JP7313435B2 - エネルギ変換モニタ装置、システム及び方法 - Google Patents

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相互参照
本出願は、出願が本明細書に全て援用される、「睡眠時無呼吸モニタ、システム及び方法」と名付けられた２０１８年９月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／７３２，８７６号の利益を主張する、２０１９年９月１６日に出願された米国特許出願第１６／５７２，１０６号の優先権を主張する。

分野：人の体の酸素関連生理学を監視するセンサ装置、システム、及び方法が開示される。具体的に、本開示のセンサシステムは、細胞レベルで酸素の要求対酸素の供給の非侵襲的な監視をリアルタイムで及びリアルタイムに近く提供する。システム、装置及び方法は、「不十分な細胞酸素」（細胞低酸素症）から、「ちょうど良い」（有酸素代謝）を通って、「過多の細胞酸素」（細胞酸素過剰）への酸素ベースの生理学のフルレンジを監視する。

背景：現在の睡眠の間、酸素吸入量を監視する臨床方法は、酸素の血中濃度が「通常範囲」内であるならば、重要な臓器組織は、細胞の酸素要求に合うために酸素が安全に、及び効果的に供給されるであろうという仮定と共に、血液の酸素供給を示す、パルスオキシメータ（ＳｐＯ_２）によって血中ヘモグロビンの酸素飽和度を間接的に測定することに限られる。しかしながら、実験と概念実証（ＰＯＣ）の臨床研究を通じて、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）に関する生理学的ストレス及び病状は、血液でなく、細胞レベルで起こることが見つけ出された。「通常」酸素飽和血液の適切な細胞酸素供給についての長年の仮定は、細胞の酸素要求が適切に合うか超過しているか、識別することができるセンサがないことにより検証できなかった。

血中酸素濃度は、人の赤い血液細胞がどのくらい酸素を運ぶかを測定する。通常の条件下で、体は血中酸素濃度を調整して一定範囲の酸素飽和血液を維持する。肺機能が異常な人は、血中酸素濃度を監視し、治療が効いているかまたは調整が必要か決定する必要がある。血中酸素濃度を試験する１つの方法は、動脈の血ガス検査である。この検査は、血液が動脈から（通常手首）引き出されることが必要である。その後血液は、検査のための研究所に送られる。別の選択肢は、パルスオキシメータ装置の使用である。パルスオキシメータは、２％のエラー率で血液酸素飽和度の割合の見積もりを提供する。

血液酸素飽和度は、臨床的に重要な情報であるが、細胞酸素供給対細胞酸素要求の適切性は、生命機能を維持し、細胞損傷を避けるために重要である。「組織オキシメータ」と呼ばれるいくつかの器具は、皮膚または深い組織を通る光吸収の時間サンプリングによって組織の酸素供給状態を測定することを主張し、これらの信号変化が血液のみに起因すると考える。パルスオキシメータで用いられる「ピーク」及び「谷」信号サンプリングは、効果的に毛細血管及び静脈、及び細胞化学による信号の変動を排除するが、「組織オキシメータ」の時間サンプリングは、これらの主な混乱させる寄与を排除できない。「組織オキシメータ」は、パルスオキシメータで用いられるようにそれらの検出信号をＬｏｇ１０比率の計算で処理し、信号変動が血液によるとの仮定に従って、ヘモグロビンで校正して、％（０％から１００％）の「組織酸素飽和度」（ＳｔＯ_２）を作り出す。最小ストレス条件下で、ＳｔＯ_２データは、一般にパルスオキシメトリのように応答する。しかしながら、監視組織への血流が止まり、その後再始動したとき、血液のみから由来するＳｔＯ_２信号応答の解釈は、ひどく欠陥がある。再かん流の際の検出信号変動の記録された大きさ（６８５ｎｍにおいてフルスケールの２０％まで）は、皮膚のセンサ光路の１％未満を占める、毛細血管血液の酸素飽和度の変化が原因では大きすぎる。再かん流の際のスペクトル吸収応答のタイミングと方向は、また血液の量及び血液からの酸素移動と矛盾する。合計で、これらの実験結果は、現在「組織オキシメータ」で適用される仮定と方法に疑いを投げかける。

睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）は、未熟児からお年寄りまで全ての年代の人の主な健康問題であるとますます認識される。ＳＤＢ及び関連する肥満の社会的コストの上昇は、輸送事故の増加、労働者の生産性の低下、高血圧、心臓発作、心房細動、脳卒中などの主要な併存疾患の健康問題の発生率の増加が含まれる。ほとんどの典型的なＳＤＢ症状は、睡眠の間、舌、柔らかい口蓋、及び喉の筋肉の弛緩による気道閉塞（閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ））及び中枢神経系の呼吸駆動の減少（中枢性睡眠時無呼吸（ＣＳＡ））である。睡眠時無呼吸と診断されるとすぐに、通常患者は、気道治療装置が処方される。気道治療装置は、持続的気道陽圧（ＣＡＰＡ）機械など、気道陽圧装置を含み、１つの安定した気道内圧力を供給し、患者が時間の経過と共に同じ継続的な問題を抱えていると仮定して用いられる。代わりに、フィードバック制御された方法で圧力を調整する自動調整気道陽圧（ＡＰＡＰ）機械が、睡眠の間、かれらの気道の開通性の変化を有するＯＳＡ患者で最も一般的に用いられる。ＣＳＡの患者は、睡眠の間の呼吸のタイミングと十分な努力が難しく、しばしば、個々の呼吸で圧力を高める補助を提供するバイレベル気道陽圧装置（ＢｉＰＡＰ）で治療される。可変気道陽圧装置（ＶＰＡＰ）は、呼気の間、気流抵抗を減らす必要があるとき用いられる。口腔器具療法は、軽度のＳＤＢの治療に適切であるが、その効果は、個々の使用者で確認される必要がある。

人の病気のいくつかの主要な領域は、臨床的に虚血性脳卒中、心房細動及び心臓発作など、ＳＤＢの発生と直接的な因果関係ではないにしても強い統計的関連があると認識されている。また、いびきと高血圧（ｈｉｇｈ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）または高血圧（ｈｙｐｅｒｔｅｎｓｉｏｎ）のリスクの間に生理学的因果関係があると臨床的に長く推定されてきた。しかしながら、パルスオキシメトリ（ＳｐＯ_２）によって動脈血液酸素飽和度の連続監視を含む睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）睡眠研究は、いびきの間、血中酸素の低下、または低酸素血症の一貫した発生を検出しないまたは示さない。ＳｐＯ_２が低下しない睡眠の間のいびきは、血中酸素の低下と関連しないので、ＰＳＧ睡眠研究の病気のイベントとして「スコアリング」されない。ＳＤＢのイベントとしてスコアリングされないいびきの結果として、気道内圧力装置（例えば、ＣＰＡＰ及びＡＰＡＰ装置）は、血中酸素の低下をもたらさないいびきのためのほとんどの医療健康保険契約またはメディケアによって、対象にされない。細胞レベルの低酸素ストレスは、明白にいびきの間起こるが、これはＰＳＧパルスオキシメータで検出できない。

多くの他の病気のプロセスは、偶然のＳＤＢによって悪化することが統計的に知られ、人のＳＤＢが効果的に治療された場合重症度が低下する可能性がある。現在、ＳＤＢ及び／またはＳＤＢ関連合併症で苦しむ米国（ＵＳ）の約５４００万人の大人の約８０％は、診断されていないまたは効果的に治療されていないと見積もられる。発表された研究は、乳幼児突然死症候群（ＳＩＤＳ）を含み、ＳＤＢ病の幼児変異が原因である可能性が非常に高く、ピーク発生率は約２ヶ月で、約１歳まで神経系の発達と関連する。

ＰＳＧセンサシステムの技術的な複雑さは、特にＳＤＢで苦しむ新生児の場合に制限する。睡眠の間、安定な呼吸駆動と機能的な気道を確実にするための全ての新生児の効果的なスクリーニングは、ＳＩＤＳのリスクが増加した幼児を識別するために必要とされる。現在、約３５００の米国の幼児が、幼児の睡眠位置、寝具類などについての親に教育する広範囲の努力にもかかわらず、毎年ＳＩＤＳで死ぬ。確認されるとすぐに、リスクのある幼児は、安全な睡眠環境が提供され、日中の昼寝を含め全ての睡眠期間の間、継続的に及び効果的に監視される。

１９９４－１９９８協力的な家での幼児監視評価（ＣＨＩＭＥ）研究は、１０７９の幼児を含み、その多くは、かれらがＳＩＤＳで死んだ幼児の兄弟だったので、ＳＩＤＳの基本的なリスクより高いと考えられた。この研究はＯＳＡ及びＣＳＡを含むＳＤＢは、ＳＩＤＳの主要な要因であるとの決定的な証拠を提供した。不運なことに、ＣＨＩＭＥ研究の間、用いられるミニＰＳＧ監視システムは、適用が難しく、時間がかかったので、一部の親が研究プロトコルを完全に準拠することを望まず、監視しない間に起きた５つの研究幼児の死の一因となる可能性があった。

ＣＨＩＭＥの後、アメリカ小児科学会は、ＳＩＤＳを防ぐ目的のための家庭での幼児監視のために現在利用可能な技術の使用をやめさせるポリシーステイトメントを発行した。学会の立場は、死を防ぐために役立つ十分にタイムリーな方法でＳＩＤＳと独自に関連するＳＤＢイベントを認識し、警告することができる幼児監視システムはないことである。新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）心肺監視技術は、利用可能な唯一の選択肢であり、典型的に幼児がまだ、ＳＤＢの未熟児関連形態の１つである、「無呼吸／徐脈発作」が監視される必要があるとき、卒業する未熟児と一緒に家に送られる。既存のＮＩＣＵ監視技術は、大人のモニタから最小限に適合され、そのように、ＳＩＤＳのリスクがある幼児にただ１つだけあるように見える研究識別呼吸制御、気道、及び細胞酸素供給問題を認識することは機能的にできない。さらに、ＮＩＣＵ監視技術は、安全で効果的な操作が資格のある看護師または医師である操作者を要求する仮定で設計されるので、その機械的、操作的複雑さは、家庭で親によって効果的に使用するために重大な障壁が存在する。ＳＤＢリスクにおいて全ての新生児をスクリーニングするために用いられ、また約１ヶ月から約１歳にあるＳＩＤＳリスクの彼らの確認された幼児期間を通して、家庭で親によって便利に用いられることができる、完全に効果的なＳＤＢ監視及び警告手段を簡単に適用にすることにおいて満たされない要求が残る。

さらに、多くの子供及び若い大人は、睡眠の間、いびきをかく。へんとう腺及び咽頭へんとう腺の肥大によって睡眠の間、気道の完全閉塞の発症を伴うものもある。現在、効果的な診断は、ＰＳＧ研究を受けることをこれらの子供たちに要求し、それは子供を非常に怖がらせる。睡眠の間のいびきを止めるために、肥大したへんとう腺及び咽頭へんとう腺の手術除去（一般にＴ＆Ａ手術と呼ばれる）は、リスクがあり、ＳＤＢの正式なＰＳＧベースの診断及び／または特定の数のＡ群連鎖球菌性咽頭感染症の医療記録がなければ、医療保障の対象にならない場合がある。

不運なことに、ＳＤＢを有するとして診断され、現在睡眠の間、気道内圧力装置を用いている人々でさえ、完全に効果的な治療を受けられない。（１）家庭での気道内圧装置の処方と管理で現在必要とされる睡眠研究所のＰＳＧ睡眠研究の利用しやすさ、高コスト及び不快感、（２）睡眠の間、治療の初期不快感、（３）主にＰＳＧ睡眠研究及び気道内圧力装置設定の初期滴定を超えた客観的情報が不完全であるまたはその欠如による、治療の長期管理が最適でない有意な確率を含む、この低い診断率と境界効果の治療には多くの要因がある。

医療の上記領域の共通のスレッドの１つは、パルスオキシメトリによって提供できない細胞の酸素供給を直接監視する満たされない要求である。これは、また虚血性心臓発作、虚血性脳卒中、臓器移植、及び未熟児網膜症を含む、いくつかの主要な健康問題の重大な挑戦である。長年の理論は、細胞損傷は、主に条件の虚血または低酸素段階の間起こると考えている。不十分な酸素供給への細胞適合は、明白に、一因と考えられなかった。しかしながら、現在の研究証拠は、明確に再かん流の開始が微小血管の閉塞が始まり、続いて周りの組織が死ぬときであることを示す。この相関は、細胞適合が、おそらく虚血期間の間、起こり、その結果、「通常」酸化された血液で再かん流する際、相対的過剰酸素供給によって、微小血管内皮損傷があり、白血球の接着並びに毛細血管及び小静脈の閉塞をもたらすことを示す。未熟児網膜症（ＲＯＰ）の段階Ｉは、相対的に低い胎児の範囲から出生時の「通常新生児」レベルまで血液酸素の急速な増加の間、出生時の前の非常に低い胎児の酸素供給速度に細胞適合を一見示すような集中治療の間、起きるように見える。現在の研究は、また微小血管の閉塞及び細胞損傷は、移植臓器の再かん流の間、起こり、臓器の摘出及び移送の間、非常に低い酸素供給への細胞適合を一見示すことを示す。したがって、虚血性の重要な臓器組織の再かん流は、より段階的な酸素再供給から利益を受け、レシピエントの静脈血液で再かん流し始め、その後通常の酸化された動脈血流が損傷を誘導することなく許容されるまで、動脈血液の割合を増やして混合する。未熟児は、「胎盤」範囲の酸素利用可能性を提供し、その後、呼吸大気が損傷無く許容されるまで酸素内容物を次第に増加する呼吸ガスで初期治療を開始することから利益を受ける。これらの領域の全ての明白な満たされない要求は、これらの反対の治療結果を最小化または防ぐことに役立つ細胞酸素許容値の上限しきい値を示す手段に対するものである。

パルスオキシメータは、手術麻酔の間及びその後、既知の制限を有し、手術の血液損失及びＩＶ液での血液希釈が重要な臓器に不十分な酸素供給をもたらす。手術麻酔の間、酸素供給は、しばしば低酸素血症の発症に対して安全な緩衝を提供しようとして、通常の上限に、または有意に超過して維持される。パルスオキシメトリは、過剰酸素供給を検出できず、過剰酸素から潜在的なまたは活発に起きる損傷の警告を提供できない。パルスオキシメトリは、また病院後のケアの監視及び慢性状態の管理における遠隔患者監視において重大な制限を有する。パルスオキシメータセンサの扱いにくい適用部位及び動きの抵抗感は、パルスオキシメータを軍及び民間のパイロット、宇宙飛行士、潜水作業員、消防士、地下鉱山労働者、及びその他の潜在的に毒性大気環境の工業作業者によって必要とされる、ハイリスク作業者の安全警告として使用を実現困難にする。

本開示の装置、システム及び方法は、全ての年齢層に、構成可能な快適で便利な着用可能な形式でＳＤＢの生理学的成分の検出と特性評価を提供する。センサの適用は、（１）睡眠研究所及び家庭で最適な診断試験を可能にすることによって全ての年代の人々でＳＤＢの診断へのアクセスを改善すること、（２）気道内圧力装置治療（及び子供とのＴ＆Ａ手術）の支払人の補償範囲を定義する生理学的基準を最適化すること、（３）生理学ベースのフィードバック制御で気道内圧力装置治療の効果と快適さを最適化すること、（４）口腔器具治療の効果を確認すること、及び（５）一般の人口の睡眠品質のスポットチェック及び連続監視によってＳＤＢの社会的コストを減らすことを助けることができる。本開示の装置が重大な利益を提供する他の必要な適用領域は、軍／民間のパイロット、宇宙飛行士、潜水作業員、消防士、地下鉱山労働者、及び他の毒性工業環境の作業者に、高リスク作業者安全警告を含む。

当業者によって理解されるように、光は、波長及び強度を有すると説明できる。光の波長は、スペクトルの可視部分において、一般に光の色として目によって理解される。スペクトルの可視部分において、光の強度は、目によって、光の輝度として理解され、光ベースのセンサ器具において、検出器によって作り出される光電流の量として理解される。本開示の光ベースのセンサは、不十分な細胞酸素供給の検出のための第１の中心波長として６８５ｎｍ＋／－１０ｎｍを用いる。センサは、６８５ｎｍ＋／－１０ｎｍ信号が通常より少ない細胞酸素供給と通常の細胞酸素供給の間で比較されるブランクとして第２の中心波長として８５０ｎｍ＋／－１０ｎｍを用いる。センサは、また過剰細胞酸素供給の減少した検出光強度を引き延ばすことによって、検出のための第２の中心波長として８５０ｎｍ＋／－１０ｎｍを用いる。光が皮膚を通過した後、センサは、８５０ｎｍ＋／－１０ｎｍの光の強度を検出し、その後光がそれぞれのデータ取得サイクルにおいて皮膚を通過してＥＣｉデータ出力値を作り出した後、６８５ｎｍ＋／－１０ｎｍの検出光強度値からその値を引く。以後、６８５ｎｍ（赤）の使用、または８５０ｎｍ（赤外）の使用は、これらの中心波長が、これらの数値の＋／－１０ｎｍのそれぞれの範囲内の中心波長を含むことを示す。

