JP6979027B2 - 心臓血管診断のための光学測定デバイス - Google Patents

Description

心臓血管診断のための光学測定デバイスに関する。

心臓血管特性を測定するためのデバイスは、測定自体が被験者の状態に強く干渉し、それによって誤った結果をもたらすという問題がある。たとえば、血圧測定値を取得するための現行のカフベース方法は、顕著な生理学的影響を及ぼすことがある。現行のカフベースの方法では、血圧測定値は、血流が完全に遮断される程度に動脈を収縮させ、次いで徐々に収縮を解放することによって取得される。動脈を収縮させると脈圧伝播および脈圧形状が影響を受ける。さらに、拡張期血圧は、経壁圧（すなわち、動脈の外部と内部との間の圧力差）がゼロに近いときに得られる測定値から導出され、このことは、これらの測定が正常からかけ離れた条件の下で行われることを意味する。

さらに、膨張可能なカフと、臨床環境内で行われる測定とに基づく従来の方法は、患者の血圧の変化を引き起こす強い心理的影響を有することもある。たとえば、臨床環境にいることの心理的影響によって、患者の血圧が上昇する場合がある。この現象は、一般に「白衣症候群」または「白衣高血圧」と呼ばれる。他の例では、患者の血圧が通常の日常活動では上昇するが、臨床環境では上昇しない場合もある。この現象は一般に、「仮面高血圧症」と呼ばれる。

加えて、血圧は、しばしば、経時的にかなりの変動性を示す。したがって、血圧における日中の変動または他の経時的な変動を確認することは、高血圧症を含む様々な心臓血管問題を適切に診断するうえで非常に重要である場合がある。携帯型血圧測定を行うことは、より長い期間にわたる測定を容易にし、臨床環境において特徴的な心理的影響を回避することによって、診断を向上させるうえで有益である場合があることもわかっている。

様々な実施形態は、光学センサーと、光シートを対象となる動脈の方に向けることによって、心臓血管特性を測定し動きアーティファクトを補償する光学測定デバイスにおいて、この光学センサーを使用する方法とを含む。様々な実施形態では、光学センサーは、１つまたは複数の光源と、１つまたは複数の光源に結合された１つまたは複数の透光導体であって、１つまたは複数の光源からの光を光シートとして被験者内の動脈の方に向けるように構成され、光シートの断面プロファイルにおいて動脈の長手方向を横切る長さが動脈の直径よりも長い１つまたは複数の透光導体とを含んでもよい。光学センサーは、動脈および動脈の周りの組織によって後方散乱された光シートからの光である後方散乱された光を受け取るように構成された１つまたは複数の光検出器をさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルにおいて、動脈の長手方向に平行な幅が光シートの長さよりも短くてもよい。いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有してもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、光シートが被験者の肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、光シートが少なくとも４０度にわたって肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、１つまたは複数の光源からの光が光シートになるように光シートの方向を定めるために光学ファセット、屈折率構造、体積ホログラム、回折面レリーフ要素、またはそれらの任意の組合せのうちの１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、１つまたは複数の光源からの光が光シートとして光の方向を定めるように構成された平面光導波路、プリズム、またはそれらの任意の組合せを含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、光シートを目標焦点深度に集束させるように構成された１つまたは複数のレンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、目標幅を有する光シートを目標焦点深度に集束させるように構成された１つまたは複数のレンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体は、肢の表面に整合するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器は、被験者の肢の部分外周に沿って後方散乱光を受け取るように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器は単一の光検出器であってもよく、光学センサーは、単一の光検出器に結合された１つまたは複数の受光導体をさらに含んでもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の受光導体の各々は、後方散乱光を収集し、収集された後方散乱光を単一の光検出器の方に向けるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、光学センサーは、複数の光検出器と、各々がそれぞれの光検出器に結合された複数の受光導体とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、受光導体の各々は、後方散乱光を収集し、収集された後方散乱光を受光導体のそれぞれの光検出器の方に向けるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、光学センサーは、１つまたは複数の光検出器に結合されたプロセッサであって、１つまたは複数の光検出器からの出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するためのプロセッサ実行可能命令を備えるプロセッサを含んでもよい。

さらなる実施形態は、光学測定デバイスを使用して心臓血管特性を測定する方法を含んでもよく、この方法は、光シートを被験者内の動脈の方に向けるステップであって、光シートの断面プロファイルにおいて動脈の長手方向を横切る長さが動脈の直径よりも長くなり得る、ステップを含んでもよい。この方法は、動脈および動脈の周りの組織から後方散乱された光シートからの光である後方散乱光を受け取るステップと、受け取られた後方散乱光に基づいて出力を生成するステップとを含んでもよい。いくつかの実施形態は、出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するステップをさらに含んでもよい。

いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルにおいて、動脈の長手方向に平行な幅が光シートの長さよりも短くてもよい。いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有してもよい。

いくつかの実施形態では、光シートを被験者内の動脈の方に向けるステップは、光シートが被験者の肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるステップを含んでもよい。いくつかの実施形態では、肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるステップは、少なくとも４０度にわたって肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるステップを含んでもよい。いくつかの実施形態では、後方散乱光を受け取るステップは、肢の部分外周に沿って後方散乱光を受け取るステップを含んでもよい。

さらなる実施形態は、上記で説明した実施形態の方法の動作の機能を実行するための手段を含む光学センサーを含んでもよい。

さらなる実施形態は、光学センサーと、光学センサーに結合されたプロセッサとを含む心臓血管特性を測定するための光学測定デバイスを含んでもよい。光学センサーは、１つまたは複数の光源と、１つまたは複数の光源に結合された１つまたは複数の透光導体であって、１つまたは複数の光源からの光を光シートとして被験者内の動脈の方に向けるように構成され、光シートの断面プロファイルにおいて動脈の長手方向を横切る長さが動脈の直径よりも長い１つまたは複数の透光導体とを含んでもよい。光学センサーはまた、動脈および動脈の周りの組織から後方散乱された光シートからの光である後方散乱光を受け取り、受け取られた後方散乱光に基づいて出力を生成するように構成された１つまたは複数の光検出器を含んでもよい。プロセッサは、光学センサーからの出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルにおいて、動脈の長手方向に平行な幅が光シートの長さよりも短くてもよい。いくつかの実施形態では、光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有してもよい。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付の図面は、特許請求の範囲の例示的な実施形態を示し、上で与えられた一般的な説明および下記の発明を実施するための形態とともに、特許請求の範囲の特徴を説明するのに役立つ。

従来の光学センサーの出力強度が人差し指の外周に沿って角度とともにどのように変動し得るかをグラフ形式で示す図である。 様々な実施形態による光学センサーが、対象となる動脈を横切るように光シートの方向を定めることによって動きアーティファクトをどのように補償し得るかをグラフ形式で示す図である。 いくつかの実施形態による光学センサーを含む光学測定デバイスの構成要素を示す図である。 いくつかの実施形態による光学測定デバイスの側面図である。 いくつかの実施形態による光学測定デバイスを示す図である。 第１の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第１の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第２の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第２の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第３の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第４の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第４の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第５の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 第５の実施形態による光学センサーの構造を示す図である。 いくつかの実施形態による光学センサーを使用して心臓血管特性を測定する方法を示す図である。 いくつかの実施形態による光学センサーを使用して心臓血管特性を測定する別の方法を示す図である。

添付の図面を参照して、様々な実施形態について詳細に説明する。可能な場合はいつでも、同一または同様の部分を指すために、図面全体にわたって同じ参照番号が使用される。特定の例および実施態様に対してなされる参照は、説明が目的であり、特許請求の範囲を限定することを意図していない。

