項１９または２０に記載のコンピュータプログラムで符号化されている非一時的コンピュータ読取り可能媒体を備えているコンピュータプログラム製品。

Images