本開示のセンサは、エネルギ変換モニタ（ＥＣＭ）である。それが生成するＥＣｉ値スケールは、試験される人が、大気酸素供給に順応する及び起きている、通常の呼吸をしている、及び休息しているときをゼロの中心にする。複数（例えば２またはそれ以上）のＥＣｉ値が休息の間、得られると、負の傾向線（ゼロ未満）は、皮膚が最適未満の細胞酸素供給を受け取ることを示す。ゼロの周りを中心にする平坦なまたは平坦に近い傾向線を作り出す複数のＥＣｉ項目は、皮膚の細胞酸素供給に対して安定で通常の状態を示す。正の傾向（ゼロより上）は、皮膚が要求されるより多い細胞酸素供給を受け取ることを示す。通常、呼吸及び体の位置の変化で起きる検出光信号のタンデム変動のセンサ検出は、睡眠の間、呼吸の努力と体の向きのアナログの光子を検出するために用いられる。

本開示のセンサシステムは、例えば（ａ）機械振動、（ｂ）センサ／体向き対地球重力及び（ｃ）体の動きを検出するための電子加速センサの１またはそれ以上を含む。センサシステムの追加の構成要素は、これに限定されるものではないが、皮膚表面温度センサ及び例えばセンサシステム認識無呼吸イベントを中止するために、触覚（ｈａｐｔｉｃ）（触覚（ｔａｃｔｉｌｅ））感覚シミュレーションを生成するための振動器モータを含む。本開示のセンサは、指示を受け取り、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥ（登録商標）ＲＦ通信によって、例えば本開示のセンサシステムの一部としてカスタムソフトウェアアプリケーション（「アプリ」）を実行するスマートフォンなどの装置に、データを送るように構成可能である。

オーバサンプリング及び数学的積算を使用して、６８５ｎｍの光電力レベルの初期化の間、皮膚色素による６８５ｎｍの光の吸収を補償し、それによって皮膚色素レベルの全範囲での測定を可能にする光ベースセンサが開示される。軽度から中程度に着色された皮膚で、６８５ｎｍの光の電力レベルは、達成できた制御電圧レベル値がセンサメモリに格納されるとすぐに、平均サンプルがフルスケールの８５％に等しくなる、またはそれを超えるまで、例えば１２ｂｉｔマイクロコントローラＤ／Ａ制御電圧ステップで徐々に増加する。多種多様の条件及び使用ケースの下で、ＥＣＭで記録すると、Ａ／Ｄコンバータが飽和することを最小限にするために、最小１０％光強度検出オーバヘッドプラス５％バッファを要求し、そのため８５％目標である。本開示の平均サンプル手順は、例えば光の照明の間、光強度のバーストサンプルの例えば１６など、名目上の数を得るステップと、１６検出強度値を合計するステップと、その後信号のノイズレベルを減らすことを助けるために、その合計を名目上の数１６で割るステップと、を含む。しかしながら、６８５ｎｍＬＥＤは、深く着色された皮膚で最適に使用するための不十分な光出力をもたらすために実験によって見つけられた持続可能な電力入力の上限を有する。持続可能なＬＥＤ電力入力の上限に到達したとき、平均サンプルはまだフルスケールの８５％未満であるが、延長された照明期間、オーバサンプリング、及び数学的積算を含むさらなる手順は、フルスケールの８５％検出強度を達成するために用いられる。オーバサンプリング及び数学的積算手順は、バーストサンプルの総数の合計が名目上のバーストサンプル数（例えば１６）で割られたとき、フルスケールの８５％に等しいまたはそれを超えるので、構成可能である。例えば、人の暗く色素沈着された皮膚のセンサの初期化は、６８５ｎｍＬＥＤの照明期間を延長することを必要とし、そのため例えば、２５バーストサンプル値は得られ、その合計は、１６で割られたとき、フルスケールの８５％をわずかに超える。この例示的な場合において、設計特定フル持続可能６８５ｎｍＬＥＤ電力制御値（例えば４０９５）及び総バーストサンプル数２５は、センサメモリに格納され、現在の記録セッションの間、センサを動作するために用いられる。上記開示された方法によって、バーストサンプルの名目上の数以上を用いることで、信号解像度と信号オーバヘッド範囲の所望のレベルを作り出すが、わずかに検出器信号において低ノイズ、高利得、及び適切なバンド幅のアナログトランスインピーダンス増幅器で緩和される出力信号／ノイズ比を減少する。

本開示のセンサは、中上腕に適用され、睡眠の間、監視するために用いられるように構成可能である。しかしながら、当業者によって理解されるように、他の適切な部位は、例えば手首、胴体、または足を含む。これまでの実験的証拠に基づいて、中上腕は、ＥＣＭを配置する適切な位置である。しかしながら、体の他の位置は、本開示の範囲から逸脱することなく用いられる。検出感度、データ値範囲、及び起きるスペクトル光学密度変化の反応時間の体の位置の間に既知の差がある。例えば、同じ細胞低酸素症課題は、上腕に対して手首、大腿部、下腿にわずかに遅延するが、大きな振幅のセンサ光強度変動を含み、デジタル処理の前の増幅の要求が少ない。反対に、例えば、体に取り付けられる不慣れな装置に不寛容である認知症に苦しむ年寄りの中上背部に適用されたとき、ＥＣＭは、上腕位置と比較して低く増幅された信号変動を提供し、所望の解像度を達成するためにわずかにさらなる信号増幅を要求する。

本開示の光ベースセンサは、それぞれの被験者の個々の酸素供給対酸素要求中心領域、またはエネルギ変換指数（ＥＣｉ）ゼロを識別する。人が、健康であるとき、休息または眠っている及び通常の呼吸で、呼吸による酸素吸入は、その人の通常の最小量であると考えられ、最小酸素吸入対最小酸素要求の自然の均衡として説明できる。この条件は、さらに本明細書でＥＣｉゼロ条件として説明され、体の要求に合う十分でない酸素吸入、または細胞低酸素症条件が、ゼロ未満の負のＥＣｉ数傾向を作りだし、十分以上の酸素吸入、または細胞酸素過剰が、ゼロより大きい正のＥＣｉ数傾向を作り出す。

本開示の光ベースセンサは、また記録されたデータ傾向のアルゴリズム分析を用いて８５０ｎｍデータから引かれたとき、それぞれの使用のセッションの間、個々の人の真のＥＣｉゼロ値に対する出力ＥＣｉデータ傾向を微調整する、数オフセット値を作り出す。この微調整オフセットは、（１）人が実際に人のＥＣｉゼロにないとき、センサは、皮膚に設置される可能性が最も高い、（２）照明力レベルの１２ｂｉｔ解像度でさえ、検出強度は、約２０デジタル化強度レベル段階よりも正確に等しくなるように近付けられそうにない、２つの理由で必要である。睡眠試験の適用において、ＥＣｉゼロは、人が少なくとも３時間眠った後起きているとき、最も一貫して識別可能であった。これにより完全にリラックスして起きている人は、気道障害及び中枢性無呼吸なく息ができ、そのため総体生理学をその最適な休息レベルにおそらく持って行く。他の適用は、おそらく体が最もＥＣｉゼロ状態にある可能性の高い期間スキャンするために明白に最小活動の期間の間、ＥＣｉ傾向のアンサンブル平均を実行する必要があり、その後ゼロを中心にするようにその最小活動期間の間記録されたデータを持ってくるために必要とされるオフセット値を定義する。そのように決定されるとすぐに、オフセット値は、人の最も可能性のある現在のＥＣｉゼロを中心にするように全記録セッションをオフセットするために用いられる。実験的な経験は、ＥＣｉゼロが人の最適な健康状態として取られるべきでないが、むしろ人の細胞化学連続体の便利な及び再現可能なＥＣｉ値の基準点を確立することを示す。皮膚の光吸収は、光路内の数千の異なる種類の分子によるので、センサは、通常の意味で、ヘモグロビンがパルスオキシメータの校正で用いられるように、単一の参照分子で校正できない。しかしながら、実験的な証拠は、細胞酸素供給関連連続体は、本開示のセンサを、我々がＥＣｉゼロと呼ぶ均衡最小酸素要求対酸素供給条件を参照することによって役立つように感知され、表現されることを確立した。

本開示の態様は、エネルギ変換モニタ（ＥＣＭ）センサに関する。適切なＥＣＭセンサは、筐体と、電源と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第１の光放出体と、第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第２の光放出体と、筐体の内部内に配置され、第１の光放出体と第２の光放出体から光学的に分離した光検出器であって、光検出器は、第１の光放出体からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器と、第１の光放出体と第２の光放出体と通信する照明電力制御回路であって、照明電力制御回路は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体と第２の光放出体にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路と、光検出器と通信する信号増幅器と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラと、を備える。いくつかの形態において、ＥＣＭセンサは、インビボ分光法によって選択された複数の波長の光を用いる。複数の波長の光は、監視組織に影響を与える既知の細胞生化学現象及び既知の生理学現象の少なくとも１つに対して検出細胞光吸光度のそれぞれの変化を最大にするように選択される。第１の光放出体は、６７５ｎｍから６９５ｎｍまでを含めた第１の光放出体中心波長値を有する。さらに、マイクロコントローラは、初期化プロセスの間、第１の光放出体の持続可能な最大定格電力レベルまで、第１の光放出体に供給される電力を段階的に増加する皮膚の色素沈着レベルの変化を補償するように構成可能である。第１の光放出体において前記持続可能な最大定格電力レベルに到達したとき、フルスケールの８５％における検出強度が検出可能でないとき、マイクロコントローラは、オーバサンプリング及び数学的積算法を実行するように構成可能である。さらに、マイクロコントローラは、フルスケールの８５％と等しいまたはそれより大きい計算強度値が達成されるまで、名目上の数を超えてバーストサンプルの数を増やし、バーストサンプル値の全てを合計し、バーストサンプルの全ての合計を名目上の数で割るように構成可能である。第２の光放出体は、８４０ｎｍから８６０ｎｍまでを含めた第２の光放出体中心波長値を有する。光検出器は、１またはそれ以上の時間間隔において、第１の組織相互作用光信号と第２の組織相互作用光信号を検出するように構成される。ＥＣＭセンサの動作は、ユーザによって直接（すなわち、センサと相互作用することによって）または例えば、ＥＣＭセンサを無線で制御するように構成されたスマートフォンまたはタブレットなど、モバイルコンピュータ装置のソフトウェアによって制御される。他の形態において、ＥＣＭセンサは、（外来診療所または医療従事者施設から）ＥＣＭと無線で通信する遠隔計算装置によって動作される。

本開示の他の態様は、ＥＣＭセンサと通信するシステムに関する。適切なシステムは、筐体と、電源と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第１の光放出体と、第１の強度と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第２の光放出体と、筐体の内部内に配置され、第１の光放出体と前記第２の光放出体から光学的に分離した光検出器であって、光検出器は、第１の光放出体からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器と、第１の光放出体と第２の光放出体と通信する照明電力制御回路であって、照明電力制御回路は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体と第２の光放出体にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路と、光検出器と通信する信号増幅器と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラと、を備えるエネルギ変換モニタセンサと、少なくとも１つの二次装置と、を備える。二次装置は、第２のセンサ、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）治療装置、遠隔計算装置、及び睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）システムから選択される。さらにシステムは、ＥＣＭセンサ及び１またはそれ以上の二次装置と通信するソフトウェアアプリケーションによって制御される。システムの動作は、ユーザによって直接（センサと相互作用することによって）、または例えば、システムを無線で制御するように構成されたスマートフォンまたはタブレットなどモバイルコンピュータ装置のソフトウェアアプリケーションによって制御される。他の形態において、システムは、（例えば外来診療所または医療従事者施設から）システムの装置と無線で通信する遠隔計算装置によって動作される。

本開示のさらに別の態様は、ＥＣＭセンサを用いる方法に関する。適切な本発明の方法は、エネルギ変換モニタセンサを患者の皮膚表面に適用するステップであって、エネルギ変換モニタセンサは、筐体と、電源と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第１の光放出体と、第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体の内部内に配置された第２の光放出体と、筐体の内部内に配置され、第１の光放出体と第２の光放出体から光学的に分離した光検出器であって、光検出器は、第１の光放出体からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器と、第１の光放出体と第２の光放出体と通信する照明電力制御回路であって、照明電力制御回路は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体と第２の光放出体にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路と、光検出器と通信する信号増幅器と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラと、を備える、適用するステップと、エネルギ変換モニタセンサに電力を供給するステップと、を備える。いくつかの形態において、方法は、またエネルギ変換モニタセンサに電力レベルを供給して、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の波長の光の第１の検出強度を８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の波長の光の第２の検出強度と等しくするステップと、第１の組織相互作用光信号から光の第１の検出強度を決定するステップと、第２の組織相互作用光信号から光の第２の検出強度を決定するステップと、第１のフルスケールと光の第１の検出強度を比較して、光の第１の割合検出強度を決定するステップと、第２のフルスケールと光の第２の検出強度を比較して、光の第２の割合検出強度を決定するステップと、供給するステップと、決定するステップと、比較するステップとを繰り返して、光の第１の検出強度と光の第２の検出強度のそれぞれにおいてフルスケールの８５％における光の検出強度を得るステップと、を備える。さらに、本発明の方法は、メモリに電力レベルと、フルスケールの８５％の第１の放出体から組織相互作用光の、検出され、積算された強度を達成するために、一緒に足され、バーストサンプルの名目上の数で割られたバーストサンプルの総数を格納するステップと、メモリにフルスケールの８５％の第２の放出体から組織相互作用光の検出された強度を達成するために電力レベルを格納するステップと、を備える。いくつかの形態において、本発明の方法は、現在の記録セッションを介したデータ取得の制御パラメータとして、第１の放出体の格納された電力レベル、第１の放出体から検出組織相互作用光のバーストサンプルの数、及び第２の放出体の格納された電力レベルを使用するステップを備える。いくつかの形態において、本発明の方法は、さらにエネルギ変換モニタセンサを初期化するステップと、第１の光と組織相互作用後の（６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる）第１の光放出体からの検出強度から、第２の光と組織作用後の（８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる）第２の光放出体からの検出強度を引き、少なくとも１２ｂｉｔ解像度として、エネルギ変換指数（ＥＣｉ）出力を生成するステップと、細胞の酸素の供給に関連する化学の状態を示す整数数値アナログ表示を生成するステップと、を備える。さらに他の形態は、細胞の酸素の供給に関連する中心と使用者のエネルギ変換指数ゼロ（ＥＣｉゼロ）の１つを計算するステップと、エネルギ変換モニタセンサ出力データのデータ出力を中心にオフセット値を適用するステップと、を備える方法を含む。さらに他の方法は、低活動の期間を平均する計算を実行して、ゼロに対するオフセット数値を定義し、記録するステップと、患者の現在のＥＣｉゼロを決定するステップと、記録されたオフセット数値を適用して、患者の現在のＥＣｉゼロの記録データを中心にするステップと、を備える。本発明の方法のいくつかの形態において、さらに６８５ｎｍの検出強度の減少と同時の８５０ｎｍの検出強度の安定によって作り出されるゼロ未満のＥＣｉデータに応答して、生理学的最適未満の細胞の酸素供給を示すステップと、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の検出強度の安定または増加と同時の８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の検出強度の安定または減少によって作り出されるゼロより大きいＥＣｉデータに応答して、生理学的最適より大きい細胞の酸素供給を示すステップと、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の検出光強度と８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の検出光強度のタンデム変動を引き起こす睡眠の間の皮膚に対するエネルギ変換モニタセンサ動作と体の位置対重力の変化の少なくとも１つがもたらすエネルギ変換モニタセンサ下の変化する血液量の表示を識別するステップと、の１またはそれ以上のステップを備える方法において利点がある。いくつかの方法は、また８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる生成信号を生成するステップと、十分に頻繁な時間間隔で生成信号を検出して制限されたまたは塞がれた気道を通って呼吸をするさらなる努力及び中枢神経系呼吸駆動が減少またはないことから呼吸をする努力が減らされるまたはないことの１つの表示として、呼吸誘導光強度変動の振幅及び波形を定義するステップと、を備える。