「心臓血管特性」という用語は、本明細書では、限定はしないが、動脈心拍間拡張、脈波伝播時間（ＰＴＴ）、脈波伝播速度（ＰＷＶ）、動脈剛性、心拍数、心拍変動性、および血圧を含む心臓血管系の特性を指すために使用される。

「光学測定デバイス」という用語は、本明細書では、被験者によって装着することができる構造または備え付け品（たとえば、家具、運動機器、自動車用備え付け品など）上の構造などの、生物測定を行うために被験者の皮膚に光学的に接触するように配置されるように構成された物理装置を指すために使用される。これに対して、「光学センサー」という用語は一般に、指、手首、または他の身体部分上に装着可能であるかまたは配置することができるセンサーまたは備え付け品上のセンサーなど、被験者の皮膚に光学的に接触するように配置されるように構成され、光刺激に応答して（測定または制御機構の操作に関する）得られた出力を送るデバイスを指す。「光学的接触」という用語は、本明細書では、光学測定デバイスから放出された光が被験者の皮膚に入射することができ、後方散乱光が光学的な干渉なしに被験者の皮膚から光学測定デバイスに入射することができることを意味するために使用される。したがって、光学測定デバイスと被験者の皮膚との間に透過構造（たとえば、ガラスカバー）、中間質（たとえば、透明ゲル）、または小さいエアギャップが配置されてもよい。

「肢」という用語は、本明細書では、指、手首、前腕、足首、脚、または心臓血管特性を測定するのに適したその他の身体部分を指すために使用される。

「後方散乱光」という用語は、本明細書では、光学測定デバイスの１つまたは複数の光検出器によって受け取られるのに十分な角度（たとえば、９０度以上）にわたって、動脈を含む組織による反射、屈折、および／または再放出によって方向を変えられた１つまたは複数の光源からの光を指す。

従来の光学センサーを含む従来の光学測定デバイスは、血圧を含むいくつかの心臓血管特性を推定するために使用されている。たとえば、従来の光学センサーは、１つまたは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、光点と呼ばれることがある小さい被照明領域から後方散乱する光を検出するフォトダイオード検出器（ＰＤ）とを含んでもよい。光はヒトの組織内を短い距離、たとえば数ミリメートルしか伝播できないので、光学センサーは、対象となる動脈が皮膚表面に最も近い皮膚に光学的に接触するように配置される必要がある。したがって、従来の光学センサーでは、ユーザは、センサーを正確に配置するうえで動脈の位置を判定するための事前知識または医学的知識を有する必要があることがあり、あるいはデバイスは、ユーザが光学センサーを使用できるようにユーザに光学センサーを適切な位置を見つけるように調整させるためのフィードバックを与える必要があることがある。

動脈、動脈内の血球、およびその他の組織によって反射または「後方散乱」される放出された光点からの光は、１つまたは複数の光検出器によって受け取られて出力信号を生成することがある。この出力は、動脈拍動波形を取得するように処理されてもよい。

従来の光学センサーは一般に、動脈の考えられる動きおよび／または動脈に対する光学センサーのあり得る動き（本明細書では集合的に動脈変位と呼ばれる）と比較して比較的小さい断面積を有する点からの光を検出するように構成される。動脈変位は、手首のねじり、指の曲げ、光学センサーの最初の位置からのわずかな回転またはずれ、あるいはそれらの任意の組合せなどの、肢または光学センサーの動きに起因して生じることがある。動脈変位は、最大で数ミリメートル以上に及ぶ場合があり、従来の光学センサーの出力における動きアーティファクトまたは収差を生じさせることがある。光学センサーの出力に基づく心臓血管特性測定の精度は、動脈変位に著しく依存することがある。

たとえば、図１は、従来の光学センサー１１０の出力強度が人差し指１２０の外周に沿って角度とともにどのように変動し得るかをグラフ形式で示す。従来の光学センサー１１０は、動脈または他の組織によって反射された小さい被照明領域（または点）からの後方散乱光の強度を検出し出力してもよい。強度プロットは、従来の光学センサー１１０が人差し指１２０の外周に沿って増分的に回転するときにこの光学センサーの出力を測定することによって取得されてもよい。

グラフ１００に示すように、ゼロ（０）度の回転は、光学センサー１１０が人差し指の上に配置されていることに相当する。信号強度曲線１０５は、狭い帯域内においてそれぞれ約２２０度および約１４０度にピーク１０５ａおよび１０５ｂを含む。これらの狭い帯域は、２つの動脈がセンサー１１０に最も近くなることがあり、かつ光の散乱または吸収が最大になる人差し指１２０の表面上の位置１３０に相当する。これらの狭い帯域内にピークを有する従来の光学センサー１１０の出力の結果、光学センサーが指の周りをわずかに回転すると、センサー出力において顕著な動きアーティファクトが生じることがある。その結果、あり得る動脈変位と比較して比較的小さい断面積を有する点からの光を検出する従来の光学センサーを使用して心臓血管特性を測定する光学測定デバイスは一般に、信頼性が低い。図１におけるグラフ１００は、単一の光点を含む従来の光学センサーの測定を示すが、グラフ１００において示す問題は、従来の光学センサーが複数の光点と対応するセンサーとを含むときに生じることもある。

様々な実施形態は、心臓血管特性の測定値を取得するように構成された光学測定デバイスにおいて使用される光学センサーを含む。詳細には、様々な実施形態は、１つの軸が第２の軸よりも長く、本明細書では「光シート」と呼ばれる断面プロファイルを有する光を、被験者の肢内に放射し、後方散乱光を受け取り、受け取った後方散乱光から、様々な心臓血管特性を測定する際に使用される出力を生成するように構成された光学センサーを含んでもよい。「光シート」という用語は、本明細書では、非対称断面（すなわち、伝播方向を横切る１つの軸が、同じく伝播方向を横切る垂直軸よりも長い）を有する放射光の略語として使用される。光シートのより長い軸は、本明細書では「光シートの長さ」と呼ばれることもあり、より短い横軸は、「光シートの幅」と呼ばれることもある。「光シート」という用語は、さらなる限定を目的としたものではなく、楕円、矩形、三角形、多角形などを含む任意の形状の断面プロファイルを有する放射光を包含する。

様々な実施形態は、光シートを放射することによって、光シートが動脈の長手方向に概ね直角に向けられるように光学センサーを被験者の肢上に配置するのを可能にする。光シートがこのように向けられると、光シートの長さによって、光学センサーを利用する人が肢内の動脈の位置についての事前知識を有さないときに放射光が動脈を照明する可能性が高くなる。いくつかの実施形態では、光学センサーは、光シートの長さが最小動脈変位、平均動脈変位、または最大動脈変位以上になり得、それによって、動脈がそのような変位にかかわらず被照明体積内に残り得るように構成されてもよい。たとえば、光学センサーが指の上に配置されるように構成されるいくつかの実施形態では、光シートの長さは数ミリメートル（ｍｍ）、たとえば最大で１０ｍｍであってもよい。光学センサーが手首の上に配置されるように構成されるいくつかの実施形態では、光シートの長さは１センチメートル（ｃｍ）以上まで延びてもよい。いくつかの実施形態では、光シートの幅は３０ミクロン（μｍ）から１ｍｍの範囲であってもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、光シートの幅は光シートの長さの２０％以下に等しくてもよい。

いくつかの実施形態では、光学センサーは、光シートの断面が、対象となる動脈が皮膚に最も近く、かつセンサー出力の強度がピークに達する肢（たとえば、指、手首、足首など）の外周上の位置の周りの回転度の範囲にわたって延びる横軸を有するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、光学センサーは、横軸が肢の部分外周に沿って延びるように光シートが放射され得るように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、光学センサーは、光シートの横軸が肢の全外周に沿って延び得るように構成されてもよい。

