JP4567378B2 - 生理学的数量を測定する光学デバイスならびにデータ送信および／または受信手段を備える携帯型計器 - Google Patents

Description

本発明は一般に、生理学的な数量、特に脈拍を測定するための光学デバイスと、データの送信および／または受信手段とを含む携帯型計器に関する。この光学デバイスは、器官組織の一部を光放射にさらすための少なくとも１つの光源と、器官組織中に伝搬後の光放射の強度を検出するための少なくなくとも１つの受光器とを含む。

このような携帯型の測定計器は既に知られている。これらの携帯型デバイスは、特に、光学手段によって脈拍および／または患者の血中酸素水準を検出するために使用されている。それらは、人体の部位に（典型的には指先、耳たぶ、または血液が十分に行き渡っている人体の他の任意の末端に）配置するためのクランプから腕時計と同様の外観を有する手首着用式のデバイスに至るまで様々な形態で見出される。

脈拍の測定に向けた応用例の範囲内では、光学デバイスが器官組織（典型的には皮膚）の一部を適切に照射するために使用され、光学デバイスによって生成された光放射の強度を、器官組織中で伝搬した後に検出するための１個または数個の受光器を含む。血流の脈動の変化は、光学デバイスによって生成された光放射を吸収する際に変化を誘発し、その吸収における変化の周波数は、基本的に心拍周波数に対応する。器官組織中で伝搬した後に光放射の強度を検出し、それに伴って１つまたは複数の測定信号の適切な処理を行うと、脈拍を抽出して表示することが可能になる。このような種類の応用例に通常用いられる光学デバイスは相対的に簡素であり、典型的には１個または数個の擬似点光源を備えている。それらは、１個または数個の受光器（典型的にはフォトダイオード）と連携させた、所定波長域内で発光するＬＥＤ（発光ダイオード）であるのが典型である。

所望の生理学的数量を測定する機能に加えて、上記種類の光学デバイスを装着した携帯型計器には通常、データの送信および／または受信手段も装着されている。具体的には、活動期間中、例えば、身体活動中または健康診断中に測定されかつ携帯型計器内に格納されたデータを外部端末にダウンロードするために送信手段が設けられているのが典型である。さらには、携帯型計器に構成データ、例えば、最小および最大の脈拍の数値（その間に使用者がその脈拍を維持したいと望む）などの生理学的測定数量に関する制限値をロードするために受信手段を設けることができる。携帯型計器から送信される、または携帯型計器によって受信されるデータは、生理学的な測定数量に関係することも関係しないこともある。

データの送信および／または受信は一般に、直接的なケーブル接続または好ましくは、例えば、音響型、光学型、誘導型、または無線周波数型であり得る無線通信手段によって実行可能である。

米国特許第４，６７４，７４３号明細書や、欧州特許第０８４２６３５号明細書、米国特許第５，７７６，０５６号明細書が、生理学的数量を測定する上述の種類の光学デバイスと光学データ通信手段が設けられた様々な携帯型計器を開示する。しかし、これらの文書は分離された光学デバイスを使用する解決策を開示する。

述べたように、他の知られた解決策は音響式、誘導式、または無線周波数式の通信手段に依存する。例として、欧州特許第０９４０１１９号明細書、米国特許第５，８１０，７３６号明細書、米国特許第５，６２２，１８０号明細書、または国際公開第９９／４１６４７号パンフレットおよび欧州特許第１１０１４３９号明細書を挙げることができる。

上述の従来技術による解決策のすべては、光学通信手段を使用する解決策を含めて、携帯型計器の製造費に影響し、かつ必然的に実装空間を要する特定の追加的な要件を必要とする欠点を有する。したがって、これらの解決策は、コンパクト性および製造費の観点から言えば最適ではない。
米国特許第４，６７４，７４３号 欧州特許第０８４２６３５号 米国特許第５，７７６，０５６号 欧州特許第０９４０１１９号 米国特許第５，８１０，７３６号 米国特許第５，６２２，１８０号 国際公開第９９／４１６４７号 欧州特許第１１０１４３９号 欧州特許第１２９７７８４号