本開示のさらに別の態様は、特定の臨床状況で、ＥＣＭセンサを用いる方法に関する。例えば、ＥＣＭセンサを用いる方法は、また睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）に苦しんでいる可能性があるとして識別された人に前記エネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、人の睡眠の間、呼吸と酸素供給関連生理学を監視するステップと、監視するステップから記録されたデータを提供してＳＤＢの臨床診断を助け、効果的な治療を定義し、確認し、調整することを助けるステップと、を備える。別の臨床方法において、本発明の方法は、家庭での睡眠の間、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）を有する人にエネルギ変換モニタセンサを適用しながら、ＳＢＤ治療装置を用いるステップと、ＳＤＢの管理の範囲を決定するステップと、を備える。さらに別の方法は、家庭での睡眠の間、人にエネルギ変換モニタセンサを適用しながら、ＳＤＢ治療装置を用いて、ＳＤＢ治療装置にＥＣｉ及び呼吸情報を提供するステップと、エネルギ変換モニタセンサからＥＣｉ及び呼吸情報の少なくとも１つに応答して、ＳＤＢ治療装置を制御するステップと、人の一般的な健康状態の変化に、睡眠の間、監視を提供するステップと、を備える。さらなる方法は、敗血症を発症するリスクがあるとして識別された人にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、ゼロ未満を漸進的に示すＥＣｉ値から敗血症が存在する可能性を検出するステップと、を備える。別の方法は、また、エネルギ変換モニタセンサを幼児に適用するステップと、睡眠の間、呼吸の安定性と有効性を記録することによってＳＩＤＳのリスクについて幼児をスクリーニングするステップと、を備える。また、別の方法は、エネルギ変換モニタセンサを幼児に適用するステップと、睡眠の間、呼吸の安定性と有効性を監視するステップと、刺激を送って、睡眠の間、検出された異常な呼吸の発現の間、睡眠から幼児を目覚めさせるステップ及び介護人に検出された異常な呼吸を確認するアラームを送るステップの１またはそれ以上と、を備える。さらに別の方法は、エネルギ変換モニタセンサを新生児に適用するステップと、新生児が胎児期から空気呼吸から得られる高レベルの酸素または複数の高レベルの酸素に推移するように、細胞の酸素要求に関する呼吸気体の酸素レベルを調整する際に、使用のために介護人にフィードバックを提供して、酸素供給関連損傷を減らすまたは防ぐことを助けるステップと、を備える。別の方法は、低酸素症及び窒息の少なくとも１つで苦しむ人の蘇生の間、エネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、人の細胞の酸素要求に対する呼吸気体の酸素の調整を導くステップと、を備える。別の方法は、リスクの高い大気環境の作業者にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、低酸素症及び彼らの呼吸大気の毒性ガスの不利な効果の少なくとも１つにおいて作業者を監視するステップと、を備える。さらに別の方法は、パイロットの額にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、低酸素症及び頭の血流のｇ負荷誘導損失の１またはそれ以上においてパイロットを監視するステップと、を備える。さらに別の方法は、身体的な運動の間、及びその後、アスリートにエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、アスリートの生理学的反応を評価するステップと、最適なパフォーマンスのための推奨事項を提供するステップと、を備える。別の方法は、集中治療の幼児患者の胸部と腹部に二重プローブを有するエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、管前の細胞の酸素供給と管後の細胞の酸素供給を監視するステップと、心臓の解剖的異常、太い血管の異常、及び通常閉じるための動脈性の管の不具合の少なくとも１つを検出するステップと、を備える。さらに別の方法は、虚血性心臓発作のための治療の間、心筋の再かん流、脳卒中のための治療の間、脳の患部の再かん流、移植臓器の再かん流、及び再かん流損傷を減らすまたは防ぐことを助けるために細胞の酸素要求に対する虚血性組織に案内酸素再供給の少なくとも１つの間、二重プローブを有するエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、を備える。

本開示の別の態様は、エネルギ変換モニタセンサ（ＥＣＭ）センサに関する。適切なＥＣＭセンサは、筐体手段と、電源手段と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第１の光放出体手段と、第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第２の光放出体手段と、筐体手段の内部内に配置され、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段から光学的に分離した光検出器手段であって、光検出器手段は、第１の光放出体手段からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体手段からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器手段と、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段と通信する照明電力制御回路手段であって、照明電力制御回路手段は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路手段と、光検出器手段と通信する信号増幅器手段と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラ手段と、を備える。いくつかの形態において、ＥＣＭセンサは、インビボ分光法によって選択された複数の波長の光を用いる。複数の波長の光は、監視組織に影響を与える既知の細胞生化学現象及び既知の生理学現象の少なくとも１つに対して検出細胞光吸光度のそれぞれの変化を最大にするように選択される。第１の光放出体手段は、６７５ｎｍから６９５ｎｍまでを含めた第１の光放出体手段中心波長値を有する。さらに、マイクロコントローラ手段は、初期化プロセスの間、第１の光放出体手段の持続可能な最大定格電力レベルまで、第１の光放出体手段に供給される電力を段階的に増加することによって皮膚の色素沈着レベルの変化を補償するように構成可能である。第１の光放出体手段において持続可能な最大定格電力レベルに到達したとき、フルスケールの８５％における検出強度が検出可能でないとき、マイクロコントローラ手段は、オーバサンプリング及び数学的積算を実行するように構成可能である。さらに、マイクロコントローラ手段は、フルスケールの８５％と等しいまたはそれより大きい計算強度値が達成されるまで、名目上の数を超えてバーストサンプルの数を増やし、バーストサンプル値の全てを合計し、バーストサンプルの全ての合計を名目上の数で割るように構成可能である。第２の光放出体手段は、８４０ｎｍから８６０ｎｍまでを含めた第２の光放出体手段中心波長値を有する。光検出器手段は、１またはそれ以上の時間間隔において、第１の組織相互作用光信号と第２の組織相互作用光信号を検出するように構成される。ＥＣＭセンサの動作は、ユーザによって直接（すなわちセンサと相互作用することによって）または例えばＥＣＭセンサを無線で制御するように構成されたスマートフォンまたはタブレットなど、モバイルコンピュータ装置のソフトウェアアプリケーションによって制御される。他の形態において、ＥＣＭセンサは、（外来診療所または医療従事者施設から）ＥＣＭセンサと無線で通信する遠隔計算装置によって動作される。

本開示の別の態様は、ＥＣＭセンサと通信するシステムに関する。適切なシステムは、筐体手段と、電源手段と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第１の光放出体手段と、第１の強度と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第２の光放出体手段と、筐体手段の内部内に配置され、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段から光学的に分離した光検出器手段であって、光検出器手段は、第１の光放出体手段からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体手段からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器手段と、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段と通信する照明電力制御回路手段であって、照明電力制御回路手段は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路手段と、光検出器手段と通信する信号増幅器手段と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラ手段と、を備えるエネルギ変換モニタセンサと、少なくとも１つの二次装置と、を備える。二次装置は、第２のセンサ、睡眠無呼吸（ＳＤＢ）治療装置、遠隔計算装置、及び睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）システムから選択される。さらにシステムは、ＥＣＭセンサ及び１またはそれ以上の二次装置と通信するソフトウェアアプリケーションによって制御される。システムの動作は、ユーザによって直接に（すなわちセンサと相互作用することによって）または例えばシステムと無線で制御するように構成されたスマートフォンまたはタブレットなどモバイルコンピュータ装置のソフトウェアアプリケーションによって制御される。他の形態において、システムは、（例えば外来診療所または医療従事者施設から）システムの装置と無線で通信する遠隔計算装置によって動作される。

本開示のさらに別の態様は、ＥＣＭセンサを使用する方法に関する。適切な方法は、患者の皮膚表面にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップであって、エネルギ変換モニタセンサは、筐体手段と、電源手段と、第１の波長で第１の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第１の光放出体手段と、第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された筐体手段の内部内に配置された第２の光放出体手段と、筐体手段の内部内に配置され、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段から光学的に分離した光検出器手段であって、光検出器手段は、第１の光放出体手段からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、第２の光放出体手段からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器手段と、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段と通信する照明電力制御回路手段であって、照明電力制御回路手段は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、第１の光放出体手段と第２の光放出体手段にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路手段と、光検出器手段と通信する信号増幅器手段と、第１の組織相互作用光から第１の出力データ値と第２の組織相互作用光から第２の出力データを計算するように構成されたマイクロコントローラ手段と、を備える適用するステップと、エネルギ変換モニタセンサに電力を供給するステップと、を備える。いくつかの形態において、本発明の方法は、またエネルギ変換モニタセンサに電力レベルを供給して、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の波長の光の第１の検出強度を８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の波長の光の第２の検出強度と等しくするステップと、第１の組織相互作用光信号から光の第１の検出強度を決定するステップと、第２の組織相互作用光信号から光の第２の検出強度を決定するステップと、第１のフルスケールと光の第１の検出強度を比較して、光の第１の割合検出強度を決定するステップと、第２のフルスケールと光の第２の検出強度を比較して、光の第２の割合検出強度を決定するステップと、供給するステップと、決定するステップと、比較するステップとを繰り返して、光の第１の検出強度と光の第２の検出強度のそれぞれにおいてフルスケールの８５％における光の検出強度を得るステップと、を備える。さらに、本発明の方法は、メモリに電力レベルと、フルスケールの８５％の第１の放出体から組織相互作用光の、検出され、積算された強度を達成するために、一緒に足され、バーストサンプルの名目上の数で割られたバーストサンプルの総数を格納するステップと、メモリにフルスケールの８５％の第２の放出体から組織相互作用光の検出された強度を達成するために電力レベルを格納するステップと、を備える。いくつかの形態において、本発明の方法は、現在の記録セッションを介したデータ取得の制御パラメータとして、第１の放出体の格納された電力レベル、第１の放出体から検出組織相互作用光のバーストサンプルの数、及び第２の放出体の格納された電力レベルを使用するステップを備える。いくつかの形態において、本発明の方法は、エネルギ変換モニタセンサを初期化するステップと、第１の光と組織相互作用後の（６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる）前記第１の光放出体手段からの検出強度から、第２の光と組織作用後の（８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる）前記第２の光放出体手段からの検出強度を引き、少なくとも１２ｂｉｔ解像度として、エネルギ変換指数（ＥＣｉ）出力を生成するステップと、細胞の酸素の供給に関連する化学の状態を示す整数数値アナログ表示を生成するステップと、を備える。さらに他の形態は、細胞の酸素の供給に関連する中心と使用者のエネルギ変換指数ゼロ（ＥＣｉゼロ）の１つを計算するステップと、エネルギ変換モニタセンサ出力データのデータ出力を中心にオフセット値を適用するステップと、を備える。さらに他の方法は、低活動の期間を平均する計算を実行して、ゼロに対するオフセット数値を定義し、記録するステップと、患者の現在のＥＣｉゼロを決定するステップと、記録されたオフセット数値を適用して、患者の現在のＥＣｉゼロの記録データを中心にするステップと、を備える。本発明のいくつかの形態において、６８５ｎｍの検出強度の減少と同時の８５０ｎｍの検出強度の安定によって作り出されるゼロ未満のＥＣｉデータに応答して、生理学的最適未満の細胞の酸素供給を示すステップと、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の検出強度の安定または増加と同時の８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の検出強度の安定または減少によって作り出されるゼロより大きいＥＣｉデータに応答して、生理学的最適より大きい細胞の酸素供給を示すステップと、６７５ｎｍから６９５ｎｍに含まれる第１の検出光強度と８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる第２の検出光強度のタンデム変動を引き起こす睡眠の間の皮膚に対するエネルギ変換モニタセンサ動作と体の位置対重力の変化の少なくとも１つがもたらすエネルギ変換モニタセンサ下の変化する血液量の表示を識別するステップと、の１またはそれ以上を備える。いくつかの方法は、また８４０ｎｍから８６０ｎｍに含まれる生成信号を生成するステップと、十分に頻繁な時間間隔で生成信号を検出して制限されたまたは閉塞された気道を通って呼吸をするさらなる努力及び中枢神経系呼吸駆動が減少またはないことから呼吸をする努力が減らされるまたはないことの１つの表示として、呼吸誘導光強度変動の振幅及び波形を定義するステップと、を備える。

本開示のさらに別の態様は、特定の臨床状況でＥＣＭセンサを用いる方法に関する。例えば、ＥＣＭセンサを用いる方法は、また睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）に苦しんでいる可能性があるとして識別された人にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、人の睡眠の間、呼吸と酸素供給関連生理学を監視するステップと、監視するステップから記録されたデータを提供してＳＤＢの臨床診断を助け、効果的な治療を定義し、確認し、調整することを助けるステップと、を備える。別の臨床方法において、本発明の方法は、家庭での睡眠の間、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）を有する人にエネルギ変換モニタセンサを適用しながら、ＳＤＢ治療装置を用いるステップと、ＳＤＢの管理の範囲を決定するステップと、を備える。さらに別の方法は、家庭での睡眠の間、人にエネルギ変換モニタセンサを適用しながら、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）治療装置を用いて、ＳＤＢ治療装置にＥＣｉ及び呼吸情報を提供するステップと、エネルギ変換モニタセンサからのＥＣｉ及び呼吸情報の少なくとも１つに応答して、ＳＢＤ治療装置を制御するステップと、人の一般的な健康状態の変化に、睡眠の間、監視を提供するステップと、を備える。さらなる方法は、敗血症を発症するリスクがあるとして識別された人にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、ゼロ未満を漸進的に示すＥＣｉ値から敗血症が存在する可能性を検出するステップと、を備える。別の方法は、またエネルギ変換モニタセンサを幼児に適用するステップと、睡眠の間、呼吸の安定性と有効性を記録することによってＳＩＤＳのリスクについて幼児をスクリーニングするステップと、を備える。さらに別の方法は、エネルギ変換モニタセンサを幼児に適用するステップと、睡眠の間、呼吸の安定性と有効性を監視するステップと、刺激を送って、睡眠の間、検出された異常な呼吸の発現の間、睡眠から幼児を目覚めさせるステップ及び介護人に検出された異常な呼吸を確認するアラームを送るステップの１またはそれ以上と、を備える。さらに別の方法は、エネルギ変換モニタセンサを新生児に適用するステップと、新生児が胎児期から空気呼吸から得られる高レベルの酸素または複数の高レベルの酸素に推移するように、細胞の酸素要求に関する呼吸気体の酸素レベルを調整する際に、使用のために介護人にフィードバックを提供して酸素供給関連損傷を減らすまたは防ぐことを助けるステップと、を備える。別の方法は、低酸素症及び窒息の少なくとも１つで苦しむ人の蘇生の間、エネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、人の細胞の酸素要求に対する呼吸気体の酸素の調整を導くステップと、を備える。別の方法は、リスクの高い大気環境の作業者にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、低酸素症及び彼らの呼吸大気の毒性ガスの不利な効果の少なくとも１つにおいて作業者を監視するステップと、を備える。さらに別の方法は、パイロットの額にエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、低酸素症及び頭の血流のｇ負荷誘導損失の１またはそれ以上においてパイロットを監視するステップと、を備える。さらなる別の方法は、身体的な運動の間、及びその後、アスリートにエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、アスリートの生理学的反応を評価するステップと、最適なパフォーマンスのための推奨事項を提供するステップと、を備える。別の方法は、集中治療の幼児患者の胸部と腹部に二重プローブを有するエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、管前の細胞の酸素供給と管後の細胞の酸素供給を監視するステップと、心臓の解剖的異常、太い血管の解剖的異常、及び通常閉じるための動脈性の管の不具合の少なくとも１つを検出するステップと、を備える。さらに別の方法は、虚血性心臓発作のための治療の間、心筋の再かん流、脳卒中のための治療の間、脳の患部の再かん流、移植臓器の再かん流、及び再かん流損傷を減らすまたは防ぐことを助けるために細胞の酸素要求に対する虚血性組織に案内酸素再供給の少なくとも１つの間、二重プローブを有するエネルギ変換モニタセンサを適用するステップと、を備える。

参照による組み込み
本出願に言及された全ての刊行物、特許及び特許出願は、それぞれ個々の刊行物、特許、または特許出願が参照によって組み込まれるために具体的に及び個々に示されるのと同じ範囲で参照によって本明細書に組み込まれる。参照は、例えば以下を含む。

非侵襲的光学測定の装置及び方法の２００６年１月１２日に公開されたＦｉｎａｒｏｖらによる米国特許公開第２００６／０００９６８５Ａ１号。

パルスオキシメトリのための対称ＬＥＤアレイの２００８年４月３日に公開されたＤｅｂｒｅｃｚｅｎｙの米国特許公開第２００８／００８１９６６Ａ１号。

バイタルパラメータを測定する着用可能な装置、システム及び方法の２００８年８月２８日に公開されたＳｈｋｌａｒｓｋｉの米国特許公開第２００８／０２０８００９Ａ１号。

血液ヘモグロビンの酸素飽和度の測定の２０１０年１２月２３日に公開されたＭｃｌａｕｇｈｌｉｎの米国特許公開第２０１０／０３２４３９０Ａ１号。

２つの波長の光波手段によってパルスを測定する方法及び装置の２０１１年３月３日に公開されたＪｏｒｎｏｄの米国特許公開第２０１１／００５４３３６Ａ１号。

光変調による生理学データの測定システム及び方法の２０１３年１１月１４日に公開されたＣｈｕの米国特許公開第２０１３／０３０３９２１Ａ１号。

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「睡眠管理のための方法及びシステム」の２０１９年８月１３日に発行されたＲｅｓＭｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓの米国特許第１０，３７６，６７０Ｂ２号。

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本発明の新規な特徴は、添付された特許請求の範囲に具体的に記載されている。本発明の特徴と利点のよりよい理解は、本発明の原理が利用され、添付された図面が例示的な実施形態を記載する次の詳細な説明を参照することによって得られる。