光学センサーは、放射光の長軸が動脈の長軸に概ね垂直になるように肢上に配置されたときに、光が、幅が広く薄い光シートとして放射され、動脈および／または光学センサーがずれた場合でも光エネルギーの一部が動脈に加えられることを確実にするように構成されてもよい。様々な実施形態では、光学測定デバイスは、限定はしないが、動脈拡張、脈波伝播時間（ＰＴＴ）、脈波伝播速度（ＰＷＶ）、動脈剛性、心拍数、心拍変動性、および血圧を含む、被験者の心臓血管系の特性を測定するように構成されてもよい。

様々な実施形態は、動脈変位によるアーティファクトを最小限に抑えるかまたは解消するように心臓血管特性を測定することができる光学測定デバイスを提供する場合がある。したがって、様々な実施形態の光学測定デバイスは、動脈の位置の厳密な知識を必要とせずに被験者上に配置されてもよい。

図２は、実施形態の光学センサーが、対象となる動脈を横切るように光シートの方向を定めることによって動きアーティファクトをどのように補償し得るかをグラフ形式で示す。図２は、従来の光学センサーの信号強度曲線１０５である図１のグラフ１００と同様である。

しかし、図２は、実装形態の光学センサーは、対象となる動脈を横切るように光シートの方向を定めることによって、後方散乱光を受け取り、光シートの受け取られた後方散乱の信号強度が光シートの長さにわたって積分された出力を生成してもよいことを示す。光シートは、光断面の長軸が人差し指またはその他の肢の外周に沿って約４０度にわたって延びるように構成されてもよい。したがって、光学センサーは、指の周りを回転するときでも、動脈が光シートの一部を反射することによって得られる後方散乱光を連続的に受け取る場合がある。さらに、光シートを放射して光シートの後方散乱を受け取る実施形態の光学センサーを使用することによって、光学センサーは、患者が動脈の位置についての厳密な知識を有することなくあるいは動脈の位置について何ら知識を有することなく、患者上に配置される場合がある。たとえば、いくつかの実施形態では、光学センサーは、時計、医療パッチ、リストバンド、スマート衣服などの装着型光学測定デバイスに組み込まれてもよい。ユーザは動脈の位置を認識していなくてもよいが、ユーザが自分の手首上に光学センサー（たとえば、時計）を装着されていることを知っており、光学センサー（たとえば、時計）を身体上に適切に配置するにはどうすればよいかに関してユーザに知らせる指示書が不要になれば十分である場合がある。

図３Ａは、いくつかの実施形態による光学センサー３１０を含む光学測定デバイス３００の例示的な構成要素を示す。光学測定デバイス３００は、光学センサー３１０と、プロセッサ３２０と、メモリ３２２と、アンテナ３３２に結合された無線周波数（ＲＦ）プロセッサ３３０と、電源３４０とを含んでもよい。

光学センサー３１０は、１つまたは複数の透光導体３１４に結合された１つまたは複数の光源３１２を含んでもよく、１つまたは複数の透光導体３１４は、１つまたは複数の光源からの光が光シートになるように光の方向を定めるように構成される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源３１２は、光を１つまたは複数の透光導体３１４に入射させ、透光導体３１４は光を光シートとして透光導体３１４から被験者の肢の方へ向ける。様々な実施形態では、１つまたは複数の透光導体３１４は、図４Ａ〜図８Ｂを参照しながらより詳細に説明するように、限定はしないが、光学ターニングファセット、屈折率構造、体積ホログラム、および／または回折面レリーフ要素を含む、１つまたは複数の光源３１２からの光が光シートになるように光の方向を定めるための様々な光学ターニング部材を含んでもよい。

光学センサー３１０は、後方散乱光を受け取り、受け取られた後方散乱光に比例する出力を生成するように構成された１つまたは複数の光検出器３１６をさらに含んでもよい。説明したように、光シートからのエネルギーは、動脈および動脈内の血球、ならびに動脈を囲む組織によって後方散乱されることがある。したがって、１つまたは複数の光検出器３１６によって生成された出力は、様々な心臓血管特性を測定するために使用されることがある後方散乱光の強度に基づいて動脈および動脈を囲む組織の光吸収の程度を提示してもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器３１６は、後方散乱光を受け取るために１つまたは複数の透光導体３１４のいずれかの側または両側に配置されるかあるいはいずれかの側または両側に沿って配置されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器３１６は、１つまたは複数の透光導体３１４自体内に組み込まれてもよい。複数の光検出器を含む実施形態では、それぞれの検出器３１６の出力は、受け取られた後方散乱光から様々な特性または測定値を判定するために最大値または最小値を特定するように組み合わされるか、平均されるか、あるいは個々に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器３１６の各々が、肢の外周に沿って後方散乱光を収集し、収集された光を１つまたは複数の光検出器の方に向けるように構成された１つまたは複数の受光導体３１８に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器３１６はフォトダイオード検出器であってもよい。

光学センサー３１０は、プロセッサが１つまたは複数の光検出器３１６の出力を受け取るようにプロセッサ３２０に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、光学測定デバイス３００用の様々な機能を実行するように特定的に適合された専用ハードウェアであってもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、プロセッサ実行可能な命令によってプログラムされる場合があるプログラム可能な処理ユニット３２１であっても、あるいはこのプログラム可能な処理ユニット３２１を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、光学測定デバイス３００の様々な機能を実行するためにソフトウェア命令によって構成させることができるプログラム可能なマイクロプロセッサチップ、マイクロコンピュータチップ、または多重プロセッサチップであってもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、専用ハードウェアとプログラム可能な処理ユニット３２１の組合せであってもよい。

いくつかの実施形態では、メモリ３２２は、プロセッサ実行可能命令および／または光学センサー３１０からの出力を記憶してもよい。いくつかの実施形態では、メモリ３２２は、揮発性メモリであっても、不揮発性メモリ（たとえば、フラッシュメモリ）であっても、あるいはそれらの組合せであってもよい。いくつかの実施形態では、メモリ３２２は、プロセッサ３２０に含まれる内部メモリ、プロセッサ３２０の外部のメモリ、またはそれらの組合せを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、１つまたは複数の光源３１２、１つまたは複数の光検出器３１６、あるいはそれらの任意の組合せに結合されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、１つまたは複数の光源３１２および光検出器３１６がいつアクティブ化される（たとえば、オンおよびオフに切り替えられる）かを選択的に制御するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、１つまたは複数の光源３１２および１つまたは複数の光検出器３１６を別個に制御してもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、１つまたは複数の光源３１２および検出器３１６のアクティブ化を制御し、それによって、１つまたは複数の光源３１２がアクティブ化される時間と光検出器３１６がアクティブ化される時間との間の時間遅延が存在してもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、１つまたは複数の光検出器３１６の出力を受け取って処理するようにさらに構成されてもよい。たとえば、プロセッサ３２０は、光検出器３１６の出力を分析し、１つまたは複数の心臓血管特性の測定値を生成するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、光学センサー３１０からの出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を推定するように構成されてもよい。たとえば、プロセッサ３２０は、指スリーブ内に２つの光学センサー３１０ａ、３１０ｂを含めることによって、２つの光学センサー位置の間の脈波伝播時間（ＰＴＴ）を測定することが可能であってもよい。プロセッサ３２０は、２つの光学センサー位置の間の距離を知ることによって、ＰＴＴ測定値に基づいて脈波伝播速度（ＰＷＶ）を計算することが可能であってもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサ３２０は、センサー出力および／または測定された心臓血管特性を、ディスプレイまたは他の出力デバイスを介して提示できるようにアンテナ３３２を介してリモートコンピューティングデバイス（図示せず）に伝達するためにＲＦプロセッサ３３０に結合されてもよい。ＲＦプロセッサ３３０は、送信専用トランシーバプロセッサであっても、あるいは２方向トランシーバプロセッサであってもよい。たとえば、ＲＦプロセッサ３３０は、信号を送りならびに／あるいは受け取るための単一のトランシーバチップまたは複数のトランシーバチップの組合せを含んでもよい。ＲＦプロセッサ３３０は、サポートされる通信のタイプに応じていくつかの無線周波数帯域のうちの１つまたは複数において動作してもよい。