したがって、本発明の１つの一般的な目的は、従来技術の解決策に対して、携帯型計器の費用の低減と小型化を可能にする上記種類の携帯型計器を提案することである。

したがって、本発明は、その特徴が請求項１に記載されている携帯型計器に関する。

本発明の有利な実施態様は従属請求項の主題を構成する。

したがって、提案された解決策によれば、本発明は、通常は生理学的数量の測定手段として用いる光学デバイスを、送信および／またはデータ受信手段として使用することを提案する。さらに具体的には、光学デバイスの少なくとも１個の光源を使用してデータを外部ユニットに送信し、かつ／または光学デバイスの少なくとも１個の受光器を使用して外部ユニットから送信されたデータを受信する。

光学デバイスが、動作中に、それが生理学的数量を測定する手段として動作する測定段階と、それがデータ送信および／または受信手段として動作する通信段階との間で切り換えることができ、携帯型計器が、測定段階時に前記生理学的数量の経時的変化に関するデータを通信段階時に外部ユニットに送信する前に格納するメモリ手段をさらに含む。

特定の実施態様によれば、光学デバイスの測定機能またはデータ送信／受信機能を自動的に動作させる手段も提案される。

したがって、提案された解決策は、携帯型計器に既存の構成要素を最適使用し、よって製造費用を低減しかつ計器中の利用可能空間のより適切な使用に有利であるという利点を有する。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例としてのみ供しかつ添付の図面に例示する本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を読むときより明確に明らかになる。

ここに提示する様々な実施形態を非限定的な例としてのみ供する。特に、提示する実施例は手首に着用する計器において有利に実施可能であるが、これに限定するものではないことを強調しなければならない。他の携帯可能な応用例も完全に想定し得る。

図１および２は、共に腕時計と同様の形状を取る、生理学的数量を測定する携帯型計器の２つの実施形態例を純粋に非限定的な例示としてのみ示す。したがって、この例では、両者が、中央部分を形成するケース１と、このケース１に従来方式で取り付けたバンド２を含む。表示デバイス３もこの計器の前面に配置されているが、この表示デバイス３は図１の例のみに見えている。図１および２のこれら２例の間における相違は、基本的に、所望の生理学的数量（例えば、既に述べた脈拍または血中酸素水準）を測定するために使用する光学デバイス（全体として、それぞれ参照符号４または５によって示す）の位置決めと構成にある。

図１の例では、光学デバイス４が、表示デバイス３に近接して携帯型計器の前面上に配置されている。この図では、光学デバイス４は単一の受光器４２と協働する単一の光源４１を含む。既に述べたように、光源４１は、典型的に所定の波長域（例えば、赤外または他の任意適切な波長域）内で発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、受光器４２は、フォトダイオード、光トランジスタ、または光源４１の波長域に適合して応答する任意適切な光学的受容器であり得る。

図１の例によれば、所望の生理学的数量の測定は、例えば、光学デバイス４に向けて携帯型計器前面の上に指をあてがうことによって行われることが分かるであろう。

図２の例では、５と指定された光学デバイスが計器の底面に位置している。図１の例と異なり、光学デバイスは、基本的に携帯型計器底面の中央領域に位置する光源５１に加えて、この中央光源５１周りに対称的に位置する３個の受光器５２、５３、５４を含む。１個または数個の光源の周りに配置した数個の受光器を使用することが、基本的により適切な測定の信頼性を確保する目的のためには、図１の解決策よりも一般に好ましい。この最後の点については、脈拍を測定するための光学システムに関するより豊富な情報を得るために、少なくとも２つの検出通信路を使用するが、図２の実施形態と同じような携帯型計器の実施形態例を示す、欧州特許第１２９７７８４号明細書を参照することができる。