例示的なセンサ装置を描く。 例示的なセンサ装置を描く。 例示的なセンサ装置を描く。 例示的なセンサ装置を描く。 センサモニタ装置システムの例示的な概略構造である。 センサモニタ装置システムファームウェアのための例示的な動作フロー図である。 例示的なデータ取得フロー図を描く。 例示的なＬＥＤ電源レベル初期化フロー図を描く。 通常の睡眠の間、記録されたエネルギ変換指数（ＥＣｉ）グラフである。 通常の睡眠の間、記録された経時的な強度の生データグラフを描く。 通常の睡眠の間、記録された図６Ｂから抽出された経時的な強度の選択された部分Ａを描く。 睡眠の間、記録された異常なＥＣｉ及び生データグラフであり、ＯＳＡの発症の応答を示す。 睡眠の間、記録された異常なＥＣｉ及び生データグラフであり、ＯＳＡの発症の応答を示す。 図７Ｂからの生データセグメントＢの時間展開である。 図７Ａ－Ｃから記録する異常なＥＣｉを描くが、時間展開図で選択された２つの異なる入れ子にされたセグメントＣ及びＤを備える。 図８Ａで記録するＥＣｉからの生データグラフである。 図８Ａで記録するＥＣｉから時間展開セグメントＣである。 図８ＣからのセグメントＣの生データグラフである。 図８ＤからのセグメントＤの生データグラフである。 ＥＣｉデータが気道内圧力のＡＰＡＰ変化をもたらすためにいつどの方向に用いられるかを示す睡眠記録セグメントを描く。 センサモニタ装置及び信号傾向のための例示的な出力データを反映するグラフである。 センサモニタ装置及び信号傾向のための例示的な出力データを反映するグラフである。 センサモニタ装置及び信号傾向のための例示的な出力データを反映するグラフである。 センサモニタ装置及び信号傾向のための例示的な出力データを反映するグラフである。 分光計の記録から取得される虚血／再かん流スペクトル吸収テスト結果の例示的なグラフを描く。 分光計の記録から取得される血液リフロの直前及び直後の皮膚吸光度スペクトルの変動の例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される、ＥＣｉ及び生データ傾向の運動記録の例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される、心拍数及びＳｐＯ_２傾向の運動記録の例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される通常睡眠呼吸の間の記録の例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される睡眠時無呼吸の間の記録の例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される制限された及び周期的な呼吸の間の図１５Ａ－Ｂのセグメントの例示的なグラフを描く。 センサモニタ装置から取得される閉塞性及び中枢性無呼吸の睡眠時無呼吸の間の例示的な記録を描く。 例示的な二重プローブセンサを描く。

ＥＣＭセンサ１００は、図１Ａに表現される。センサアパーチャ部品１０７の外面１０８は、患者の皮膚と接触する。適用されたとき、患者の皮膚に平らな表面を示すために透明なプラスチック埋め込みで満たされる光放出体アパーチャ開口１１０及び光検知器アパーチャ開口１１２が設けられる。収納するプラスチック樹脂カプセル封入１１４は、ＥＣＭセンサ１００装置の内部部品を密閉して含み、機械的に保護する。

図１Ｂは、図１Ａに示される、ＥＣＭセンサ１００の内部部品を示す。示されるように、センサアパーチャ部品１０７は、長さ、高さ及び幅を有し、フレキシブル回路１１６の端部に接着される。主回路１１８の主プリント回路基板（ＰＣＢ）に取り付けられる表面実装技術（ＳＭＴ）部品のための部品容積空間は、描かれる。フレキシブル回路１１６は、ＳＭＴ部品を折り畳むように構成可能である。例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥ（登録商標）送受信機１２０及び任意に触覚刺激用の振動モータなど、追加の電子部品がまた主回路１１８に取り付けられる。

図１Ｃは、発光ダイオード（ＬＥＤ）１２４及び１２６並びに例えばフォトダイオード検出器など検出器１２８の上から取り外されたセンサアパーチャ部品１０７を示す。センサアパーチャ部品１０７の内面１０９が示される。センサアパーチャ部品１０７は、フレキシブル回路１１６に固定されたとき、第１の室１４０と第２の室１４２の間の光学的障壁を提供する少なくとも１つの内壁１２２を有する。第１の室１４０（光放出体空洞）及び第２の室１４２（検出器空洞）は、センサアパーチャ部品１０７の内面１０９に３次元（３Ｄ）凹部を画定する。センサアパーチャ部品１０７における金属の使用は、１つの形態で用いられる。しかしながら、当業者によって理解されるように、赤及び赤外光の両方に十分に不透明なプラスチック材料は、またセンサアパーチャ部品１０７を形成するために用いられ、内壁光障壁を含む。さらに、センサアパーチャ部品１０７は、例えばエポキシなど、適切な接着剤で取り付け可能である。

赤いＬＥＤ１２４、赤外ＬＥＤ１２６、及び例えばシリコンフォトダイオードなど検出器１２８は、フレキシブル回路１１６に取り付け可能である。ＬＥＤ電力制御及び信号増幅部品は、フレキシブル回路１１６のセンサ部分の下面に取り付けられる。フレキシブル回路１１６の屈曲部分１３０は、センサから主回路１３２に回路トレースを運ぶ。

当業者に理解されるように、実際のレイアウトは、本開示の範囲を逸脱しないで、様々な形態を取ることができる。いくつかの形態において、マイクロコントローラのリードパターンは、複数の方向に放射するパターンを有する。そのため、ＬＥＤ及びセンサが中央に設置されると、マイクロコントローラのリードは、ＬＥＤ及びセンサの周りに配線される必要がある。フレキシブル回路に光学部品を設置することによって、描かれるように、単純なレイアウトが達成される。しかしながら、いくつかの形態において、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）送受信機は、光学部品制御を実行することができる関連するマイクロコントローラを有し、センサを中心に配置することができる。

図１Ｄは、主回路１３２の下面を描き、バッテリ１３４とバッテリ再充電コイル１３６は、主回路１３２の端部の周りを曲がるフレキシブル回路１１６の屈曲部分１３０と光学部品部分とともに配置される。

図２は、試験被験者の皮膚のＥＣＭセンサ２００の概略ブロック図であり、ＥＣＭセンサシステム２０２とスマートフォン２０４で動作するコンピュータ実装ソフトウェアアプリケーション（「アプリ」）２０６を含む。センサ制御コマンドとＥＣＭセンサシステム２０２とスマートフォン２０４の間のデータ転送２０８は、ＥＣＭセンサシステム２０２のＲＦ送受信機２１０とＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥ（登録商標）ＲＦ送受信機及びｉＰｈｏｎｅ（登録商標）またはアンドロイド（登録商標）ＯＳスマートフォンまたは同等物で動作するアプリケーションプログラム２０６によって管理される。センサシステムの光放出電子光学部品は、可視及び赤外光不透明金属またはプラスチックセンサアパーチャ部品１０７内に含まれ、赤ＬＥＤ１２４及び赤外ＬＥＤ１２６を収納する図１Ｃの第１の室１４０内に収納される。赤ＬＥＤ１２４及び赤外ＬＥＤ１２６は、さらに透明なプラスチックに包み込まれ、そのため図１Ａの光放出体アパーチャ開口１１０を通ってＬＥＤから光放出のための経路を提供する。

センサアパーチャ部品１０７は、例えばシリコンフォトダイオードなど、検出器１２８を収納し、また光学的に透明なプラスチックで満たされる第２の室１４２を有する。センサアパーチャ部品１０７の筐体は、２つの室を分け検出器１２８に赤ＬＥＤ１２４と赤外ＬＥＤ１２６から光の内部伝達を遮断する、第１の室１４０と第２の室１４２の間に配置された内壁１２２を有する。そのため、検出器１２８によって検出されるすべての光は、光が皮膚に伝達された後に発生する。

使用時に、ＥＣＭセンサシステム２０２は、患者の皮膚２２４に設置される。放出された光２２６及び２２８は、皮膚の表皮と真皮２３０を通るが、表在筋膜または下にある筋肉２３４を機能的に貫通しない。

トップレベルの動作コマンドは、センサ機能を初期化するために、例えばスマートフォンアプリなどアプリケーションプログラム２０６からＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥ（登録商標）伝送で達成される例えばＲＦ伝送などデータ転送２０８によってＥＣＭセンサシステム２０２から運ばれる。センサマイクロコントローラ２４０は、アプリケーションプログラム２０６でＲＦ連携手順を確立し、センサ初期化手順を実行してＬＥＤに供給される最適な電力レベルを確立する。初期化プロセスの完了の際に、センサマイクロコントローラ２４０は、アプリケーションプログラム２０６によって設定された時間間隔でデータ取得サイクルを実行し、ＥＣｉモニタのための６８５ｎｍと８５０ｎｍのＬＥＤにおいて１Ｈｚであり、呼吸の監視のために合計１０Ｈｚまで８５０ｎｍＬＥＤのみ追加の照明を足す。それぞれのＥＣｉデータ取得サイクルの間、周囲光（すなわち、ＬＥＤによって照明されない）、照明された赤ＬＥＤ及び照明された赤外ＬＥＤの検出光測定は、なされ、センサメモリ２１４に格納される。その後電流データは、記録、表示、分析のためにアプリケーションプログラム２０６に、例えばＲＦ送受信機連携など、データ転送２０８によって生データとして通信される。

ＬＥＤ電力増幅器２２０は、センサマイクロコントローラ２４０からＤ／Ａアナログ制御電圧を受信する。その後ＬＥＤ電力増幅器２２０は、対応する電流レベルを赤ＬＥＤ１２４及び／または赤外ＬＥＤ１２６に送る。検出器１２８は、センサマイクロコントローラ２４０と通信する単一の増幅器２４２と通信する。センサマイクロコントローラ２４０は、またセンサメモリ２１４及びＲＦ送受信機２１０と通信する。

別の形態において、ＥＣＭセンサ２００は、例えばＡＰＡＰ機械またはＣＰＡＰ機械など気道治療装置と直接または間接的に通信する。気道治療装置に直接または間接的に提供されるＥＣＭセンサ２００からのデータは、気道治療装置によって処理され、投与される気道治療（例えば空気圧）の変化をもたらす。データの直接提出は、有線または無線である。データの直接提出は例えばスマートフォンなど二次装置によって、または気道治療装置に処理データまたはマシン動作コマンドを送る前にＥＣＭセンサから受信されたデータを処理する遠隔中央ステーションによってである。

図３は、睡眠の間、監視する目的のためのＥＣＭセンサ１００の患者の経験を描くブロック図である。完全に充電されたＥＣＭセンサ１００は、第１に患者に適用される３０２。装置を適用する適切な配置は、センサが快適であるが腕の血流を制限することなく所定の位置にしっかりと保持される方法で、弾性ラップを備える中上腕を含む。中上腕位置は、睡眠監視のために適切な位置である。しかしながら、当業者によって理解されるように、体の他の位置がこれに限定されるものではないが、額、手首、身体中央部、大腿部、ふくらはぎを含んで、本開示の範囲から逸脱することなく用いられる。

その後アプリケーションプログラム２０６は、スマートフォン及びＥＣＭセンサ１００の間の自動ＲＦリンク３０６を用いて患者によってロードされ、開かれる３０４。ＥＣＭセンサ１００は、例えばスマートフォンアプリからセンサ初期化コマンドを受信した３０８後初期化され、センサはセンサが初期化された３１０ことを応答する。初期化コマンドは、自動的なリンクシークプロセスであり、それによりセンサのＲＦリンク確認応答は、自動的に検出されスマートフォンに存在するアプリグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）に示される。患者は、アプリケーションプログラム２０６の記録セッションのためにアプリケーション設定３１２を選択し、その後患者は、即座にデータの記録を開始する３１６、または例えば別のセンサシステムの記録と共に睡眠記録を同期することを望まれるときなど、選択される瞬間まで待つ３１４ことの選択肢を有する。データ記録の開始３１６を指示するとき、ＥＣＭセンサ１００は、例えば、睡眠の間、毎分１００以上の呼吸の呼吸数を有する幼児での適用で、６８５ＬＥＤにおいて毎秒１度、８５０ｎｍのＬＥＤにおいて毎秒１０回など、選択されたサイクル周期でデータ取得を開始する３１８ための指示が送られる。データが取得され、ＲＦリンクによってスマートフォンに転送されるとき、スマートフォンメモリに記録され、任意に生データ及びエネルギ変換指数（ＥＣｉ）傾向としてアプリケーションプログラム２０６においてスマートフォンＧＵＩスクリーンにグラフを使って表示される。記録を停止する３２２ための患者コマンドのとき、アプリケーションプログラム２０６は、データ取得を中止するためにＲＦリンクによってＥＣＭセンサ１００に送信される停止コマンド３２４を生成する。記録されたデータは、スマートフォンメモリ内で例えばタブ区切りＡＳＣＩＩテキスト（＊．ｔｘｔ）など所望のコンピュータフォーマットに保存され、その後データファイルは、スマートフォンで利用可能な様々なデジタル通信プロセスによって転送できる。その後、患者は、センサ３２６を取り外し、例えば互換性のある充電パッドにそれを設置し、無線で内部バッテリを充電することによってＥＣＭセンサ１００を充電する３２８。ＥＣＭセンサバッテリが完全に充電されたとき、ＥＣＭセンサは再び用いられる。いくつかの形態において、システムは、前に管理された指示に自動的に基づいて記録することを開始する及び停止するように構成可能である。そのため、例えば、システムは、特定の期間の間または特定のイベントの発生の際（例えばいびきの発症、睡眠の間の患者の動作など）データを収集するようにプログラムされる。

当業者によって理解されるように、ＥＣＭセンサ１００は、いくつかの形態において、気道治療装置または気道治療装置及びＥＣＭセンサ１００と通信する中央サーバによって自動的にまたは半自動的に動作する。これらの形態において、スマートフォンの使用は必要とされない。そのため本開示によるシステムは、次のＥＣＭセンサ、スマートフォン、気道治療装置及び／または中央サーバの２またはそれ以上を含む。

図４は、ＥＣＭセンサ１００の動作を示すフロー図４００である。睡眠を監視するための使用の手順は、皮膚にセンサを設置することから始まる（第１に適用される３０２）。前述のようにＥＣＭセンサは、弾性ラップまたは腕バンドで中上腕に設置される。アプリケーションプログラム２０６は、ＥＣＭセンサにセンサ初期化コマンド３０８を送るために用いられ、赤ＬＥＤのための最適なＤ／Ａ制御電圧レベル４０２と赤外ＬＥＤのために最適なＤ／Ａ制御電圧レベル４２４を作り出す。データ取得サイクルは、赤ＬＥＤ光を放出し４０４、拡散した赤ＬＥＤ光を検出して４０６、赤強度値４０８を決定するステップを含む。データ取得サイクルは、赤外ＬＥＤを放出して４１４拡散した赤外光を検出し４１６、赤外強度値４１８を決定するステップを含む。プロセスは、また検出された拡散赤ＬＥＤ光４０６及び検出された赤外光４１６から引かれる、バックグラウンド周囲光値を周期的にサンプリングするステップを含む。取り除かれるバックグランド値によって、結果として生じる赤外強度値４１８は、結果として生じる赤強度値４０８から引かれ４２０、ＥＣｉ値４２２を生成する。ＥＣｉ値は、－４００未満（深く低酸素の皮膚）からゼロ（正常な有酸素の皮膚）を通って＋５００を超える（非常に高酸素の皮膚）まで及ぶ。その後赤強度値４０８、赤外強度値４１８、及びＥＣｉ値４２２は、センサメモリに格納される４１０。その後、データは、アプリケーションプログラムにＲＦ伝送によって送信される。このデータ取得サイクルは、患者がデータ取得を停止する（すなわち記録を止める３２２）ように指示するまで繰り返し４１２、データ取得サイクルの繰り返し４１２が「いいえ」を戻し、センサ動作は終わる４２６。

図５は、図３のセンサ初期化コマンド３０８に基づくセンサ初期化プロセスのフロー図５００である。センサ初期化コマンド３０８は、ＬＥＤ電源Ｄ／Ａコンバータのフルスケールの３０％５０２において、赤ＬＥＤ電源レベルを設定するステップで始まる。解像度は、最低で１２ｂｉｔ（すなわち０－４０９５）である。その後Ｄ／Ａ電圧は、増幅され５０４、赤ＬＥＤに電力を供給して赤ＬＥＤ光を投影する５０６。皮膚を通って拡散された５０８後、投影された赤ＬＥＤ光の検出強度は、例えばフォトダイオードなど、図１Ｃの検出器１２８によって光電流に変換され、その後図２の信号増幅器２４２によって増幅され、後に図２のセンサマイクロコントローラ２４０の信号アナログデジタル（Ｄ／Ａ）コンバータに供給される。拡散された赤光は、サンプリングされ、デジタル化され、デジタル値は出力データＡ／Ｄコンバータのフルスケールの８５％以上かどうか確認される５１０。出力データの解像度は、少なくとも１２ｂｉｔ（例えば０－４０９５）である。デジタル化された値がフルスケールの８５％未満である（例えば＜３４８０）ならば、赤ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧は、１つの１２ｂｉｔステップが増加され５１２、増幅され５０４及び赤ＬＥＤ光は再び皮膚に投影される５０６。デジタル化されたデータがフルスケールの８５％に等しいまたはそれを超えるまでこのサイクルは続き、その後最適な赤ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧レベル４０２が図２のセンサメモリ２１４に格納される。しかしながら、１２ｂｉｔＤ／Ａ赤ＬＥＤ電圧スケールの上限に、例えば暗く着色した皮膚で起きるなど、フルスケールの８５％のデータ５１４を達成しないで到達したならば、サンプル積算プロセス５１６に入る。サンプリングプロセスは、赤ＬＥＤが照明される間、１６バーストサンプルを取るステップと、それらのデジタル値を合計するステップと、合計を１６で割って平均されたサンプルを作り出すステップと、を含む。積算５１６によって、１６で割られるデジタル値の合計がフルスケールの８５％以上５１０になるまで、バーストサンプルの数は、それぞれのサイクルに増加される。