プロセッサ３２０は、心臓血管特性の測定値または光学センサー３１０からの出力などの測定または計算による情報を記録または表示のためにリモートコンピューティングデバイス（図示せず）に送るように構成されてもよい。そのようなリモートコンピューティングデバイスは、限定はしないが、スマート衣服、セルラー電話、スマートフォン、ウェブパッド、タブレットコンピュータ、インターネット対応携帯電話、ワイヤレスローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）対応電子デバイス、ラップトップコンピュータ、専用ヘルスケア電子デバイス、パーソナルコンピュータ、およびプロセッサとＲＥプロセッサ３３０と通信するための通信リソースとを少なくとも備える同様の電子デバイス内のプロセッサを含む、様々なコンピューティングデバイスのいずれかであってもよい。測定および／または計算による情報は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、または他のワイヤレス通信プロトコルを使用するワイヤレスリンクを介して光学測定デバイス３００からリモートコンピューティングデバイスに送られてもよい。

光学センサー３１０、プロセッサ３２０、ＲＦプロセッサ３３０、および光学測定デバイス３００の任意の他の電子構成要素は、電源３４０によって給電されてもよい。いくつかの実施形態では、電源３４０は、バッテリーであっても、太陽電池であっても、あるいは他の種類のエネルギーハーベスティング電源であってもよい。

様々な実施形態では、光学測定デバイス（たとえば、３１０、３２０、３３０、３４０）のいくつかまたはすべての構成要素がバックサポート３５０によって支持されてもよい。いくつかの実施形態では、バックサポート３５０は、光学測定デバイス３００が指、手首、またはその他の肢などの被験者の表面を覆うか、または場合によっては被験者の表面に整合するように可撓性材料によって実装されてもよい。いくつかの実施形態では、バックサポート３５０は剛性を有してもよい。いくつかの実施形態では、バックサポート３５０は、光学測定デバイス３００のある部分において可撓性を有し、一方、デバイスの残りの部分は剛性構造を有する。いくつかの実施形態では、光学センサー３１０またはその任意の構成要素（たとえば、１つまたは複数の光源３１２、１つまたは複数の透光導体３１４、ならびに／あるいは１つまたは複数の光検出器３１６）は可撓性を有するように構成されてもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、光学センサー３１０またはその任意の構成要素は、エラストマーに埋め込まれてもよい。

いくつかの実施形態では、光学測定デバイス３００は、パッチ、指スリーブ、手首カフ、指輪、腕時計のバンド、腕時計のバックケース、および／または他の形態の衣類（すなわち、光学測定デバイス３００の実施形態を含む衣服）の形態に構成されてもよく、あるいはそれらに組み込まれてもよい。しかし、様々な実施形態は、被験者によって直接装着される実装形態に限定されず、光学センサーを被験者の皮膚に接触するように配置する構成を含んでもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、光学測定デバイス３００は、自動車、列車、航空機、またはその他の車両内の安全ベルト、ステアリングホイール、アームレスト、シート、およびその他の構造に組み込まれ、光学センサーが被験者の皮膚に光学的に接触するように構成されてもよい。別の例として、いくつかの実施形態では、光学測定デバイス３００は、スマート家具に組み込まれ、光学センサーが被験者の皮膚に光学的に接触するように構成されてもよい。さらなる例として、いくつかの実施形態では、光学測定デバイス３００は、ヘルメット、ラケットハンドル、リストバンドまたはヘッドバンド、靴、靴下、ハンドルバーなどの運動機器に組み込まれ、光学センサーが被験者の皮膚に光学的に接触するように構成されてもよい。

図３Ｂは、いくつかの実施形態による光学測定デバイス３００の側面図である。図示のように、光学センサー３１０は、パッチの形態に構成されたバックサポート３５０に付着してもよい。光学センサー３１０は、パッチが被験者の肢の皮膚表面に貼り付けられたときに、光シート（矢印によって示されている）を被験者の肢内部に向け、様々な心臓血管特性を測定する際に使用される後方散乱光からの出力を受信し、生成するようにプロセッサ（たとえば、３２０）によって制御されてもよい。

図３Ｃは、被験者の指の上に配置するのに適した実施形態による光学測定デバイス３００を示す。図３Ｃに示す実施形態では、光学測定デバイス３００は、バックサポート３５０の内面上に指スリーブの形態で配置された２つの光学センサー３１０ａ、３１０ｂ（集合的に３１０）を含む。ただし、他の実施形態はこれよりも多くのセンサーを含んでもよく、あるいはこれよりも少ないセンサーを含んでもよい。光学センサー３１０は、貼り付けられるときおよび装着されている間、指スリーブにおける曲げに適応するように、可撓性結線３６２、３６４によってプロセッサ３２０に結合されてもよい。

図４Ａおよび図４Ｂは、光学センサー３１０の１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の透光導体３１４と、１つまたは複数の光検出器３１６と、１つまたは複数の受光導体３１８とを構成するための第１の実施形態を示す。具体的には、図４Ａは、肢の表面の方に向けられた光学センサー３１０の底面図を示す。図４Ｂは、光学センサー３１０の断面図である。

これらの図に示すように、光学センサー３１０は、１つまたは複数の透光導体３１４に結合された１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の受光導体３１８に結合された１つまたは複数の光検出器３１６とを含んでもよい。これらの構成要素は、１つまたは複数の光源と光検出構成要素との間の光バッフルとして働く場合があるフレキシブル基板４３０上に支持されてもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源３１２は、特定の波長の光を生成する発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。たとえば、ＬＥＤは、緑色光に対応する波長を有する可視光を生成してもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器３１２はレーザーであっても、あるいはレーザーを含んでもよい。たとえば、レーザー光源は、赤外（ＩＲ）領域内の波長を有する光ビームを生成する垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）であってもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源３１２は、任意の他の適切な光源からの光の方向を定める光ファイバを含んでもよい。

１つまたは複数の光源３１２は、光を１つまたは複数の透光導体３１４に入射させる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源３１２からの光は、光を１つまたは複数の透光導体３１４に入射させるための光カプラまたは他の光学構造を透過する。１つまたは複数の光源３１２からの光が１つまたは複数の透光導体３１４を横切って伝播するとき、１つまたは複数の光導体３１４内に配置された光学ターニング部材４１４が光を１つまたは複数の透光導体３１４から一様な光シートとして送ってもよく、光シートは、光学センサー３１０が被験者の肢上に配置されているときには肢の部分外周の方に向けられる。１つまたは複数の透光導体３１４は、光学センサー３１０が被験者の肢上に配置され肢の部分外周に沿って延びるときに、光シートの長さが動脈の長手方向に垂直に向けられるように、光学センサー３１０内に配置され構成されてもよい。

動脈、動脈内の血球、および周囲の組織によって後方散乱された光は、１つまたは複数の受光導体３１８によって収集されてもよい。１つまたは複数の受光導体３１８が、光シートが放射された肢の外周に沿って後方散乱光を収集したときに、受光導体３１８内に配置された光学ターニング部材４１４が、収集された光を１つまたは複数の光検出器３１６の方に向けてもよい。１つまたは複数の光検出器３１６は、肢の外周に沿って収集された後方散乱光を検出し、図３Ａを参照しながら説明したように処理できるようにプロセッサ３２０に伝達される出力信号を生成する。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、１つまたは複数の光検出器３１６および１つまたは複数の受光導体３１８の光学ターニング部材４１４は、１つまたは複数の透光導体３１４の光学ターニング部材４１４の配向に対して時計回りに９０度ずれていてもよい。