図３は、バンドを手首（図では全体として参照符号１０によって示す）に着用しているとき、バンドの長手方向で取った図２の携帯型計器の断面である。図１の例と異なり、この図では、携帯型計器とその光学デバイス５は、この計器を着用しているとき、使用者の器官組織に常に接触している。光源５１が生成する光放射は、十分に深く器官組織を透過し、照射された器官組織に行き渡っている血流によって変調されるように配置されている。反射後に、光学デバイスの受光器５２〜５４が変調された光放射を検出する。

図４は、本発明の１実施形態にしたがう携帯型計器の主要構成要素を例示するブロック線図を示す。例示のように、この携帯型計器は、制御回路７１に結合された光源６１（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）または他の任意適切なデバイス）を含むが、その回路の動作はマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラなどの中央処理ユニット７０によって制御されている。この中央ユニット７０はまた、表示デバイス７３（アナログおよび／またはディジタル式）、メモリ手段７４（ＲＡＭ（ランダム・アクセス記憶装置）、ＲＯＭ（読出し専用記憶素子）、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ）、ＦＬＡＳＨ（フラッシュ・メモリ）、または同様のもの）、ならびに中央ユニット７０の動作の適切な刻時を確実にするクロックシステム７５およびその周辺構成要素とインタフェースする。このクロックシステム７５は、時計の通常の刻時機能も果たす。

中央処理ユニット７０は、所望の生理学的数量（特に、脈拍）の検出や測定専用の回路７２にも結合されているが、この回路の機能は、中央処理ユニットの機能に統合可能である。この回路の機能は、既に簡単に触れたが、基本的には、関連する１個または複数の受光器によって検出された光学信号から、生理学的数量に関する情報を引き出そうとするものである。この事例では、第１受光器６２が、増幅手段および、必要であれば、フィルタリング手段６３を介して検出回路７２に結合されている。所望の生理学的数量に関する情報は、特にデバイス７３上に表示する目的および／または好ましくは、爾後の診察のためにメモリ手段７４に格納する目的のために、中央ユニット７２に送信される。

生理学的数量の測定方法は本発明の主題に直接関与しないので、本明細書ではこの問題を詳述しない。さらには、この測定を実行するための様々な解決策が存在する。脈拍を測定するのに特に効果的な１つの解決策が、参照により本明細書に組み込まれている、前述の欧州特許文書第１２９７７８４号明細書に十分詳細に説明されている。

図４の実施形態の例では、その光学デバイスによってデータを送信および／または受信できるように、携帯型計器がさらに、一方で光源の制御回路７１と中央ユニット７０の間に結合された変調手段８１を含み、他方で受光器６２に関連する増幅手段６３と中央ユニット７０の間に結合された復調手段８２を含む。

変調手段８１の目的は、関連する光源６１によって変調光学信号を生成するように制御回路７１を制御することにあることが分かるであろう。同様に、復調手段８２の目的は、逆に、関連する受光器６２によって捕捉された変調光学信号を復号することであることが分かるであろう。データ送信と受信のために任意の種類の変調が利用可能である。それは、従来の増幅変調、位相変調、周波数変調、または符号変調などである。さらには、データが着信放射かそれとも送信放射かを明確に識別するために、データの送信と受信のために別個の変調を採用することができよう。いずれにしても、光学信号は送信すべきデータに基づいて変調される。

図４では、携帯型計器が複数の光源および／または複数の受光器を含んでいることが注目される。特に、図４で破線によって表したように、第２受光器６４とそれに関連する増幅手段６５は検出器７２に結合されるが、増幅手段を必ずしも復調手段８２に結合する必要がない。同様に、第３受光器６６とそれに関連する増幅手段６７は復調手段８２に結合されるが、検出器７２に結合されていない。その場合、この第３受光器は所望の生理学的数量の検出に関与することはなく、データ受信のみに関与する。