フルスケールの８５％を達成する５１０とき、最適な赤ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧レベル４０２とバーストサンプル数５３２は、センサメモリに格納される５３４。赤ＬＥＤ初期化の完了のとき、赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧は、同様に赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧のフルスケールの３０％５２２から始められ、皮膚に赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ光を投影する５２４ことによって皮膚２２４（図２）を照明し、信号５２６をサンプリング及びデジタル化し、１２ｂｉｔ解像度のフルスケールの８５％以上かを確認する５２８ことを循環する。赤外波長は、皮膚着色によって吸収されず、光出力効率への赤外ＬＥＤ電力入力は、赤ＬＥＤより非常に大きいので、赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧は、積算なく容易に達成される。出力データ値のフルスケールの８５％以上を達成する５２８とき、最適な赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧４２４は、センサメモリに格納される。最適赤ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧レベル４０２及び最適赤外ＬＥＤ Ｄ／Ａ電圧レベル値４２４の両方が、その後センサメモリに格納された５３４とき、センサ初期化プロセスは、完了する。

睡眠の間、呼吸の努力が弱いまたはないことを識別する重要性により、最適な解像度を得ることを保証する。これを達成するために、タンデムは、通常図８Ｂで示されるように睡眠の初期時間８０２の間発生し、夜の睡眠の残りによってフルスケール範囲の８５％までベースライン検出強度を戻すために補償する必要がある強度値が減る。これをするためのプロセスは、３０分にセンサの初期化ステップを繰り返し、その後１時間において睡眠記録を開始することである。第２及び第３センサ初期化コマンド（図４のセンサ初期化コマンド３０８に対応する）が実行されたときの短い期間の間、図２のセンサメモリ２１４は、検出データが通常に送られた時に、フルスケール赤（例えば４０９５）及び赤外（例えば４０９５）データ値が送られる。これにより、出力赤及び赤外強度生データ及びゼロＥＣｉ値のフルスケールの「意図されたアーティファクト」スパイクを作り出し、繰り返し初期化の間、データ値の意図された逸脱を示し、その後、図２のＥＣＭセンサシステム２０２は、新しい初期化ＬＥＤ電力制御を用いて検出されたデータと、続くサイクルのためのバーストサンプル数値のサンプリングとログ記録が続く。

ＲＦリンクのためのＢｌｕｅｔｏｏｔｈＬＥ（登録商標）の使用は、完全の受信の確認が受信されなかった再送信データを自動的に試みる利点を有する。しかしながら、ＲＦ通信が中断されたときの展開された期間のイベントで、図２のセンサメモリ２１４は、ＲＦリンクが修復されたとき送信のための４時間のデータまで格納する容量を有する。

図６Ａは、通常の睡眠の間、記録されるＥＣｉグラフである。睡眠の間、ＥＣｉ値は、－４５０から１００に及んで記録される。ＥＣｉグラフのＸ軸は、１時間の記録に対応する１時間の時間間隔６０２において示される。図６Ａは、被験者が安楽椅子でもたれながらＴＶを見て、後にベッドで寝ることで始まる長い記録の７時間「睡眠」セグメントである。計算されたＥＣｉ値にほとんど変動がなく、－５０より下に減ることがなく、彼は夜を通して通常の呼吸と皮膚酸素供給を有していたことを示す。

図６Ｂは、図６ＡのＥＣｉ傾向データが計算された生データグラフであり、赤外信号強度トレース６１０及び赤信号強度トレース６１２を示す。わずかに無呼吸Ａの１つの短い期間が図６Ｃに展開された図において選択される。相対的に一貫性のある生データトレースは、睡眠の間体の位置の変化または寝返りがほとんどないことを示す。呼吸の変化の兆候が完全にないわけではないが、これは、これまでになされた「ほとんど通常の」睡眠記録の１つである。

図６Ｃは、通常の睡眠の間、記録された図６Ｂの生データグラフのセグメントＡの時間展開である。Ｙ軸は、検出信号強度を反映し、Ｘ軸は、１分時間間隔６０４を反映する。通常の静かな呼吸６１４は、生データセグメントの開始と終了において示される。例えばソフトないびきなど、わずかに閉塞された呼吸６１６は、ほぼ１分間の呼吸努力の減少６１８をもたらし、赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の両方のわずかな減少をもたらすが、赤信号強度トレース６１２のさらなる落ち込みは、皮膚の酸素供給のわずかな減少の指標を与える。このグラフの中央部分のいくつかの場所で注目すべきは、赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度６１０の両方のタンデム変動である。さらなる発音変動は、部分的に閉塞された気道を通る空気を動かすことが必要とされる胸郭内圧の深い偏位による。単一の息において、気道は、完全に閉塞され、通常、短く増加した努力からタンデムの垂直なスパイク６２０がある。

図７Ａは、閉塞性睡眠時無呼吸（ＯＳＡ）、いびき、及び中枢性睡眠時無呼吸（ＣＳＡ）によって悪化させられた睡眠の間、記録された異常なＥＣｉ傾向グラフである。Ｙ軸は、ＥＣｉ値であり、Ｘ軸は時間（時間）である。Ｘ軸は、図６ＡのＸ軸と同じ１時間間隔６０２を用いる。同じＹ軸範囲が図６Ａで用いられていることに留意する。図７Ｂの１時間マークの周りにおいて発生するセグメントＢは、図７Ｃの時間展開において輪郭が描かれる。

図７Ｂは、図７Ａからの生データグラフである。図７ＡのＥＣｉ逸脱における深い負の指数値は、図６Ｂ－Ｃに示される赤信号強度トレース６１２が赤外信号強度トレース６１０より低い値トレースであり、皮膚のさらなる赤光吸収を示すときの期間と対応することに留意すべきである。グラフは、赤信号強度トレース６１２及び赤外信号強度トレース６１０の両方を描く。輪郭を描かれたＢは、図７Ｃに時間展開される。

図７Ｃは、また赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の両方を示す図７Ｂの生データセグメントＢの時間展開である。Ｘ軸は、図６Ｃに示されるように１分間間隔６０４における時間値である。このセグメントは、２分のソフトないびき及び周期的な呼吸で始まり、細胞低酸素症応答を示す、赤強度対赤外強度のわずかな周期的な低下をもたらす。その後、呼吸を得るための３つの強い試みを備える１分のひどく制限された気道７１２の発症がある。１分間の明らかな中枢性睡眠時無呼吸７１４（すなわち呼吸をする努力のない）が続くが、閉塞性無呼吸７１６と共に発生する制限された気道を通る呼吸を得る、増加した努力の回復によって中断される。この気道制限／閉塞期間は、後に最小呼吸動作と共に中枢性無呼吸７１８の別の期間が続き、１つの呼吸閉塞７２０と共に終わる。最後に、被験者は明らかに彼の気道を開くのに十分なように睡眠から目覚め、彼は睡眠に戻るように通常の呼吸７２２を再び始める。

図８Ａは、時間展開再検討のために選択された２つのセグメント：Ｃ及びＤと共に、図７Ａと同じＥＣｉを記録する。セグメントＤは、セグメントＣのサブセットであり、時間２と時間３の間に発生する。セグメントＥは、寝返りをうつ被験者の例である。Ｙ軸は、ＥＣｉ指数値であり、Ｘ軸は、１時間間隔６０２における時間値である。

図８Ｂは、図８ＡのＥＣｉ記録からの生データグラフであり、赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の両方に沿った再検討のための２つの入れ子にされたセグメントを示す。Ｘ軸は、１時間間隔６０２における時間値である。Ｙ軸は、検出された信号強度である。また、初期時間８０２の間、タンデムの下方傾向に留意する。このほとんど５００カウントのベースライン減少は、睡眠研究の間、共通に見られ、体が直立でありながら、下半身及び足から静脈血液の動作と相関して、ベッドの最初の１時間に仰向けになった体の長さのさらに均一に至る所で、再分配される。セグメントＣは、図８Ｃで時間展開され、入れ子にされたセグメントＤは、さらに図８Ｅで時間展開される。セグメントＥは、またＥＣｉグラフ８Ａに留意されるように、通常寝返りと共に発生する生データ傾向であり、重力による体の一方から体の他方への静脈血液の通常の変化による赤及び赤外データ値の両方の突然の、タンデムのベースライン変更を備える。

図８Ｃは、図８ＡのＥＣｉ記録からの時間展開セグメントＣであり、また輪郭を描かれた図８Ａ及び図８Ｂからの入れ子にされた時間セグメントＤを示し、Ｘ軸に１０分間隔８０４の時間値を備える。前のグラフに見られる広い逸脱は、逸脱が数分間にわたって滑らかに変わる意味で「ノイズ」ではない。これをより身近な測定との関連で説明するには、被験者が窒素を呼吸しながらパルスオキシメータでの平行な記録は、７０％より低下するＳｐＯ_２と共に－３００未満のＥＣｉ値と関連した。

図８Ｄは、図８ＣのＥＣｉ傾向と対応する生データグラフであり、また示される赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の両方で、１０分間隔８０４における図８Ａ及び図８Ｂに示される入れ子にされた時間セグメントＤを示す。赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の不一致の応答パターンは、これらの不一致がセンサ動作または呼吸によるというより、むしろ皮膚の細胞酸素供給状態のゆがみによるタンデムパターンでないことを示すことを証明する。２つの目立つ単一呼吸閉塞８１０が見られるが、この記録のほとんどは、変化しやすい制限された気道を備える周期的な呼吸の間、すなわちいびきである。赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０のベースライン強度８１２の突然のタンデム変化は、人の寝返りと共に発生し、心臓の上にセンサを設置する側で睡眠する場合において、そのため赤及び赤外光の両方の静脈血液吸収が少なくなる。また、寝返りをうった後、センサ下の皮膚の血液量が減り続け、その後安定する約８分間間隔８１４がある。

図８Ｅは、赤信号強度トレース６１２と赤外信号強度トレース６１０の両方を示す図８Ａ－Ｄからの入れ子にされた時間セグメントＤの生データグラフである。この信号パターンは、ＰＳＧマイクロフォンがほとんど同じ傾向パターンの長期間、「通常範囲」のＳＰＯ_２値から同時の逸脱がほとんどないまたはないいびきを検出したという平行のＰＳＧ研究から認識可能である。この７＋分セグメントは、周期的な呼吸と重いいびきの記録であるが、気道の閉塞はない。同様のＥＣｉ傾向は、通常の鼻にかかった気流と、いびきと共に－胸及び腹のセンサストラップの動きの通常のパターン及び範囲を含む平行なＰＳＧ記録の間、発生する。ＰＳＧデータは、十分な呼吸努力を示し、被験者の気道の部分的な閉塞にもかかわらず、通常の量の呼吸当たりの空気を動かす。しかしながら、この周期的な呼吸といびきの間の皮膚低酸素症ＥＣｉ応答の対応するサイクルのＥＣｉ生データパターンは、睡眠の間のいびきと高血圧の発症を接続する測定可能な「ミッシングリンク」であるストレスへの生理学的応答の明らかな指標である。

この周期は、通常の呼吸８１６で始まり、その後初期の２分間のいびき８１８に行く。漸進的に深い皮膚低酸素と、おそらくまたＳｐＯ_２の可能性のある低下は、通常に戻るほとんど全ての道を回復するのに十分な目覚めといくつかの深い呼吸努力８２０を引き起こす。しかしながら、いびきが回復し８１８、１分間にわたって、皮膚を深い低酸素に戻す。このパターンは、このセグメントの間少なくともさらに３度繰り返されるが、図８Ｄに示されるように、このいびき発症は、１５分にわたって続き、人が目覚める、寝返りをうつ、及び約３５分の全ての後、通常の呼吸に戻るときのみ終了する。

本開示のＥＣＭセンサ１００は、子供、青年及び大人の睡眠の間、ＳＤＢの家庭ベースの診断試験のために用いられる。家庭ベースの試験適用は、遠隔位置からリアルタイム、またはほぼリアルタイムで監視され、作り出されたデータを分析し、患者の病歴及び記録されたデータに基づいて患者の状態を診断し、必要とされる治療を処方する許可された資格を持った医者によって監督される。

図９Ａ－Ｅは、ＥＣｉデータが気道内圧のＡＰＡＰ変化を動作するためにいつ及びどの方向で用いられるかを示す５つの睡眠記録セグメントを示す。図は、赤外強度トレース６１０及び赤信号強度トレース６１２を含む。また図７Ｃに描かれた睡眠呼吸病変は、周期的にわずかに皮膚低酸素症９０２を伴うソフトないびきの変化しやすく制限された呼吸７１０から完全な気道閉塞イベント９０４への移行で始まる。呼吸パターンがいびきの間、第１の矢印９０２において検出されたならば、及び気道内圧が即座に増加されたならば、完全な気道閉塞イベント９０４は、それほどひどくないまたは全く発生しなかったであろう。完全な気道閉塞イベント７１２の前に異常な呼吸があったならば、完全な気道閉塞イベント９０４のＥＣｉ検出は、また気道内圧の即座の増加を引き起こし、問題を減らすであろう。

別の例９１０が図８Ｅの記録の開始から取られ、図９Ｂに示され、ＡＰＡＰ機械の空気圧制御のための潜在的なトリガポイントが、大きく変わる呼吸深さの期間９１２で始まり、おそらく重いいびきと関連する、セグメント９１４の大きな非タンデム赤強度信号６１２値の低下を作り出すのに十分にひどい気道制限９１６が続く。呼吸の深さ９１２または努力の変化が気道内圧の増加を引き起こさなかったならば、９１４における大きな非タンデム赤強度信号値の低下は、気道内圧の増加を引き起こすはずである。また、留意すべきは、皮膚組織低酸素症イベント９１６を自然に中断する呼吸パターン９１８の変化である。これは、おそらくわずかな目覚めと睡眠の中断を表すが、図８Ｅに描かれるさらに詳細な記録で示されるように、ＳＤＢの発症を解決しない。

さらなる例９２０は、図９Ｃにあり、９２２で発生する睡眠の間の寝返りを含み、赤及び赤外生データ信号の１またはそれ以上の大きな、タンデムの変動９２４によって特徴付けられる。このパターンは、気道内圧の即座の減少を引き起こす必要がある。寝返りをもたらす呼吸の困難さがあるまたはないが、気道内圧治療のよる厄介な態様の１つは、寝返りの際に起き、完全に意識があり通常の呼吸であるにもかかわらず、高い及び高く維持されるＡＰＡＰ圧を経験することである。ＥＣＭは、体の反対の側面に静脈血液が動くことにより、赤及び赤外信号９２６のタンデム変化によって寝返りを検出する。ＡＰＡＰ気道内圧及びフローセンサは、人が位置を変えるのに十分な睡眠から目覚めるときを検出できない。人は、寝返りの直前に発生していたＳＤＢイベントを続ける可能性はほとんどない。

図９Ｄの別の例９３０は、どのようにＥＣＭにより中枢性睡眠時無呼吸（ＣＳＡ）を検出し、適切な圧力変化の応答をできるかを示す。図９Ｄは、中枢性無呼吸７１８が続く、閉塞性無呼吸７１６と関連する制限された気道を示す、約４から６分の間の図７Ｃからの抜粋である。ＡＰＡＰ治療は、高圧で閉塞イベントを認識し、積極的に治療する必要がある。しかしながら、高圧は、例えば矢印９３２において呼吸の中断を誘導するならば、圧力を減らす、または中枢性無呼吸の発症を中断することを助けるために、場合によっては、触覚刺激を提供する。

図９Ｅは、図７Ｃからの早期の閉塞イベントに続く中枢性睡眠時無呼吸７１４の別の例であり、１分を超える間、効果的な呼吸努力７１４の証拠がないことを示す。ＳＤＢのこのパターンでほとんどの大人は、所望の睡眠品質未満であるにもかかわらず睡眠し続ける一方、同様のパターンの幼児は、ＳＩＤＳのリスクが増加し、生き残らないかもしれない！本開示のＥＣＭセンサは、それらが起こるとき、これらの生命を脅かす可能性のあるイベントの認識できるデータ特徴を検出し、提供し、及び例えば図９Ａの矢印９０２などアラームを引き起こす、または例えば効果的な呼吸を回復するのに十分に人を確実に目覚めさせることができるＳＩＤＳリスクのある幼児の場合にセンサ筐体に含まれるブザー振動モータ（触覚刺激）のスイッチをオンにするなどいくつかの他の刺激を引き起こすことができる。気道治療装置から気道内圧がＯＳＡイベントに応答して増加するが、高すぎるならば、ＳＤＢを有する一部の子供と大人は、気道治療を受け入れる一方で中枢性無呼吸の期間を有する。この現象は、睡眠医学の専門家によって人の肺のストレッチ受容体の気道内圧誘導刺激によって通常の呼吸駆動の反射抑制であると考えられる。気道内圧を即座に下げることで効果的な応答が見つけられた。しかしながら、現在の気道治療装置でこの状態の一貫して効果的な検出は、長年の問題であった。幸運なことにこの応答を有するほとんどの人は、最終的に要求より高い圧力に「慣れ」、機械制御応答の失効を許容できる。ＥＣＭは、ＯＳＡと共に散在するＣＳＡの期間を検出する新しい方法を提供し、そのため潜在的にこれらのイベントにさらに正確なＡＰＡＰ機械応答を提供する。