いくつかの実施形態では、透光導体および受光導体のそれぞれの光学ターニング部材４１４は、光学ターニングファセットのアレイとして実装されてもよい。いくつかの実施形態では、光学ターニングファセットの各々は、Ｖ溝などの対称形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、光学ターニングファセットの各々は、鋸歯などの非対称形状を有してもよい。光学ターニングファセットの各々は、導波路の平面に対して約４５度傾斜し、深さ約２ミクロン〜２０ミクロンまで延びる側壁を含んでもよい。いくつかの実施形態では、それぞれのターニングファセット間の距離は、たとえば約１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、それぞれのターニングファセット間の距離は、１つまたは複数の光源からの１つまたは複数の透光導体３１４の長さに応じて長くなり、発光強度出力がより一様になる。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体３１４および１つまたは複数の受光導体３１８の光学ターニング部材４１４は、光を光導体内に結合し光導体から取り出すためにそれぞれの光導体３１４、３１８内に埋め込まれた屈折率構造として実装されてもよい。たとえば、そのような構造は、ブラッグフィルタを実現するかまたはホログラフィー光学要素を実装するための、当技術分野で知られている構造を含んでもよい。いくつかの実施形態では、屈折率構造は、１つまたは複数の透光導体３１４および／または１つまたは複数の受光導体３１８にファセットおよび／またはＶ溝を捕捉的に形成するように含められ構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、透光導体３１４および受光導体３１８のそれぞれの光学ターニング部材４１４は、体積ホログラムおよび／または回折面レリーフ要素もしくは格子として実装されてもよい。いくつかの実施形態では、透光導体３１４および受光導体３１８の光学ターニング部材４１４は、上述の光学ターニング部材４１４を含む様々な種類の光学ターニング部材４１４のうちの２つ以上の光学ターニング部材の様々な組合せを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体３１４および１つまたは複数の受光導体３１８は、アクリル材料およびポリカーボネート材料などの透明材料の光学平面導波路として実装されてもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の透光導体３１４、１つまたは複数の受光導体３１８、またはその両方は、１つまたは複数のレンズを備えてもよい（図４Ａおよび図４Ｂには示されていない）。たとえば、透光導体３１４は、光シートを目標焦点深度および／またはビームサイズにおいて集束させるために１つまたは複数のレンズを備えてもよい。いくつかの実施形態では、レンズは、透光導体３１４から放射された光シートを、対象となる動脈の予期される位置に対応する焦点深度の方に集束させるように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、レンズは、動脈の長手方向に平行な方向に目標幅を有するように光シートを集束させるように構成されてもよい。受光導体３１８は、後方散乱光を受光導体３１８の方に集束させるためのレンズを備えてもよい。

いくつかの実施形態では、レンズは、円柱レンズなどの１つまたは複数の固定レンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、レンズは、光学センサーから放射された光シートの方向（たとえば、左右）および／または深度に関する可変制御を行うように構成された１つまたは複数の動的レンズを含んでもよい。いくつかの実施形態では、動的レンズは、プロセッサおよび／または専用ハードウェアによって制御可能であってもよい。他の実施形態では、動的レンズは、変形可能な反射デバイスとして実現される場合もある圧電リングにおけるエラストマーレンズとして構成されてもよい。いくつかの実施形態では、動的レンズは、液晶位相素子を使用して実現されてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂは、光学センサー３１０の１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の透光導体３１４と、１つまたは複数の光検出器３１６と、１つまたは複数の受光導体３１８とを構成するための第２の実施形態を示す。図５Ａは、肢の表面の方に向けられた光学センサー３１０の底面図を示す。図５Ｂは、光学センサー３１０の断面図である。図示のように、光学センサー３１０は、１つまたは複数の透光導体３１４に結合された１つまたは複数の光源３１２と、第１の受光導体３１８ａに結合された第１の光検出器３１６ａと、場合によっては、第２の受光導体３１８ｂに結合された第２の光検出器３１６ｂとを含んでもよい。これらの構成要素は、１つまたは複数の光源と光検出構成要素との間の光バッフルとして働く場合があるフレキシブル基板４３０上に支持されてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態は、１つまたは複数の光検出器３１６ａ、第２の受光導体３１８ｂ、および光学ターニング部材４１４が、１つまたは複数の透光導体３１４および光学ターニング部材４１４の配向に平行に向けられるという点において図４Ａおよび図４Ｂに示す実施形態とは異なる。この平行構成は、光学センサーの信号対雑音比を向上させるのを容易にする場合があり、発光体と光検出器の両方を同じ平面構造上に取り付けるのを可能にしてもよい。

図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態は場合によっては、第２の光検出器３１６ｂと、光学ターニング部材４１４を有する第２の受光導体３１８ｂとを含んでもよい。この任意の構成は、放射された光シートのいずれかの側での後方散乱光の検出を容易にする場合がある。それぞれの光検出器３１６ａ、３１６ｂの出力は、光シートの受け取られた後方散乱に対応する出力を取得するために最大値または最小値を特定するように組み合わされるか、平均されるか、あるいは個々に使用されてもよい。

図６は、光学センサー３１０の１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の透光導体３１４と、単一の光検出器３１６と、１つまたは複数の受光導体３１８とを構成するための第３の実施形態を示す。図６に示す光学センサー３１０の第３の実施形態は、受光導体３１８ａおよび３１８ｂによって収集された後方散乱光が単一の光検出器３１６の方に向けられるという点において図５Ａおよび図５Ｂに示す第２の実施形態とは異なる。たとえば、図６は、肢の表面の方に向けられた光学センサー３１０の底面図を示す。図示のように、光学センサー３１０は、１つまたは複数の透光導体３１４に結合された１つまたは複数の光源３１２と、２つの受光導体３１８ａ、３１８ｂに結合された単一の光検出器３１６とを含んでもよい。これらの構成要素は、１つまたは複数の光源と光検出構成要素との間の光バッフルとして働く場合があるフレキシブル基板４３０上に支持されてもよい。

受光導体３１８ａ、３１８ｂおよびそれぞれの光学ターニング部材４１４は、透光導体３１４および透光導体３１４の光学ターニング部材４１４の配向に並列に向けられてもよい。

単一の光検出器３１６は、肢の部分外周に沿って収集された後方散乱光を受け取り、出力を生成してもよく、この出力から、動脈の脈波形を含む信号が、受光導体３１８ａ、３１８ｂの両方からの後方散乱光を使用して取得されてもよい。したがって、２つ（またはそれ以上）の受光導体３１８ａ、３１８ｂは、受け取られた光を組み合わせ、そのような光を単一の光検出器３１６上に向けるように構成されてもよい。出力は、プロセッサ（たとえば、図３Ａの３２０）に伝達されてもよい。

図７Ａおよび図７Ｂは、光学センサー３１０の１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の透光導体３１４と、１つまたは複数の光検出器３１６と、１つまたは複数の受光導体３１８とを構成するための第４の実施形態を示す。図７Ａおよび図７Ｂは、光学センサー３１０のそれぞれ上面図および断面図を示す。

１つまたは複数の光源３１２は、光を拡散させることができる光学媒質を有する１つまたは複数の透光導体３１４に光を入射させてもよい。１つまたは複数の光源３１２からの光が透光導体３１４内を伝播するとき、光学媒質は、光を光シートに拡散させ、光シートは、肢の部分外周の方に放射される。光シートの長さは、動脈の長手方向に垂直に向けられ、肢の部分外周に沿って延びてもよい。