一般的に本発明の範囲内では、所望の生理学的な数量の測定のために通常使用される光学デバイスの少なくとも１個の光源または１個の受光器が、それぞれにデータの送信または受信にも使用されれば十分であることに留意されたい。実際に、１つのみの光源または受光器を使用して両方の機能を実行することによって、製造費用の低減と構造の簡素化の観点から言えば十分に利点の実現を期待することができる。生理学的な数量を測定することのみに専ら用いる特定の受光器と、データを受信するための追加的な受光器とを使用することが推奨されるが、感度上の制約によってそれが必要になることにも留意されたい。

本発明の範囲内では、光学デバイスの生理学的数量の測定機能またはデータ送受信機能を自動的かつ選択的に動作させる検出手段を計器に設けることも有利である。

したがって、第１の例として、携帯型計器は、光学デバイスが器官組織に接触しているとき、光学デバイスの生理学的数量の測定機能を自動的に動作させる第１検出手段を備えることになる。１つの有利な解決策は、少なくとも１個の受光器によって検出された光放射の強度に基づいて、光学デバイスが器官組織に接触しているかどうかを判定することにあり得る。

したがって、第２例として、携帯型計器は、データが携帯型計器に送信されるとき、光学デバイスのデータ送信および／または受信機能を自動的に動作させる第２検出手段も含むことができる。１つの有利な解決策は、同様に少なくとも１個の受光器によって検出された光放射の強度に基づいて、データが携帯型計器に送信されたかどうかを検出することである。

したがって、図４を再度参照すると、１個または数個の受光器によって捕らえられた光放射の強度水準を検出する手段９０を携帯型計器に設けることが有利である。実施に際して、携帯型計器が測定モードで動作しているとき、外部ユニットによって送信された光学信号を、同じ受光器によって典型的に捕捉された１つまたは複数の光学信号から区別することも可能であり、外部ユニットによって生成される光学信号の強度は、生理学的数量の測定時における光学信号の平均水準よりも高い強度水準を有するように調整可能である。

図５は、例として、光学的な脈拍の測定を表す線と外部ユニットによって送信される変調信号を表す線とが加えてある経時的な漸進変化図によって、このような可能性を模式的に例示するが、これらの信号の強度はそれぞれ実質的に異なるように選択される。例示するように検出閾値Ｖｔｈを設けることによって、このように２種類の信号を区別し、かつ携帯型計器を適切なモードに切り換えることができる。

このような原理から出発すると、検出器７２または復調器８２の選択的駆動を手段９０によって実行することができる。復調器８２を使用して外部ユニットによって送信された所定の光学制御信号を復号し、かつその存在を検出することもできる。したがって、携帯型計器の知られたシーケンスに従って符号化された第１光学制御信号を外部ユニットによって送信し、携帯型計器にデータ（例えば、構成データ）がそこに送信されることを予告することができる。同様に、携帯型計器の知られたコード・シーケンスに従って符号化された第２光学制御信号を外部ユニットに送信して、携帯型計器にデータ（例えば、メモリ手段７４の中に格納された生理学的な測定数量の経時的な漸進変化に関するデータ）を送信するように命ずることもできよう。

捕捉された信号の強度のみに基づく光学信号間の区別だけでは十分でなければ、外部ユニットによって送信された光学信号の別個の変調特性に基づいて、例えば、受信信号の周波数解析に基づいて信号を区別するように手段９０を別法として配置することもでる。他の均等な手段も想定されていることが分かるであろう。

最後に、添付の特許請求の範囲によって記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形および／または改良が本明細書に説明した実施形態になされ得ることは当業者には明らかであることが分かる。特に、本発明は腕時計の形状でのみ使用するように限定されるものではなく、手首に着用されているかどうかに関わらず、他の任意の携帯可能な応用例に適用される。