図１０Ａ－Ｄは、センサモニタ装置からセンサ信号傾向の計算と特性を描く。図１０Ａは、経時的な（Ｘ軸）指数値（Ｙ軸）を評価する。図１０Ｂは、経時的な（Ｘ軸）強度（Ｙ軸）を評価する。図１０Ｃは、経時的な（Ｘ軸）％飽和度（Ｙ軸）を評価する。図１０Ｄは、２つの中心波長における光の相対吸光度と（Ｙ軸）と細胞酸素供給の関数として、結果として生じる検出信号強度から計算されるエネルギ変換指数値（Ｘ軸）の概略表現である。Ｘ軸は、左の非常に低い酸素供給から、通常の酸素供給を通って、右の過剰酸素供給に及ぶ。

図１０Ａに示されるように、本開示は、２つの波長：６８５ｎｍ（赤）１００２と８５０ｎｍ（赤外）１００４における検出光強度値（Ｉ）を用いる。エネルギ変換指数（ＥＣｉ）１００６として計算される、出力データは、検出された６８５ｎｍ強度値１００２から検出された８５０ｎｍ強度値１００４を引くことによって得られる。これらのデータが、被験者が窒素（Ｎ_２）ガス１００８を呼吸しながら得られるとき、ＥＣｉ傾向１０１０は、作り出される。データは、例えば１秒間に１度の割合で得られる。図１０Ｂに目を向けると、ＥＣｉ傾向１０１０が計算された生データ１０１２は、監視される皮膚組織にかかる生理学及び生化学ストレスに対して一貫した応答特性を有することが示された。非常に８５０ｎｍ傾向１０１４は、被験者の呼吸努力と共に周期的に変わるが、皮膚組織への酸素供給が通常より低いから通常であるとき、影響を受けない。６８５ｎｍ傾向１０１６は、呼吸によって影響がわずかに少ないが、この波長は、監視される皮膚組織への酸素供給が減少するときさらに吸収される。図１０Ｃの同時に記録されたパルスオキシメトリ（ＳｐＯ_２）データ１０１８は、窒素呼吸による血中酸素の変化を示す。発症の開始と終了の両方の遅延したＳｐＯ_２応答に留意する。

２つの波長の相対吸光度応答は、図１０Ｄに図式的に示される。皮膚組織への酸素供給が通常領域に対して減少するとき、６８５ｎｍ光１０２０は、ますます吸収されるが、８５０ｎｍ光１０２２の吸光度は、変化しない。通常より高い酸素供給の増加により、６８５ｎｍ光１０２０の吸光度が幾分継続的に減少する一方で、８５０ｎｍ光１０２２の吸光度は、急激に増加する。したがって、過剰酸素供給１０２４のしきい値への接近は、８５０ｎｍ光１０２２の吸収の増加が発生し始める一方で６８５ｎｍにおける光１０２０の吸収が減り続け、その後安定しているときとして認識される。

図１１Ａ－Ｂは、前腕皮膚の広帯域光照明と信号検出分光計を用いて虚血／再かん流スペクトル吸収試験からのエネルギ変換指数データを描く。６８５ｎｍと８５０ｎｍの分光計検出光強度値は、図１２に示されるように記録された分光計データファイルから選択され、生データを用いてエネルギ変換指数値傾向１１１０を計算した。図１１Ａにおいて、エネルギ変換指数値傾向１１１０は、Ｙ軸に評価され、時間はＸ軸に評価される。図１１Ｂにおいて、８５０ｎｍ１１０４及び６８５ｎｍ１１０６の検出光強度は、Ｙ軸に評価され、時間はＸ軸に評価される。血液量及びおそらくまた例えば虚血性心臓発作、虚血性脳卒中、または移植臓器の再かん流など、重要な臓器組織への血液供給の閉塞の間、その後再かん流の間発生する組織化学のダイナミクスをシミュレートする簡単に（ｂｒｉｅｆ）、無害で及び簡単に（ｅａｓｉｌｙ）再現できる実演である。この試験は、被験者の上腕の圧縮空気を使った血圧バンドを用いて、３分間前腕から及び前腕に血流を止め、その後血圧バンド圧力を突然解放して血流を回復できることが続く。試験は、分光計（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｌａｍｅ－Ｓ）を用いて、光ファイバ（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ ＱＴＨランプ）を通る広帯域光が被験者の前腕皮膚の８ｍｍを通った後、吸収されない光を、光ファイバを通して信号検出する。６００ｎｍから１０００ｎｍのスペクトル光強度データは、１秒間に１度検出され記録される。試験前の参照スペクトルは、要素ごとにそれぞれのサンプルスペクトルから引かれ、差のスペクトルデータ値が記録される。もし吸収の変化が記録の間、前腕で発生しない場合、結果として生じるスペクトル強度変動データは、あらゆる場所でほとんどゼロである。

図１１Ａのデータは、図１１Ｂに示されるように、時間対応６８５ｎｍ赤強度値１１０６から記録された８５０ｎｍ赤外強度値１１０４を引くことによって計算され、エネルギ変換指数値１１１０を生成する。赤外波長は、光路内のほとんど静脈の血液量を最も感知できることがわかった。血圧バンドが急速に膨張する１１１２とき、前腕へのおよび前腕からの血流は、完全に止まり、赤外強度値１１０４の８５０ｎｍデータ傾向は変化が非常に小さい。他方で、赤強度値１１０６の６８５ｎｍ赤値傾向は、全血圧バンド膨張期間１１１４の間、継続的に吸収が増加する（検出信号強度は減少する）ことを示す。時点「Ａ」１１１６は、血圧バンド圧力を解放する直前であり、「Ｂ」１１１８は、信号が再び安定したときに血圧バンド圧力が解放された１１２０直後である。

血圧バンド圧力１１２０の解放時に、前腕への動脈流は、静脈血液が前腕から離れ始める前に回復し、少量の追加の血液が前腕に一時的に蓄積し、８５０ｎｍ傾向１１２２のわずかな低下を引き起こす。他方で、６８５ｎｍの強度値１１２４は、非常に急速に血液バンド膨張の前より非常に高い値１１２６に上がり、また人が１００％酸素を呼吸する、すなわち細胞高酸素を引き起こすように、皮膚によって６８５ｎｍにおける少ない吸収を示す。この試験の間、パルスオキシメトリの同時の記録は、通常、試験の開始から終了のＳｐＯ_２のわずかな変化または変化を全く示さない。パルスオキシメトリの動脈血中酸素飽和度に変化がない、試験前より非常に少ない６８５ｎｍの吸収と、再かん流の歳のわずかに多い８５０ｎｍの吸収の組み合わせは、血中酸素飽和度が非常に小さい役割しか果たしていない証拠として示される。したがって、この試験の間、スペクトル光学密度の記録された大きな変動は、主に細胞化学の変化によるものと思われる。この単純な実演の主な意味合いは、大人の重要な臓器への再かん流損傷及び未熟児で発生する目、脳、及び胃腸の損傷は、低酸素供給への前に知られていない、または過小評価されている細胞適応の結果であるかもしれないことである。例えば、細胞内のミトコンドリア輸送など、細胞エネルギ変換機構は、このような実験から酸素供給の突然の増加よりも酸素供給の突然の減少への適応に非常に時間効率がよいように思われる。主な問題が例えば毛細血管及び静脈への白血球細胞の付着などのように見えて始まり、究極的に周囲の組織の細胞死を引き起こす血流の閉塞をもたらすときのように、虚血性／再かん流損傷（ＩＲＩ）の現在の研究は、明確に前の虚血または低酸素期間よりむしろ再かん流のはじめの数秒を定義する。

図１２Ａ－Ｂは、図１１Ａ－Ｂで示された試験データの代替描写のように、血液リフロの直前及び直後の例示的な皮膚スペクトル吸光度の変動を描く。図１２Ａ－Ｂは、２つのデータサンプル：サンプルＡ及びサンプルＢにおける６００ｎｍから１０００ｎｍ（Ｘ軸）の波長範囲にわたって、吸光度変動（Ｙ軸）、またはスペクトル吸光度の正味変化を示す。これらのスペクトル記録は、皮膚への細胞酸素供給の変化に関連するスペクトルの最も活性な領域を選択することを助けるために用いられる。完全に停止した血流、または虚血の極端な場合において、細胞化学の影響は、理論的に最も大きく、この試験がセンサ波長を定義するために最もよい方法であるような確信をもたらす。血圧バンドを解放する直前に記録されたサンプルＡ１２００のスペクトルグラフは、約６８５ｎｍで最大の吸光度の差異１２０２を示す。他方で、赤外波長は、サンプルＢの再かん流の直後に最も影響を受け、最大の吸光度の差異１２１２変化は、約８５０ｎｍ１２０４で発生する。

図１３Ａ－Ｄは、エネルギ変換指数（ＥＣｉ）１３０２、生データ１３０４、ＰＰＧ心拍数１３０６、及びＳｐＯ_２１３０８傾向の例示的な運動記録１３００の結果を描く。図１３Ａは、経時的な（Ｘ軸）指数値（Ｙ軸）を示す。図１３Ｂは、経時的な（Ｘ軸）強度（Ｙ軸）を描く。図１３Ｃの時間展開は、経時的な（Ｘ軸）１分あたりの拍数（Ｙ軸）を示す。図１３Ｄは、経時的な（Ｘ軸）ＳｐＯ_２パーセント（Ｙ軸）を示す。このデータは、静止自転車運動セッションの間、大人のアスリートから同時に得られた。図１３Ｂに示される生データ１３０４は、奮闘の度合いに対してセンサの８５０ｎｍ光１３１０の吸収の減少（高い信号強度）を示す。運動によって誘導された通常の低酸素ストレスは、皮膚に血液供給の反射性血管収縮を駆動し、心臓出力と総体酸素消費を節約し、優先的に重要な臓器：脳及び心臓を維持することが知られている。少ない血液が皮膚に運ばれるので、センサ光の吸収が少なく、さらに赤外波長１３１０で顕著に見られる。また、増加した努力の３つの間隔のそれぞれで、本開示によって類を見ないほど、及び確実に検出されるように見える低酸素ストレスへの適応応答と相関するように見える赤対赤外光の吸収の漸進的な変化がある。漸進的に、顕著な差のない応答１３１２、１３１４及び１３１６は、図１３Ｃの心拍数応答によって示されるように、同様な奮闘レベルにかかわらず生データ１３０４で見られ、過剰細胞酸素送達、または皮膚高酸素症１３２０で見られるパターンに向かう総体的なＥＣｉ傾向１３１８をもたらす。特に、この健康なアスリートの運動セッションの間及びその後、図１３ＤのＳｐＯ_２の実質的な変動はない。明らかに、引き起こされた生理学的に安定した反射の組み合わせにより、この運動セッションの間、アスリートの脳、心臓、及び筋肉に完全に血中酸素供給を維持した。

図１４Ａ－Ｂは、通常の睡眠呼吸の間の例示的な記録を描く。図１４Ａは、起きている間、人の通常の順応した状態と比較した、センサ下の皮膚への酸素供給レベルを描く、エネルギ変換指数睡眠記録１４０２の６時間５０分セグメントである。図１４Ｂは、エネルギ変換指数睡眠記録１４０２が計算された生データ１４０４である。この人は、夜中いびきをかかず、ぐっすり眠ることが知られている。睡眠１４０６の始めの４時間は呼吸困難に邪魔されなかった。これらの変動は、ほとんどタンデムであるので、最小活動の短期的な発症のみがＥＣｉ及び生データ傾向１４０８に見られ、それらは被験者の皮膚への酸素供給の有意な減少を示さない。

図１５Ａ－Ｂは、ひどい睡眠時無呼吸の間の例示的な記録を描く。図１５Ａは、睡眠の間、発生する異常な応答の一部を示す７時間エネルギ変換指数記録１５０２である。生データ１５０６の初期時間１５０４は、通常体の仰向け長さの至る所で分布するようになる全身血液量の変化の証拠として、タンデムの下方傾向に従う。夜の残りの間、生データベースラインは、通常、被験者の体の左右の位置に依存して、タンデムに上下に１５０８変化をする。図１５Ｂは、センサが被験者の心臓より低い腕にあるとき、生データ１５０６ベースラインが監視された腕の皮膚に存在するさらなる静脈血液によって低い、図１５Ａに対応する生データ１５０６記録を示す。逆は、被験者が寝返りをうち、心臓の上にセンサを備えて眠るとき発生する。皮膚組織酸素供給の減少は、赤外傾向未満の赤傾向の差１５１０によって検出され、負に及ぶエネルギ変換指数傾向１５１２をもたらす。

睡眠の間、呼吸の困難は、夜のはじめから終わりで一貫していないことは明らかである。留意すべきは、酸素への被験者のアクセスが、ひどく呼吸の問題によって影響される輪郭を描かれた発症１５１４である。このデータセグメントは、図１５Ｃ－Ｄに展開される。

図１５Ｃ－Ｄは、制限された周期的な呼吸の間、図１５Ａ－Ｂから輪郭を描かれた発症１５１４セグメントを描く。周期的な呼吸１５１６で通常見られる周期的な振動ＥＣｉパターンは、このセグメントの最も目立つ特徴である。睡眠の間の周期的な呼吸は、通常、いびき音を作り出す、ほどほどに制限された気道によって特徴付けられる。研究文献は、周期的な呼吸の間、吸入される低い酸素への感度が減少した理由として睡眠不足を説明する。この感度の減少は、低酸素症ストレスへの遅延した応答をもたらし、通常、２５から３５秒間隔の、ループ利得の増加による、深い「キャッチアップ」呼吸のサイクルの繰り返しを備える。この記録の生データ赤外傾向ベースライン１５１８は、比較的一定なままであるが、赤傾向１５２０は、周期的な低下を作り、皮膚への酸素供給が周期的に通常より下がることを示す。大きく変化する及びさらに極端な気道制限１５２２の１０分の発症は、明らかに人を睡眠の浅いステージ及びそれほどひどくない気道制限に目覚めさせる閉塞イベント１５２４によって明らかに中断される。

図１６Ａ－Ｂは、閉塞性及び中枢性無呼吸のひどい睡眠時無呼吸の間の例示的な記録を描く。記録は、睡眠の間、ひどい気道閉塞発症の展開されたシーケンスの間、８分のセグメントに及ぶ。記録のはじめの２分は、ひどい気道の機能不全を備える活動の典型的な生データの大きなタンデム変動を示し、急激なエネルギ変換指数傾向の減少をもたらす。２分から始まり、エネルギ変換指数スケールで約－２７５へ下がる有意な皮膚低酸素症が同時に生じる減少した呼吸駆動、または中枢性無呼吸の期間１６０２がある。無呼吸のこの期間の後に、皮膚への通常の酸素供給に向かって徐々のエネルギ変換指数回復をもたらすが、主要な閉塞イベント１６０４によって中断される規則正しい、明らかに閉塞されない呼吸が続く。この気道閉塞イベントに続いて、ほとんど閉塞された気道に対して大きな呼吸努力と混合する中枢性無呼吸の３分間１６０６があり、中程度の皮膚低酸素症をもたらす。この記録セグメントは、制限の少ない気道１６０８に対する不規則な呼吸で終了するが、酸素吸入量の改善はほとんどない。

図１７Ａは、第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４と第２の皮膚接触プローブアセンブリ１７０６に接続された中央ハブ１７０２からなる例示的な二重プローブセンサ１７００を描く。第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４と第２の皮膚接触プローブアセンブリ１７０６は、光ファイバによって接続される。２つのＬＥＤ、６８５ｎｍと８５０ｎｍ１７０８は、第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４が設置された組織に光を投影する、鏡及びアパーチャ１７１２に第１の光ファイバ１７１０によって交互に光を投影する。光は、組織１７１４を通って拡散し、吸収されない光のサンプルは、光検出器１７２０に第２の光ファイバ１７１８によって運ばれる。光は同時にまた第２の皮膚接触プローブアセンブリ１７０６へ及び第２の皮膚接触プローブアセンブリ１７０６から運ばれ、第２の検出器によって同様の方法で検出される。ＬＥＤ光の同じ中心波長を備える第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４と第２の皮膚接触プローブアセンブリ１７０６の両方の同時の照明は、差分結果のあいまいさを減らすために必要とされる。この形態は、例えば、それぞれ未熟児の右上胸部と左下腹部の管前及び管後部位など、２つの皮膚適用部位において非侵襲的に用いられる。これにより、管前プローブデータは、最も高い酸素供給状態を示し、管後プローブは、最も低い酸素供給状態を示す。この情報は、呼吸ガスの初期及び継続的な酸素割合を導き、管が閉じる時、または管が時宜にかなって閉じず問題が発生したことを示すために用いられる。この形態は、また「通常の標準」として臓器のレシピエントの皮膚に設置された第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４及び臓器の再かん流及び外科的移植の時の移植臓器に設置された第２の皮膚接触アセンブリ１７０６に適用され、移植組織への再かん流及び酸素の再供給を監視する。図１７Ｂの代わりの実施形態は、患者の皮膚の「通常の標準」として設置のための「第１の皮膚接触プローブアセンブリ１７０４の同じ形態及び組織に挿入される針によって組織と相互作用する監視組織１７２６に光ファイバ１７２２及び監視組織から光ファイバ１７２４を有する。このフォーマットは、監視組織へのアクセスが制限されるとき、または臓器表面接触プローブの設置のための外科的アクセスを避ける必要があるとき、役立つ。