１つまたは複数の透光導体３１４は、光がプリズムの頂点に入射させられ、プリズムの矩形底面から光シートを放射する直角プリズムとして構成されてもよい。光シートの断面の長軸の長さは、プリズムの矩形底面の長さに等しくてもよい。

１つまたは複数の光検出器３１６は、肢の部分外周に沿って収集された後方散乱光を受け取り、図３Ａを参照しながら説明したように処理できるようにプロセッサ３２０に伝達される場合がある出力信号を生成してもよい。

図８Ａおよび図８Ｂは、光学センサー３１０の１つまたは複数の光源３１２と、１つまたは複数の透光導体３１４と、２つ以上の光検出器３１６と、１つまたは複数の受光導体３１８とを構成するための第１の実施形態を示す。具体的には、図８Ａは、肢の表面の方に向けられた光学センサー３１０の底面図を示す。図８Ｂは、光学センサー３１０の断面図である。これらの図に示すように、光学センサー３１０は、１つまたは複数の透光導体３１４に結合された１つまたは複数の光源３１２と、２つ以上の光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃとを含んでもよい。これらの構成要素は、１つまたは複数の光源と２つ以上の光検出構成要素との間の光バッフルとして働く場合があるフレキシブル基板４３０上に支持されてもよい。

光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃは、１つまたは複数の透光導体３１４のいずれかの側または両方の側に沿って分散されてもよい。図示のように、たとえば、光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃは、単一の透光導体３１４のある側に沿って等距離に離間されてもよい。この構成では、個々の光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃの各々は、肢の部分外周に沿って後方散乱光の一部を受け取り、対応する出力を生成する。

複数の光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃが後方散乱光の検出に使用される実装形態では、それぞれの検出器の出力は、部分外周の長さに沿った後方散乱光に対応する積分出力を取得するために最大値または最小値を特定するように組み合わされるか、平均されるか、あるいは個々に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、各光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃからの対応する出力は、出力を生成するためにプロセッサ（たとえば、図３Ａの３２０）に伝達されてもよい。いくつかの実施形態では、個々の光検出器３１６ａ、３１６ｂ、および３１６ｃのそれぞれの出力を組み合わせ、その後積分出力をプロセッサに伝達するために加算器またはその他の混合論理が使用されてもよい。

図９は、様々な実施形態による、被験者上に配置された光学測定デバイスにおいて心臓血管特性の測定値を取得するために光学センサーを使用する方法９００を示す。

ブロック９１５において、１つまたは複数の透光導体（たとえば、３１４）は、１つまたは複数の光源（たとえば、３１２）からの光を光シートとして被験者内の動脈の方に向ける。光シートは、その断面プロファイルにおいて、動脈の長手方向を横切る長さが動脈の直径よりも長くてもよい。いくつかの実施形態では、透光導体は、光学測定デバイスが被験者の肢上に配置されたときに、被験者の肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めるように構成されてもよい。光が肢の部分外周に沿うように光の方向を定めることによって、光シートの一部は、光学測定デバイスが被験者上に配置されたときに動脈が肢の表面に最も近くなる位置を照明する場合があり、光学測定デバイスを肢上に厳密に位置決めすることが不要になる。さらに、被験者の肢の部分外周に沿うように光シートの方向を定めることによって、光学測定デバイスは、光学センサーに対する動脈の変位が限定されるにもかかわらず、対象となる動脈に対する光学情報を継続的に取得する場合がある。

ブロック９２０において、１つまたは複数の光学センサー（たとえば、３１６）は、動脈および動脈の周りの組織から反射された光シートからの光である後方散乱された光を受け取る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光検出器（たとえば、３１６）は、動脈および光シートを反射する周囲組織から肢の部分外周に沿って後方散乱光を受け取る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の検出器はそれぞれの受光導体に結合されてもよく、受光導体は、肢の部分外周に沿って後方散乱光を収集し、収集された後方散乱光をそれぞれの光検出器の方に向ける。

ブロック９２５において、１つまたは複数の光検出器（たとえば、３１６）は、受け取られた量の後方散乱光に対応する出力を生成してもよい。たとえば、１つまたは複数の光検出器３１６は、後方散乱光を受け取り、受け取られた後方散乱光に比例する出力を生成するように構成されてもよい。説明したように、光シートからのエネルギーは、動脈および動脈内の血球、ならびに動脈を囲む組織によって後方散乱されることがある。したがって、１つまたは複数の光検出器３１６によって生成された出力は、様々な心臓血管特性を測定するために使用されることがある後方散乱光の強度に基づいて動脈および動脈を囲む組織の光吸収の程度を提示してもよい。複数の光検出器を含むいくつかの実施形態では、それぞれの検出器の出力は、受け取られた後方散乱光から様々な特性または測定値を判定するために最大値または最小値を特定するように組み合わされるか、平均されるか、あるいは個々に使用されてもよい。

図１０は、様々な実施形態による、光学測定デバイスにおいて心臓血管特性の測定値を取得するために光学センサーを使用する方法１０００を示す。方法１０００は、図９を参照して説明したようにブロック９１５〜９２５における動作を含んでもよい。

任意のブロック１０１０では、プロセッサ（たとえば、３２０）は、１つまたは複数の光検出器から出力を受け取り、この出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定してもよい。いくつかの実施形態では、生成された出力は、交流（ＡＣ）成分と直流（ＤＣ）成分の両方を有する脈波形信号の形態であってもよい。ＡＣ信号成分は、対象となる動脈の光学応答に対応する場合があり、ＤＣ信号成分は、動脈を囲む非動的組織の光学応答に対応してもよい。プロセッサは、動脈に関する脈波形のＡＣ信号成分を取得するために、カットオフ周波数が０．５ヘルツ（Ｈｚ）以下程度のハイパスフィルタを介して脈波形信号を処理してもよい。

プロセッサは、任意のブロック１０１０における動作の一部として、１つまたは複数の光検出器からの出力信号を使用して、動脈拡張、脈波伝播時間（ＰＴＴ）、脈波伝播速度（ＰＷＶ）、動脈剛性、心拍数、心拍変動性、および血圧、ならびにそのような測定値のうちの１つまたは複数に関する較正手順などの、様々な心臓血管特性を計算してもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセッサは、経時的なＡＣ信号成分の変化を記録し、たとえば、動脈の拡張を含む、１つまたは複数の心臓血管特性を判定してもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、光の２つの異なる波長の吸収の差から血液中の酸素濃度（ＳｐＯ２）を判定してもよい。たとえば、血中酸素濃度は、光の２つの波長（たとえば、一方の波長は赤色（たとえば、６６０ナノメートル（ｎｍ））であってもよく、他方の波長は赤外（たとえば、９５０ｎｍ程度）であってもよい）に関する測定されたＤＣ成分およびＡＣ成分の平均の比として測定されてもよい。

いくつかの実施形態では、光学測定デバイスは、脈波伝播時間（ＰＴＴ）などの特定の心臓血管特性を測定するために（たとえば、図３Ｃに示された）動脈の長手方向に並列に離間された少なくとも２つの光学センサーを含んでもよい。そのような実施形態では、任意のブロック１０１０において、プロセッサは、それぞれの光学センサー位置において検出された２つの脈波形のＡＣ信号成分間の時間シフトに基づいて脈波伝播時間を計算してもよい。たとえば、プロセッサは、（ｉ）２つの脈波形の収縮期部分を相関付けるか、（ｉｉ）２つの脈波形の収縮期開始部分の直前の最小値を見つけ、次いで時間差を観測するか、（ｉｉｉ）２つの脈波形の最大値および最小値を見つけ、波形の所与の比に対応する勾配上の点を特定し、この２つの点間の時間シフトを判定するか、または（ｉｖ）波形のハイパスフィルタ処理されたバージョンのゼロ交差を検出することによって時間シフトを判定してもよい。