腕時計と同様の形状を取り、携帯型計器の前面上に配置された光学デバイスを含む第１実施形態例にしたがう、生理学的数量を測定するための携帯型計器の表示側を示す斜視図である。 同じく腕時計と同様の形状を取り、計器の底面中に配置された光学デバイスを含む第２実施形態例にしたがう、生理学的数量を測定するための携帯型計器の底面側を示す斜視図である。 生理学的数量の測定を行うために、図２の計器を腕に着用しているとき、バンドの長手方向に沿って取った計器の断面を示す図である。 １実施形態例にしたがう携帯型計器の様々な構成要素を示すブロック線図である。 携帯型計器の適切な動作モードを選択的に動作させるために、外部ユニットによって送信された光学信号を、生理学的数量の測定時に捕捉された光学信号から区別することがどのように想定されているかを模式的に示すグラフである。

符号の説明

６１ 光源、６２、６４、６４ 受光器、６３、６５、６７ 増幅手段、７０ 中央処理ユニット、７１ 制御回路、７２ 検出回路、７３ 表示デバイス、７４ メモリ手段、７５ クロックシステム、８１ 変調手段、８２ 復調手段、９０ 検出手段

Claims (6)

1. 生理学的数量、特に脈拍を測定するための光学デバイス（４、５）とデータを送信および／または受信する手段とを含む手首着用型計器であって、前記光学デバイス（４；５；６１）が器官組織（１０）の一部を光放射にさらすための少なくとも１個の光源（４１；５１）と、前記器官組織中に伝搬後に、前記光放射の強度を検出するための少なくとも１個の受光器（４２；５２、５３、５４；６２、６４、６６）とを含み、
   前記光学デバイス（４；５）がデータを送信および／または受信する前記手段をも構成し、前記少なくとも１個の光源（４１；５１；６１）および／または前記少なくとも１個の受光器（４２；５２、５３、５４；６２、６４、６６）が、それぞれデータを外部ユニットに送信し、またはデータを前記外部ユニットから受信するように構成され、
   さらに、前記光学デバイス（４；５）が前記器官組織に接触しているとき、前記光学デバイスの生理学的数量の測定機能を自動的に動作させる第１検出手段（９０）を含み、
   前記第１検出手段（９０）が、前記光学デバイスの少なくとも１個の受光器によって検出された前記光放射の強度に基づいて、前記光学デバイスが前記器官組織に接触しているかどうかを判定すること
   を特徴とする手首着用型計器。
2. 前記光学デバイス（４；５）が、それが前記生理学的数量を測定する手段として動作する測定段階と、それがデータ送信および／または受信手段として動作する通信段階との間で切り換えられ、
   前記手首着用型計器が、前記通信段階の間に前記データを前記外部ユニットに送信する前に、前記測定段階時に前記生理学的数量の経時的変化に関するデータを格納するメモリ手段（７４）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の手首着用型計器。
3. 前記手首着用型計器を着用しているとき、前記光学デバイス（４；５）が、前記生理学的数量の測定手段として動作するために、前記器官組織（１０）に常に接触しているように配置され、前記手首着用型計器を着用していないとき、前記光学デバイスが、データ送信および
   ／受信手段として動作するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の手首着用型計器。
4. データを前記手首着用型計器に送信するとき、前記光学デバイス（４；５）の前記データ送信および／または受信機能を自動的に検出する第２検出手段（９０）を含むことを特徴とする前記請求項１から３のいずれか一項に記載の手首着用型計器。
5. 前記第２検出手段（９０）が、前記光学デバイスの少なくとも１個の受光器によって検出された前記光放射の強度に基づいて、データが前記手首着用型計器に送信されているかどうかを検出することを特徴とする請求項４に記載の手首着用型計器。
6. 前記光学デバイスの前記データ送信機能と前記データ受信機能が、前記外部ユニットによって送信された所定の光学制御信号に基づいて選択されることを特徴とする請求項４または５に記載の手首着用型計器。
   

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