ＥＣＭ装置が患者の皮膚に接触するとすぐ、センサの当該初期化及び動作は、実行される。光が皮膚を通った後放出された光から吸収されなかった光を検出することは、光検出器で実行される。吸収されなかった光が検出されるとすぐに、差分フォトニック吸収効果が計算され、皮膚低酸素症レベルを決定する。例えばシリコンＰＩＮフォトダイオードなど光検出器は、既知のスペクトル応答方法で、６８５ｎｍ及び８５０ｎｍの光の両方を検出する。方法は、ＥＣＭ装置の動作のフィードバックコントロールを提供するステップを含む。フィードバックコントロールは、これに限定されるものではないが、放出された光の強度を増加するまたは減少するステップを含む。本発明の方法は、また６８５ｎｍ光からの第２の検出強度から８５０ｎｍ光からの第１の検出強度を引くことによって、エネルギ変換指数出力を作り出すステップを含む。

別の方法において、ＥＣＭ装置は、気道治療装置と組み合わせて用いられる。例えばＣＰＡＰ装置またはＡＰＡＰ装置などの、気道治療装置は、送風機、患者インターフェース、送風機から患者インターフェースに空気を供給するための空気供給導管、患者インターフェースの圧力を決定するためのセンサ、及び患者インターフェースに所望の圧力で空気を供給させる及び患者の努力と送風機出力を同期するための患者の呼吸サイクルの吸入と吐き出しの間の遷移を検出する制御機構を有する。本発明の方法は、ＥＣＭ装置から気道治療装置にデータを送信するステップを含む。ＥＣＭ装置からのデータは、気道治療装置に直接に、気道治療装置に間接的に、及び気道治療装置に無線で、または気道治療装置に有線で送信される。ＥＣＭ装置からのデータは、気道治療装置の動作を変更するために用いられる。他の方法において、ＥＣＭ装置からのデータは、遠隔中央位置において分析され、その後、気道治療装置の動作の指示は、気道治療装置に送られ、患者によって同じ使用の間及び次の使用の間、気道治療装置の性能を調整する。

別の方法において、ＥＣＭ装置は、ＰＳＧ試験器具類と組み合わせて用いられる。ＰＳＧ試験器具類は、脳波、目の動き、心拍数、呼吸パターン、血中酸素レベル、体位、胸部及ぶ腹部動作、手足動作、いびき及び他の音を監視するためのセンサ及び装置の使用を含む。本発明の方法は、ＥＣＭ装置から睡眠ポリグラフ検査に関する情報を受信する中央コンピュータ装置にデータを送信するステップを含む。ＥＣＭ装置からのデータは、直接に、間接的に、無線で、または有線で送信される。ＥＣＭ装置からのデータは、ＳＤＢの診断を促進するために用いられる。ＥＣＭ装置を用いる同じ方法は、またそれ自体によってまたは他の装置と組み合わせて、家での睡眠時無呼吸試験の使用に適用される。

開示された主題の態様によるシステムと方法は、様々なコンピュータ及び計算システム、通信装置、ネットワーク及び／または本開示のセンサと組み合わせて動作するためのデジタル／ロジック装置を利用する。それぞれは、いくつかの記憶装置と共に製造され、いくつかの記憶装置にロードされ、及び／またはいくつかの記憶装置からフェッチされ、その後、コンピュータ装置に本開示の主題の態様による方法を実行させる指示を実行する適切なコンピュータ装置を利用するように構成可能である。

コンピュータ装置は、制限なしに例えば、モバイルフォン、スマートフォン及び携帯電話などのモバイルユーザ装置、例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、タブレット、ラップトップなどの携帯端末（ＰＤＡ）を含む。少なくともいくつかの形態において、ユーザは、例えばインターネットなど、ネットワークを介してブラウザアプリケーションを実行し、例えば画面表示などデジタルコンテンツを見て、対話することができる。表示装置は、例えばコンピュータ装置からデータの視覚的プレゼンテーションを可能にするインターフェースを含む。アクセスは、他の形態のコンピューティング及び／または通信ネットワークを介して、または部分的で行うことができる。ユーザは、例えばアプリケーション及びデータ及びウェブサイトまたはウェブサイトのウェブページに配置された他のコンテンツにアクセスを提供するために、ウェブブラウザにアクセスする。

適切なコンピュータ装置は、スタンドアローンコンピュータ処理ユニット（ＣＰＵ）またはマイクロコントローラのようなハードワイヤドロジック、または両方の組み合わせなど、ロジック及び他の計算動作を実行するプロセッサを含み、その動作システムによる指示及び方法のステップまたはプロセスの要素を実行するための指示を実行する。ユーザのコンピュータ装置は、コンピュータ装置のネットワークの一部であり、本開示の主題の方法は、ネットワークと関連する異なるコンピュータ装置によって実行され、おそらく異なる物理場所で、協働するまたはさもなければ相互作用して本開示の方法を実行する。例えば、ユーザのポータブルコンピュータ装置は、単独でまたは例えばインターネットのサーバなど、遠隔計算装置と組み合わせてアプリを実行する。本適用の目的のために、用語「コンピュータ装置」は、ありとあらゆる上記議論された論理回路、通信装置及びデジタル処理機能またはこれらの組み合わせを含む。

本開示の主題の特定の実施形態は、ソフトウェアを実行するコンピュータ装置で実行される、及び例としてのみ、プロセスフローのブロック図として描かれる方法のステップとして説明の目的で説明される。これは、ソフトウェアフローチャートとしてみなされる。そのようなブロック図及び実行される方法またはコンピュータ装置の動作の類似の動作説明及びブロック図のブロックの任意の組み合わせは、例としてコンピュータ装置に提供されるソフトウェアプログラムコード／指示または指示を実行する際にコンピュータ装置によって実行される機能性及び動作の少なくとも省略形を描く。いくつかの可能な代替実装は、ブロック図に言及された順番から出て発生するブロック図のブロックに言及された機能、機能性及び動作を含み、同時にまたはほとんど同時に、または別の順番で発生するまたは全く発生しないことを含む。本開示の主題の態様は、インターネットなどを含む、相互接続ネットワークを介して、例えばコンピュータ装置のアレイまたはネットワークのそれぞれ他から、少なくとも部分的に、同じ場所にあるまたは遠隔に配置された、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの任意の組み合わせで、並行にまたは順次実行される。

指示は、コンピュータ装置内またはコンピュータ装置と通信してまたはさもなければコンピュータ装置にアクセス可能な、適切な「機械読み取り可能媒体」に格納される。本適用に用いられるように、機械読み取り可能媒体は、有形記憶装置であり、指示は、非一時的な方法で格納される。同時に、動作の間、指示は、例えば遠隔記憶装置から通信リンクを介してコンピュータ装置に転送中など、時々一時的である。しかしながら、機械読み取り可能な媒体が有形で、非一時的であるとき、指示は、少なくともいくつかの期間において、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気または光学ディスク記憶装置などのメモリ記憶装置に格納され、そのアレイ及び／または組み合わせは、例えばプロセッサ集積回路に存在するローカルキャッシュメモリ、コンピュータ装置のプロセッサのために例えば筐体内に収納されるローカルメインメモリ、ローカル電子またはディスクハードドライブ、ローカルサーバまたはネットワークを介してアクセスするリモートサーバに接続された遠隔記憶位置などを形成する。そのように格納されるとき、ソフトウェアは、有形であり、非一時的形態で指示を格納する、「機械読み取り可能媒体」を構成する。したがって、最低でも、関連するコンピュータ装置で実行のための指示を格納する機械読み取り媒体は、コンピュータ装置のプロセッサによって指示の実行の時及び指示がコンピュータ装置によってその後のアクセスのために格納されるとき、「有形」で「非一時的」である。

さらに、本開示の通信システムは、開示されたようなセンサと、サーバコンピュータシステム、ネットワークを介して検出装置からの測定の送信を許容するためのサーバコンピュータシステムの測定モジュールを備える。通信機能は、またユーザに関連するパフォーマンス情報を通信し、表示する機能を含み、ＡＮＴ＋及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）スマート無線通信の両方を支持する。検出装置サーバデータベースの測定を格納するサーバコンピュータシステムの格納モジュールは、また提供される。いくつかのシステム形態において、検出装置は、携帯電話ネットワーク及びインターネットネットワークの少なくとも１つを介してサーバコンピュータシステムに接続可能であり、測定レシピエント電子装置のブラウザは、サーバコンピュータシステムのインターフェースを読み出すために用いられる。また他の形態において、システムはさらにサーバコンピュータシステムのインターフェース、モバイル機器のアプリケーションによって読み出し可能なインターフェースを備える。さらに、サーバコンピュータシステムは、測定レシピエントモバイル機器から応答を受信するために携帯電話ネットワークを介して接続可能であるように構成される。

使用例
使用の例は、単独でまたは１またはそれ以上の二次装置でシステムの一部として本開示のＥＣＭセンサの使用に関する。二次装置は、第２のセンサ、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）治療装置、遠隔計算装置、及び睡眠ポリグラフ（ＰＳＧ）システムから選択される。

さらに、ＥＣＭセンサまたはシステムの動作は、ユーザによって直接（すなわちセンサと相互作用して）または例えば無線でＥＣＭセンサを制御するように構成されたスマートフォンまたはタブレットなどモバイルコンピュータ装置のソフトウェアアプリケーションを介して制御される。他の形態において、ＥＣＭセンサまたはシステムは、ＥＣＭセンサと無線で通信する遠隔計算装置を介して動作する（例えば、診療所または医療従事者施設から）。

睡眠時無呼吸
１つの例において、本開示のセンサは、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）の診断を助けるために用いられる。ＳＤＢの大人の診断試験のための本開示のＥＣＭセンサの臨床的有用性は、サンフランシスコのシオン山病院のＵＣＳＦ睡眠障害センタの概念実証（ＰＯＣ）ＰＳＧ睡眠研究で検証された。本開示のＥＣＭセンサは、また家庭での遠隔ＳＤＢ試験に適切であることがわかった。ＵＣＳＦ ＰＯＣ睡眠研究は、長期間のいびきの間、皮膚の細胞低酸素症のＥＣＭ検出は、例えば高血圧、心房細動、心臓発作、脳卒中及び早期発症型認知症など、ＳＤＢ併存症の統計的リスクの上昇の生理学的機構をよりよく理解し、定義するために医師によって潜在的に用いられる重要な新しい発見であったことを実証した。ＰＯＣ研究の間、ＰＳＧパルスオキシメータデータは、いびき発症のほとんどの間、ＳｐＯ_２の「記録可能な」低下（例えば、３％以上の減少）を検出せず、ＯＳＡ及びＣＳＡのさらにひどい長期の発症の間、動脈血中酸素の減少のみを示した。ＰＳＧ器具類は、現在酸素吸入量を監視する手段として、パルスオキシメトリを含むのみである。

当業者によって理解されるように、呼吸の動作のＰＳＧ測定は、胸部と腹部の周りの伸びに敏感なストラップと、鼻によって設置される空気フローセンサを用いて、それぞれの呼吸のために必要とされる努力の大まかな見積もりと、その努力が肺に出入りする空気の動作とどのように関連するかを提供する。呼吸努力の測定のためのさらなる効果的な機構は、胸部内圧を追跡するための食道内バルーン真空計の使用である。しかしながら、このアプローチは、かなり不快で、めったに臨床的に用いられない。それぞれの呼吸のタイミングと相対的な努力を非侵襲的に検出するための本開示のＥＣＭセンサの追加の機能は、ＯＳＡ対ＣＳＡ対現在のＰＳＧシステムの検出を改善し、簡略化する。ＵＣＳＦ ＰＯＣ研究は、ＥＣＭ生データは、また明確に呼吸速度と呼吸努力の赤外チャネルの検出によってＯＳＡとＣＳＡの間を区別することを実証した。静脈血液は、それぞれの呼吸で、中央胸静脈及びそれに対応して末梢静脈にも出入りして流れることが知られている。この呼吸サイクル静脈血液流は、奇脈の生理学的基礎であり、心臓出力及び収縮期血圧は、胸腔内圧の呼吸のサイクル誘導変化と同期して変わる。ＥＣＭの赤外チャネルデータは、赤外波長の信号強度のサイクル変動として、上腕のセンサ部位における皮膚の静脈血量の微妙な変動を光工学的に検出する。これは、侵襲的食道内バルーンマノメトリと品質及び感受性で同等である、胸腔内圧の非侵襲「静脈呼吸曲線」を提供する。

家庭での毎晩のＥＣＭセンサの使用から記録されたデータは、例えば携帯電話の送信によって「バックエンド」サービスセンタに運ばれ、資格があり認可された睡眠医学サブスペシャリスト医師は、データを検査し、彼らの評価によって示されるならば、気道治療装置の処方を人の医師及び呼吸療法士に戻す。家庭での診断試験データを読む睡眠医学専門家は、専門家の評価に基づいて、人が、例えば睡眠記録の間、発生する根底にある神経疾患、発作、及び診断の品質に悪影響し、ＳＤＢのさらに複雑な治療のための場合によっては命じる他の身体障害を有する場合など、複雑な場合のさらなる評価の正式なＰＳＧ睡眠研究を受けることを勧める。

別の関連する用途において、開示されたセンサは、家庭での睡眠の間、ＳＤＢで苦しむ大人の体位を記録するために用いられる。大人は、通常仰向けに寝ているとき、さらにひどいＯＳＡ及びいびきを有する。事実上、ＥＣＭの全ての睡眠記録は、静脈血が主に下半身及び足から再分配しながら、睡眠の間、横になった体（すなわち吻側シフト）の長さのあらゆる場所にさらに均一に分配される直立状態であるときの、約１時間の初期期間を示す。また、上腕部に適用されたＥＣＭを備える睡眠している人が左右に寝返りをうつとき、さらに皮膚呼吸の静脈血量のさらなる変化があり、センサは、人が横になっている側に依存して、赤及び赤外の両方の大きく、突然のタンデム変化をもたらす。したがって、睡眠の間の体位と姿勢の継続的な検出は、必要とされ、本開示において、さらに微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の加速度計によって実証される。

関連適用において、本開示のセンサは、例えばＡＰＡＰ機械など、家庭でＳＤＢ治療の滴定法を遠隔で案内し、家庭での睡眠の間、患者の治療を最適に滴定するために用いられる。睡眠研究室で気道治療の滴定に現在用いられる気道治療装置は、家庭使用に処方される気道治療装置に通常見られるものよりさらに高度なセンサと制御を用いる。治療滴定を実行する睡眠研究室技術者は、また試験される人の赤外線ビデオ監視と共に、ＰＳＧの完全な器具類アレイにリアルタイムでアクセスできる。情報のこの高い品質と完全性は、睡眠試験技術者が滴定セッションの間、治療を管理することを助ける。睡眠医療スペシャリストからの家庭気道治療装置の処方は、大きくこの手順からの観察及び記録されたデータに由来する。しかしながら、診療所と家庭使用治療装置の間の差により、睡眠研究室治療滴定、及び家庭使用機械における設定の派生した処方は、家庭使用機械に最適な結果を生み出さない。本開示のセンサの遠隔滴定は、初期に及び続いて、家庭での治療を最適にすることを成功する可能性が高い。

別の関連適用において、本開示のセンサは、患者の家でＳＤＢ治療装置を制御することを助けるために用いられる。訓練を受けた睡眠試験技術者及び臨床品質ＡＰＡＰ機械を含む完全なＰＳＧシステムと比較して、既存の家庭での気道治療装置、ＳＤＢイベントの検出のその感度と特異性が大いに制限される。通常、家庭のＡＰＡＰ機械は、機械が気道内圧及びマシンからホースを通って患者の鼻のマスクまたはフェースマスクへの気流の感知に制限されるので、ＯＳＡ、いびき、及びＣＳＡイベントの間を区別できない。ＯＳＡといびきは、通常、増加した気道内圧でよりよく解消する。呼吸の長期の中断（例えばＣＳＡ）は、他方で、通常気道内圧の減少に応答する。反対の治療選択肢を正確に識別し、実行できない気道治療装置は、最適な利用を提供できそうにない。さらに家庭での気道治療装置は、ＰＳＧシステムパルスオキシメータでなされるように、患者の動脈血中酸素状態を監視するステップを含まない。ＥＣＭによって提供される増加した生理学的洞察を家庭での気道治療装置のセンサ機能に加えることは、治療を調整するためのはるかに豊富な情報ベースまたはデータセットを提供する可能性がある。また、本開示の治療システムは、経時的な患者の治療要求に微妙な変化さえ潜在的に検出し、自動的に応答できる。