いくつかの実施形態では、任意のブロック１０１０では、プロセッサは、脈拍間の時間を推定するか、または１つまたは複数の光検出器から受け取られた出力に基づいて脈拍のシーケンスにおける特徴的な周期性を推定することによって心拍数を計算してもよい。

いくつかの実施形態では、任意のブロック１０１０において、プロセッサは、鼓動と同期する信号変化に基づいて血圧を計算してもよい。たとえば、血圧は、任意のブロック１０１０においてプロセッサによって、１つまたは複数の光検出器から受け取られた出力から判定された心臓血管特性の様々な組合せから計算されてもよい。そのような心臓血管特性は、限定はしないが、動脈拡張を含んでもよい。いくつかの実施形態では、脈波形状の細部も信号から取出し可能であってもよい。そのような細部は、反射に関する情報を示してもよく、また、大動脈脈波伝播速度（ＰＷＶ）および中心血圧であってもよい中心心臓血管パラメータの推定を容易にする場合がある。

ブロック１０１５では、プロセッサは、任意のブロック１０１０においてプロセッサによって判定された１つまたは複数の心臓血管特性を、たとえばＲＦプロセッサ（たとえば、３３０）およびアンテナ（たとえば、３３２）を介して、別のコンピューティングデバイスに送ってもよい。たとえば、プロセッサは、計算された心臓血管特性を、操作者に表示できるように、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈまたはＷＬＡＮなどのワイヤレス信号を介してスマートフォンなどのモバイルデバイスに送ってもよい。コンピューティングデバイスは、計算された心臓血管特性測定値を記憶し、処理し、ならびに／あるいは表示してもよい。いくつかの実施形態では、ブロック９２５において光検出器によって生成された出力は、ブロック１０１５においてスマートフォンなどの別のコンピューティングデバイスに直接送られてもよい。そのような実施形態では、コンピューティングデバイスは、出力信号から１つまたは複数の心臓血管特性を判定してもよく、光学センサーにおいて限定された機能のプロセッサを使用することが可能になる。

さらに、上述の方法の説明およびプロセスフロー図は、単に説明のための例として提供されており、様々な実施形態のステップが提示された順序で実行されなければならないことを要求または暗示することは意図されないことが、当業者には諒解されよう。上記の実施形態の方法における動作は、任意の順序で実行されてもよい。さらに、たとえば、冠詞「ａ」、「ａｎ」または「ｔｈｅ」を使用する、単数形での請求項要素へのいかなる言及も、その要素を単数形に限定するものとして解釈されるべきではない。

本明細書で開示した実施形態に関して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装されてもよい。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、概してそれらの機能性に関して上記で説明した。そのような機能が、ハードウェアとして実現されるか、ソフトウェアとして実現されるかは、特定の適用例と、システム全体に課される設計制約とによって決まる。当業者は、各特定の用途のための様々な方法で、説明した機能を実装してもよいが、そのような実装の決定は、範囲の実施形態からの逸脱を生じさせるように解釈されるべきではない。

本明細書において開示される実施形態に関連して説明された様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するのに使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲート論理もしくはトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、または本明細書において説明される機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実装されまたは実行されてもよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであってもよいが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連携した１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成としても実装されてもよい。代替的に、いくつかのステップまたは方法は、所与の機能に固有の回路によって実行されてもよい。

様々な実施形態における機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、非一時的コンピュータ可読媒体または非一時的プロセッサ可読媒体上に、１つまたは複数のプロセッサ実行可能命令またはコードとして記憶されてもよい。本明細書で開示する方法またはアルゴリズムのステップは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体またはプロセッサ可読記憶媒体上に記憶される場合があるプロセッサ実行可能ソフトウェアにおいて具体化されてもよい。非一時的コンピュータ可読記憶媒体またはプロセッサ可読記憶媒体は、コンピュータまたはプロセッサによってアクセスされる場合がある任意の記憶媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのような非一時的コンピュータ可読またはプロセッサ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気記憶デバイス、または命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを記憶するために使用される場合があり、かつコンピュータによってアクセスされる場合がある任意の他の媒体を含んでもよい。本明細書で使用するディスク（ｄｉｓｋ）およびディスク（ｄｉｓｃ）は、コンパクトディスク（ｄｉｓｃ）（ＣＤ）、レーザーディスク（ｄｉｓｃ）、光ディスク（ｄｉｓｃ）、デジタル多用途ディスク（ｄｉｓｃ）（ＤＶＤ）、フロッピーディスク（ｄｉｓｋ）およびＢｌｕ−ｒａｙディスク（ｄｉｓｃ）を含み、ディスク（ｄｉｓｋ）は通常、データを磁気的に再生し、ディスク（ｄｉｓｃ）は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せも、非一時的コンピュータ可読媒体およびプロセッサ可読媒体の範囲に含まれる。追加として、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に組み込まれてもよい、非一時的プロセッサ可読媒体および／またはコンピュータ可読媒体上のコードおよび／または命令の１つまたは任意の組合せまたはセットとして存在してもよい。

開示される実施形態の前述の説明は、任意の当業者が特許請求の範囲を製作または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への様々な修正が当業者には容易に明らかになり、本明細書において定義される一般原理は、特許請求の範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示す実施形態に限定されることを意図しておらず、以下の特許請求の範囲、ならびに本明細書で開示する原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

１１０ 従来の光学センサー
１０５ 信号強度曲線
１０５ａ、１０５ｂ ピーク
１１０ 光学センサー
１２０ 人差し指
１３０ 位置
３００ 光学測定デバイス
３１０、３１０ａ、３１０ｂ 光学センサー
３１２ 光源
３１４ 透光導体
３１６ 光検出器
３１６ａ 第１の光検出器
３１６ｂ 第２の光検出器
３１６ｃ 光検出器
３１８ 受光導体
３１８ａ 第１の受光導体
３１８ｂ 第２の受光導体
３２０ プロセッサ
３２１ プログラム可能な処理ユニット
３２２ メモリ
３３０ 無線周波数（ＲＦ）プロセッサ
３３２ アンテナ
３４０ 電源
３５０ バックサポート
３６２、３６４ 可撓性結線
４１４ 光学ターニング部材
４３０ フレキシブル基板

Claims (29)

1. 心臓血管特性を測定するための光学測定デバイスであって、
   被験者の第１の領域および第２の領域を覆うためのパッチとして構成されたフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板の内面に取り付けられ、第１の光源と、第１の光検出器と、前記第１の光源に結合された第１の透光導体とを備える第１の光学センサーであって、前記第１の透光導体が、光を第１の光シートとして前記第１の光源から前記第１の領域内の動脈の方に向けるように構成され、前記第１の光検出器が、第１の後方散乱光を受け取り、前記受け取られた第１の後方散乱光に基づいて第１の出力を生成するように構成され、前記第１の後方散乱光が、前記第１の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第１の光シートからの光である、第１の光学センサーと、
   前記フレキシブル基板の内面に取り付けられ、第２の光検出器と、第２の光源と、前記第２の光源に結合された第２の透光導体とを備える第２の光学センサーであって、前記第２の透光導体が、光を第２の光シートとして前記第２の光源から前記第２の領域内の前記動脈の方に向けるように構成され、前記第２の光検出器が、第２の後方散乱光を受け取り、前記受け取られた第２の後方散乱光に基づいて第２の出力を生成するように構成され、前記第２の後方散乱光が、前記第２の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第２の光シートからの光である、第２の光学センサーと
   を備える光学測定デバイス。
2. 前記第１の光シートおよび前記第２の光シートは、前記動脈の長手方向に平行な幅がそれぞれ、前記第１の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さおよび前記第２の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さよりも短い断面プロファイルを持つ、請求項１に記載の光学測定デバイス。
3. 前記動脈の長手方向に平行な幅および前記動脈の長手方向を横切る長さを有する、前記第１の光シートおよび第２の光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有する、請求項１に記載の光学測定デバイス。
4. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体は、それぞれ、前記被験者の肢の部分外周に沿って、前記第１の光シートおよび前記第２の光シートを向けるように構成される、請求項１に記載の光学測定デバイス。
5. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体は、それぞれ、少なくとも４０度にわたって前記肢の前記部分外周に沿って、前記第１の光シートおよび第２の光シートを向けるように構成される、請求項４に記載の光学測定デバイス。
6. 前記第１の透光導体および第２の透光導体は、光学ファセット、屈折率構造、体積ホログラム、回折面レリーフ要素、またはそれらの任意の組合せのうちの１つまたは複数を備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
7. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体は、平面光導波路、プリズム、またはそれらの任意の組合せを備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
8. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体は、それぞれ、前記第１の光シートおよび前記第２の光シートを目標焦点深度に集束させるように構成された１つまたは複数のレンズを備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
9. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体の前記１つまたは複数のレンズは、それぞれ、目標幅を有する前記第１の光シートおよび前記第２の光シートを目標焦点深度に集束させるように構成される、請求項８に記載の光学測定デバイス。
10. 前記第１の透光導体および前記第２の透光導体は、前記被験者の肢の表面に合うように構成される、請求項１に記載の光学測定デバイス。
11. 前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーの前記第１および第２の光検出器は、前記被験者の肢の部分外周に沿って前記後方散乱光を受け取るように構成される、請求項１に記載の光学測定デバイス。
12. 前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーの各々は単一の光検出器であり、前記光学測定デバイスは、
    前記単一の光検出器に結合された１つまたは複数の受光導体であって、各々が、前記後方散乱光を収集し、前記収集された後方散乱光を前記単一の光検出器の方に向けるように構成された１つまたは複数の受光導体をさらに備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
13. 前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーの各々は複数の光検出器をさらに備え、前記光学測定デバイスは、
    複数の受光導体であって、各々が、前記複数の光検出器のそれぞれに結合され、前記後方散乱光を収集し、前記収集された後方散乱光を前記複数の光検出器のそれぞれの方に向けるように構成される複数の受光導体をさらに備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
14. 前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーの各々は、１つまたは複数の受光導体に結合された１つまたは複数の光検出器を備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
15. 前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーは、前記透光導体の長さに沿って分散された複数の光検出器を備え、前記複数の光検出器の各々は、前記後方散乱光を受け取り、前記受け取られた後方散乱光に基づいて前記出力を生成するように構成される、請求項１に記載の光学測定デバイス。
16. 前記第１および第２の光検出器に結合され、前記第１および第２の光検出器からの前記出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するためのプロセッサ実行可能命令で構成されたプロセッサをさらに備える、請求項１に記載の光学測定デバイス。
17. 被験者に取り付けられた光学測定デバイスを使用して心臓血管特性を測定する方法であって、
    第１の光シートを前記被験者の第１の領域内の動脈の方に向けるステップと、
    第２の光シートを前記被験者の第２の領域内の前記動脈の方に向けるステップと、
    前記第１の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第１の光シートからの光である第１の後方散乱光を受け取るステップと、
    前記第２の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第２の光シートからの光である第２の後方散乱光を受け取るステップと、
    前記受け取られた第１の後方散乱光および前記受け取られた第２の後方散乱光に基づいて出力を生成するステップと
    を含む方法。
18. 前記出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の光シートおよび前記第２の光シートの断面プロファイルにおいて、前記動脈の長手方向に平行な幅がそれぞれ、前記第１の光シートの長さおよび前記第２の光シートの長さよりも短い、請求項１７に記載の方法。
20. 前記第１の光シートおよび第２の光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有する、請求項１７に記載の方法。
21. 前記第１の光シートを被験者内の前記動脈の方に向けるステップは、前記被験者の肢の部分外周に沿うように前記第１の光シートの方向を定めるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記肢の前記部分外周に沿うように前記第１の光シートの方向を定めるステップは、少なくとも４０度にわたって前記肢の前記部分外周に沿うように前記第１の光シートの方向を定めるステップを含み、
    前記第１の後方散乱光を受け取る前記ステップは、前記肢の前記部分外周に沿って前記第１の後方散乱光を受け取るステップを含む、請求項２１に記載の方法。
23. 心臓血管特性を測定するための光学測定デバイスであって、
    第１の光シートを被験者の第１の領域内の動脈の方に向けるための手段と、
    第２の光シートを前記被験者の第２の領域内の前記動脈の方に向けるための手段と、
    前記第１の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第１の光シートからの光である、第１の後方散乱光を受け取るための手段と、
    前記第２の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第２の光シートからの光である、第２の後方散乱光を受け取るための手段と、
    前記受け取られた第１の後方散乱光および前記受け取られた第２の後方散乱光に基づいて出力を生成するための手段と
    を備える光学測定デバイス。
24. 前記出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するための手段をさらに備え
    る、請求項２３に記載の光学測定デバイス。
25. 前記第１の光シートおよび前記第２の光シートは、前記動脈の長手方向に平行な幅がそれぞれ、前記第１の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さおよび前記第２の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さよりも短い断面プロファイルを持つ、請求項２３に記載の光学測定デバイス。
26. 前記動脈の長手方向に平行な幅および前記動脈の長手方向を横切る長さを有する、前記第１の光シートおよび第２の光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有する、請求項２３に記載の光学測定デバイス。
27. 心臓血管特性を測定するための光学測定デバイスであって、
    被験者の第１の領域および第２の領域を覆うためのパッチとして構成されたフレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板の内面に取り付けられ、第１の光源と、第１の光検出器と、前記第１の光源に結合された第１の透光導体とを備える第１の光学センサーであって、前記第１の透光導体が、光を第１の光シートとして前記第１の光源から前記第１の領域内の動脈の方に向けるように構成され、前記第１の光検出器が、第１の後方散乱光を受け取り、前記受け取られた第１の後方散乱光に基づいて第１の出力を生成するように構成され、前記第１の後方散乱光が、前記第１の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第１の光シートからの光である、第１の光学センサーと、
    前記フレキシブル基板の内面に取り付けられ、第２の光検出器と、第２の光源と、前記第２の光源に結合された第２の透光導体とを備える第２の光学センサーであって、前記第２の透光導体が、光を第２の光シートとして前記第２の光源から前記第２の領域内の前記動脈の方に向けるように構成され、前記第２の光検出器が、第２の後方散乱光を受け取り、前記受け取られた第２の後方散乱光に基づいて第２の出力を生成するように構成され、
    前記第２の後方散乱光が、前記第２の領域内の前記動脈および前記動脈を囲む組織から反射された前記第２の光シートからの光である、第２の光学センサーと、
    前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーに結合され、前記第１の光学センサーおよび前記第２の光学センサーからの出力に基づいて１つまたは複数の心臓血管特性を判定するように構成されたプロセッサと
    を備える光学測定デバイス。
28. 前記第１の光シートおよび前記第２の光シートは、前記動脈の長手方向に平行な幅がそれぞれ、前記第１の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さおよび前記第２の光シートの前記動脈の長手方向を横切る長さよりも短い断面プロファイルを持つ、請求項２７に記載の光学測定デバイス。
29. 前記動脈の長手方向に平行な幅および前記動脈の長手方向を横切る長さを有する、前記第１の光シートおよび第２の光シートの断面プロファイルは、楕円形、矩形、三角形、または多角形を有する、請求項２７に記載の光学測定デバイス。

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