別の関連適用において、本開示のセンサシステムは、研究のために及び個々の患者の継続的な監視のための機構として中央データ保存場所に電子的に運ばれる睡眠の間の本開示のセンサからの夜間の記録を得る。自動化されたアルゴリズムは、データが到達するときデータを詳しく調べ、データを同じ患者の前の記録と比較して著しい変化が発生したかどうかを検出するように構成可能であり、そのため睡眠医療スペシャリストによって導かれる評価のための「ケースレビュ」の毎日のリストを生成する。このＳＤＢ情報の継続的な成長データベースは、また神経学、呼吸器学、心臓病学を含む併存疾患の分野の研究と相関するために役立つ。広く公開されるが、まだ理解の乏しい、いびきと高血圧の間の統計的な関連性は、ＥＣＭセンサを用いる未来の研究のための最優先事項として、資格のある睡眠医療の医師によって識別され、因果関係を識別し、さらに明確に定義する。予備証拠は、睡眠いびき期間開始時及びいびき期間の間中ずっと続く皮膚の細胞低酸素症の発生を示す。ＵＣＳＦ ＰＯＣ研究は、ＥＣＭセンサが現在の技術のＰＳＧ睡眠研究においてパルスオキシメトリによって作り出されない及び作り出すことができない重要な欠落情報を提供することを実証した。ＰＳＧ試験へのＥＣＭ記録の追加は、「ゴールドスタンダード」診断法の感度と特異性を強化することを予測する。

別の関連適用において、本開示のセンサは、家庭で治療される人のＳＤＢの継続的なまたは断続的な監視を実行するために用いられる。上述されたように、臨床的ＳＤＢ治療の最も重大な現在の欠陥の１つは、診断に続く客観的監視と完全装備の睡眠研究室の治療装置の初期滴定の欠如である。人間の体は、時間と共に老化し、漸進的に生理学的に安定が低下し、究極的に死に至ることが避けられない。継続している気道治療制御の不可欠な部分としてＥＣＭの適用は、携帯電話テキストまたはバックエンドの睡眠医療専門的なサービス組織へのデータのインターネット転送と組み合わせて、経時的に、継続的な、客観的な、相対的な監視と専門的なガイダンスができる。悪化またはＳＤＢに影響を与える新しい健康問題の早期検出は、そのような一体化されたケアシステムの明確な、潜在的な命を救う利益の可能性がある。

病院での診断に続く家庭での監視（Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）及び監視（Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ）
別の例において、本開示のセンサは、慢性の健康状態と共に及び病院からの退院に続く大人の継続的な監視を提供するために用いられる。高齢者の慢性心不全及び慢性肺疾患の継続的な家庭での監視は、統合アプローチを必要とする。異常呼吸及び生理学的ストレスの他の一般的な形態は、これらの重要な変数を最適に監視するために必要とされる感度と応答性の程度まで、家庭で監視することができない。患者が病院で回復し、家に退院したとき、アームバンドのＥＣＭセンサは、遅発性合併症に役立つ監視を提供できる。

麻酔の間及び麻酔後の細胞酸素供給監視
別の例において、本開示のセンサは、手術の麻酔を受ける及び麻酔後の回復の間、患者の細胞酸素供給監視を提供するために用いられる。肺の異常な通風を検出するために、及び酸素の不十分または過剰な吸入の両方を検出するために、本開示のセンサ対パルスオキシメトリの実証された診断優位性は、患者に重大な利益と、手術の間及び手術後の改善された臨床ガイダンスを提供する。皮膚かん流の減少及び皮膚への細胞酸素供給の減少への本開示のセンサのさらなる感度は、パルスオキシメトリで検出可能でなく、そうでなければ生命を脅かす危機が発生するまで認識されず、潜在的に不利な結果をもたらす、手術の間の共通のリスクである、減少した血液量と、血液損失及びＩＶ液による血液希釈による血液の減少した酸素運搬能力に関連性の高い新モニタを提供する。

ＳＩＤＳのスクリーニング
別の例において、本開示のセンサは、ＳＩＤＳで死ぬリスクのための新生児のスクリーニングのために用いられる。睡眠の間の体位及び姿勢は、ＳＤＢの悪化要因として指摘され、幼児のＳＩＤＳのリスクの一部として明確に定義される。仰向けに寝る幼児は、統計的にお腹で寝ているリスクの等しい幼児と比較して、ＳＩＤＳのリスクが統計的に約半分である。幼児は、通常周期的呼吸とも呼ばれる、睡眠の間、呼吸しないまたは無呼吸の繰り返し期間を有することが知られている。本開示のセンサは、睡眠の間、周期的呼吸の指標として、周期的段階で呼吸のタイミングと努力がいつ変化するかを検出するように構成可能である。センサシステムは、例えば、ＳＩＤＳリスクの幼児で発生するなど、「暴走」ループ利得の潜在的に致命的な状態が発生する指標として連続した周期的呼吸段階と共にある呼吸努力の漸進的な増加を検出するように構成可能である。センサは、：（１）即座の介入を介護者に警告する及び（２）同時に、周期的呼吸または潜在的に生命を脅かす長周期中枢性無呼吸を中断するように睡眠から幼児を目覚めさせるために、幼児の腕に機械振動触覚刺激を発生するために、検出された「暴走」ループ利得と長期の無呼吸イベントに警告応答できるように構成可能である。

皮膚かん流の減少の検出
本開示のセンサの別の役立つ適用は、例えば敗血性ショックの発生時になど、皮膚のかん流の減少の検出である。本開示のセンサは、８５０ｎｍ光の安定した増加した強度の検出と同時に、６８５ｎｍの強度の減少の検出によって皮膚のかん流の減少を検出し、通常、初期にパルスオキシメトリによって安定したＳｐＯ_２との関連で連続して減少するＥＣｉ傾向を生成する。敗血性ショックの発症のための臨床評価は、現在病院ケアの間、定期的なバイタルサインチェックの時に毛細血管補充試験手順で実行される。しかしながら、そのようなチェックの間隔と試験を実行する熟練した臨床医の要求は、一般的に検出を遅らせる。敗血症のリスクのあると見なされる患者の継続的な入院患者監視に本開示のセンサを使用することにより、関連監視の継続的で高感度で応答性のある手段を提供し、医療及び手術ケアのこの共通の及び潜在的な致命的な合併症を検出する。病院から退院に続いて即座の期間に適用されたとき、本開示のセンサは、また臨床的に遠隔「早期警告」監視を提供し、早期の退院ができ、医療費を減少しながら、結果の品質を改善する可能性がある。

虚血組織の再かん流
二重インターフェースの例において、本開示のセンサは、虚血組織の再かん流を導くために用いられる。第１のセンサインターフェースは、例えば通常のかん流皮膚など、通常の基準組織に設置される一方で、第２のインターフェースは、例えば１つの例として、虚血性心臓発作の再かん流治療の間、心臓の心筋の影響される部分など、虚血組織に設置される。監視された組織への通常の酸素飽和血液の突然の再供給のＥＣｉ傾向の一時的過剰反応の検出は、実験的に誘導された血流の停止期間の後、一貫して見られる。センサ部位に影響されない、基準からのレベルより非常に大きなレベルへの典型的な６８５ｎｍの検出強度の急速な増加は、組織が、現在細胞酸素供給の低い割合に適応されていることを示す。センサは、また再かん流血液の酸素含有量の増加に応答して、８５０ｎｍの検出強度の減少と同時に、６８５ｎｍの強度の増加の検出によって、再かん流血液が監視組織へ潜在的に損傷するレベルの酸素を供給していることを示すように構成可能であり、それにより、より安全で効果的な速度へ酸素供給の治療を控えることができる。本開示のセンサは、またフィードバック制御データを提供し、自動的に再かん流ポンプの静脈／動脈血液混合システムを動作する。

臓器移植
本開示のセンサの二重プローブ実施例の適用の別の例は、移植臓器の血液再かん流の際の酸素の供給の安全で効果的な増加に関する客観的なガイダンスを提供することであり、第１のセンサインターフェースは、例えば患者の皮膚など、基準「通常」組織に設置される。この適用において、第２のセンサインターフェースは、再かん流される移植臓器に光学的に接触して設置され、動脈血のみが用いられ、細胞高酸素のフォトニックな証拠がなくなるまで、様々に混合された静脈及び動脈かん流血液によって供給される酸素の細胞許容値を示す。本開示のセンサは、またフィードバック制御データを提供し、自動的に静脈／動脈血液混合システムを動作する。

未熟児監視
二重インターフェースの実施例の適用の別の例において、本開示のセンサは、未熟児に適用されて呼吸ガスの酸素割合の増加に応答して、８５０ｎｍの減少した強度の検出に沿って、それと共に、６８５ｎｍの増加した強度の検出によって、例えば未熟児の管前皮膚など、監視組織が酸素を安全及び効果的なレベルより多く供給されていることを示し、より安全で効果的な速度に呼吸ガス酸素含有量の治療を控えることができる。本開示のセンサ及び関連する新しい使用方法は、例えば呼吸空気に慣れる新生児などに、高い酸素利用可能性に細胞順応するための十分な時間を提供し、それにより目、脳及び他の重要な臓器への「酸化ストレス」を最小にするまたは防ぐ。本開示のセンサは、またフィードバック制御データを提供し、自動的に呼吸ガス混合システムを動作して、生理学的に安全で効果的な方法で酸素レベルを調整する。

アスリート
別の例において、本開示のセンサは、運動の間及び運動後アスリートの継続的な監視を提供するために用いられる。血液ガス及びＳｐＯ_２によって測定されるように、血中酸素飽和度は、健康な大人のアスリートの身体運動によって影響されないことが運動生理学者によってよく知られ、公開された研究文献に記載される。より速い心拍数とより深くてより急速な呼吸は、働く筋肉による増加した酸素消費に応じて酸素吸入量を増加するよく知られた反射駆動手段である。しかしながら、身体運動の間、ＥＣＭ記録は、おそらく運動の間、働く筋肉及び重要な臓器の酸素要求をよりよく供給するために、皮膚の酸素消費を減らす自然な微小血管の応答が皮膚にあることを示した。身体運動の間、皮膚の減少した血液かん流は、一貫してＳｐＯ_２の低下さえなく、ＥＣＭセンサによって検出される皮膚の細胞低酸素症をもたらす。複数の運動のセッションの間の実験的な記録は、作業負荷を評価する際に、心拍数、心拍数変動、及びパルスオキシメトリをはるかに超えて、生理学応答の新しく観察されたパターン対人の生理学予備力及び応答特性を実証した。運動回復期間の間、ＥＣｉデータの追加は、現在欠落した生理学的洞察を提供する。睡眠の間の細胞低酸素症を作り出すいびき発症の検出を含む、睡眠品質監視は、現在の技術の適応性とＳｐＯ_２監視に欠如している。本開示のセンサが、睡眠の間、アスリートに適用されたとき、生成されたデータは、睡眠の間、呼吸にアクセスでき、回復プロセスに関する監視の既存の方法からの情報と共に、潜在的に関連する新しい洞察を提供する。

作業者監視
別の例において、本開示のセンサは、例えば宇宙飛行士、運転士、消防士、地下鉱山労働者、及びパルスオキシメータセンサが装着できないまたは適切にまたは役立つ方法で機能しない潜在的に毒性の工業環境の作業者など、高リスク呼吸環境の作業者の継続的な監視の提供するために用いられる。

パイロット監視
別の例において、本開示のセンサは、訓練及び戦闘で高性能飛行機を飛行する軍パイロットの継続的な監視を提供するために用いられる。これらのパイロットは、高地でのコックピットの空気圧力の損失から低酸素症のリスクがあることがよく知られている。彼らは、また飛行機の高ｇ負荷誘導操縦を実行しながら頭への血流損失のリスクがある。これらの脅威のいずれかまたは両方は、飛行機システムの故障の指標が全くなく、パイロットから突然能力を奪う。パイロットの額への本開示のセンサの適用は、額皮膚の細胞低酸素症または皮膚の血流の損失または両方を即座の客観的な指標を提供する。パイロットのこれらの検出された生理学的応答は、飛行機のコントロールに自動的に通信されたならば、自動化されたパイロットレスキュプロセスは、飛行機を安定で安全な飛行状態に操縦し、緊急事態を指揮官に知らせることを引き起こす。危険な存在が自動的に解消してすぐに、パイロットが飛行機の操作を回復するならば、彼／彼女は、任務を続ける。

本発明の好ましい実施形態が示され、本明細書に記載されたが、そのような実施形態は、例としてのみ提供されることが当業者に明白であろう。非常に多くのバリエーション、変更、及び置換は、これから本発明を逸脱することなく、当業者に発生される。本明細書に記載された本発明の実施形態への様々な代替は、本発明を実施する際に用いられることが理解されるべきである。次の請求項は、本発明の範囲を定義し、これらの請求項の範囲内の方法及び構造並びにそれらの同等物は、それにより対象にされることを意図する。

Claims (8)

1. 筐体と、
   電源と、
   第１の波長で第１の光を放出するように構成された、前記筐体の内部内に配置された第１の光放出体と、
   前記第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された、前記筐体の内部内に配置された第２の光放出体と、
   前記筐体の内部内に配置され、前記第１の光放出体と前記第２の光放出体から光学的に分離された光検出器であって、前記光検出器は、第１の光放出体からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、前記第２の光放出体からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器と、
   前記第１の光放出体と前記第２の光放出体と通信する照明電力制御回路であって、前記照明電力制御回路は、コンピュータプログラムで定義された照明電力を提供し、それぞれのコンピュータプログラムで定義された照度で、前記第１の光放出体と前記第２の光放出体にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路と、
   前記光検出器と通信する信号増幅器と、
   前記第１の組織相互作用光信号から第１の出力データ値と前記第２の組織相互作用光信号から第２の出力データを計算するように構成されたＡ／Ｄコンバータを有するマイクロコントローラとを備え、
   前記マイクロコントローラは、初期化プロセスの間、前記第１の光放出体の持続可能な最大定格電力レベルまで、前記第１の光放出体に供給される電力を段階的に増加することによって皮膚の色素沈着レベルの変化を補償するように構成可能で、
   前記マイクロコントローラは、前記第１の光放出体に対する前記持続可能な最大定格電力レベルに達したとき、前記Ａ／Ｄコンバータのフルスケールの８５％における光の検出強度が検出できない場合、オーバーサンプリング及び数学的積算法を実施するように構成されたエネルギ変換モニタセンサ。
2. 前記エネルギ変換モニタセンサは、インビボ分光法によって選択された複数の波長の光を用いる、請求項１に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
3. 前記複数の波長の光は、監視組織に影響を与える既知の細胞生化学現象及び既知の生理学現象の少なくとも１つに対して検出細胞光吸光度のそれぞれの変動を最大にするように選択される、請求項２に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
4. 前記第１の光放出体は、６７５ｎｍから６９５ｎｍまでを含めた第１の光放出体中心波長値を有する、請求項１に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
5. 前記マイクロコントローラは、前記Ａ／Ｄコンバータのフルスケールの８５％以上の計算強度値が達成されるまで、名目上の数を超えてバーストサンプルの数を増やし、前記バーストサンプルの全てを合計し、前記バーストサンプルの全ての合計を前記名目上の数で割るように構成可能である、請求項１に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
6. 前記第２の光放出体は、８４０ｎｍから８６０ｎｍまでを含めた第２の光放出体中心波長値を有する、請求項１に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
7. 前記光検出器は、１またはそれ以上の時間間隔において、前記第１の組織相互作用光信号と前記第２の組織相互作用光信号を検出する、請求項１に記載のエネルギ変換モニタセンサ。
8. 筐体と、
   電源と、
   第１の波長で第１の光を放出するように構成された前記筐体の内部内に配置された第１の光放出体と、
   前記第１の波長と異なる第２の波長で第２の光を放出するように構成された前記筐体の内部内に配置された第２の光放出体と、
   前記筐体の内部内に配置され、前記第１の光放出体と前記第２の光放出体から光学的に分離した光検出器であって、前記光検出器は、第１の光放出体からの結果として生じる第１の組織相互作用光信号と、前記第２の光放出体からの第２の組織相互作用光信号と、を検出するように構成された、光検出器と、
   前記第１の光放出体と前記第２の光放出体と通信する照明電力制御回路であって、前記照明電力制御回路は、コンピュータプログラム定義光度を提供し、それぞれのコンピュータプログラム定義照度で、前記第１の光放出体と前記第２の光放出体にエネルギを与えるように構成された、照明電力制御回路と、
   前記光検出器と通信する信号増幅器と、
   前記第１の組織相互作用光信号から第１の出力データ値と前記第２の組織相互作用光信号から第２の出力データを計算するように構成されたＡ／Ｄコンバータを有するマイクロコントローラであって、
   前記マイクロコントローラは、初期化プロセスの間、前記第１の光放出体の持続可能な最大定格電力レベルまで、前記第１の光放出体に供給される電力を段階的に増加することによって皮膚の色素沈着レベルの変化を補償するように構成可能で、
   前記マイクロコントローラは、前記第１の光放出体に対する前記持続可能な最大定格電力レベルに達したとき、前記Ａ／Ｄコンバータのフルスケールの８５％における光の検出強度が検出できない場合、オーバーサンプリング及び数学的積算法を実施するように構成されたマイクロコントローラと、
   第２のセンサ、睡眠時無呼吸（ＳＤＢ）治療装置、遠隔計算装置、及び睡眠ポリグラフ検査（ＰＳＧ）システムから選択された少なくとも１つの二次装置を備える、システム。

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