KR20180120183A

KR20180120183A - 심혈관 진단을 위한 광학 측정 디바이스

Info

Publication number: KR20180120183A
Application number: KR1020187026325A
Authority: KR
Inventors: 다비드 보에트셰르 벡; 러셀 그룰크; 예브게니 폴리아코프; 쿠르쉬드 알람; 라르스 라딩
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-11-05
Also published as: BR112018068613A2; EP3429464A1; WO2017160485A1; US10085652B2; CN109069011A; US20170265753A1; CN109069011B; JP2019513035A; JP6979027B2

Abstract

광학 센서, 및 심혈관 특성들을 측정하고 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 것에 의해 움직임 아티팩트들을 보상하는 광학 측정 디바이스에서 광학 센서를 사용하는 방법. 광학 센서는 하나 이상의 광 소스들, 하나 이상의 광 소스들에 커플링되고, 광의 시트의 단면 프로파일이 동맥의 직경보다 긴 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 가질 수도 있도록, 동맥을 향하여 광의 시트로서 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들을 포함할 수도 있다. 광학 센서는, 백스캐터링된 광을 수신하고 동맥 및 둘러싸는 조직들로부터의 광의 시트의 반사인 수신된 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수도 있다.

Description

심혈관 진단을 위한 광학 측정 디바이스

심혈관 특성 (cardiovascular property) 들을 측정하기 위한 디바이스들은, 측정 자체가 피험자 (subject) 의 상태에 강하게 간섭하고, 이로써 잘못된 결과들을 야기하는 문제점을 겪는다. 예를 들어, 혈압 측정치들을 획득하기 위한 현재의 커프-기반 방법들은 상당한 생리학적 영향을 줄 수도 있다. 현재의 커프-기반 방법들에서는, 혈류가 완전히 차단될 정도로 동맥을 수축하고 그 후 그 수축을 천천히 해제하는 것에 의해 혈압 측정치들이 획득된다. 동맥을 수축하는 것은 맥압 전파 및 맥압 형상들에 영향을 미친다. 게다가, 확장기 혈압 (diastolic pressure) 은, 경벽압 (transmural pressure) (즉, 동맥의 외측과 내측 사이의 압력 차이) 이 제로에 가까울 때 획득된 측정치들로부터 유도되며, 이는 그 측정들이 보통과는 먼 조건들 하에서 이루어진다는 것을 의미한다.

추가로, 임상 환경에서 수행되는 측정들 및 팽창성 커프 (inflatable cuff) 들에 기초한 전통의 방법들은 환자의 혈압에 있어서의 변화들을 야기하는 강한 심리학적 효과들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 임상 환경에서 존재하는 심리학적 효과들은 환자의 혈압의 상승 (elevation) 을 야기할 수도 있다. 그 현상은 "화이트 코트 신드롬" 또는 "화이트 코트 고혈압 (white coat hypertension)" 이라 통상 불린다. 추가적인 예에서, 환자의 혈압은 임상 환경에서가 아닌 정상적인 일상 활동 동안 상승될 수도 있다. 이 현상은 "잠복성 고혈압 (masked hypertension)" 이라 통상 불린다.

추가적으로, 혈압은 종종 시간에 걸쳐 상당한 변동성을 보인다. 따라서, 혈압의 하루 동안 또는 다른 시간적 변동들을 식별하는 것은 고혈압을 포함한, 다양한 심혈관 이슈들의 적절한 진단을 위해 중요할 수도 있다. 또한, 이동성 (ambulatory) 혈압 측정들을 수행하는 것은, 오랜 기간 동안 측정들을 용이하게 하고 임상 환경들에서 통상적인 심리학적 효과들을 회피하는 것에 의해 개선된 진단에 유리할 수도 있다는 것이 밝혀졌다.

다양한 실시형태들은 광학 센서, 및 심혈관 특성들을 측정하고 관심 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 것에 의해 움직임 아티팩트 (movement artifact) 들을 보상하는 광학 측정 디바이스에서 그 광학 센서를 사용하는 방법을 포함한다. 다양한 실시형태들에서, 광학 센서는 하나 이상의 광 소스들, 하나 이상의 광 소스들에 커플링되고, 광의 시트의 단면 프로파일이 동맥의 직경보다 긴 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 가질 수도 있도록, 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트로서 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들을 포함할 수도 있다. 광학 센서는 또한, 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직들에 의해 백스캐터링되는 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광의 시트의 단면 프로파일은 광의 시트의 길이보다 짧은 동맥의 종 방향에 평행한 폭을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광의 시트의 단면 프로파일은 타원형, 직사각형, 삼각형, 또는 다각형 형상을 가질 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 피험자의 사지 (limb) 의 부분 둘레 (partial circumference) 를 따라 광의 시트를 지향시키도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 적어도 40 도를 향하여 (for at least forty degrees) 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드는 광의 시트로 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키기 위해 광학 패싯들, 굴절률 구조들, 체적 홀로그램, 회절 표면 릴리프 엘리먼트, 또는 그 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 광의 시트로서 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 평면 광 도파로, 프리즘, 또는 그 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 타겟팅된 초점 심도에 광의 시트를 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 렌즈들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 타겟팅된 초점 심도에 타겟팅된 폭으로 광의 시트를 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 렌즈들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들은 사지의 표면에 동형으로 되도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들은 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수신하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들은 단일 광 검출기일 수도 있고 광학 센서는 단일 광 검출기에 커플링된 하나 이상의 수신 광 가이드들을 더 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 수신 광 가이드들의 각각은 백스캐터링된 광을 수집하고 단일 광 검출기를 향하여 수집된 백스캐터링된 광을 지향시키도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광학 센서는 다중 광 검출기들 및 다중 수신 광 가이드들을 포함할 수도 있고, 각각의 수신 광 가이드는 개별의 광 검출기에 커플링된다. 일부 실시형태들에서, 수신 광 가이드들의 각각은 백스캐터링된 광을 수집하고 그 개별의 광 검출기를 향하여 수집된 백스캐터링된 광을 지향시키도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광학 센서는 하나 이상의 광 검출기들에 커플링되고 하나 이상의 광 검출기들로부터의 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하기 위한 프로세서 실행가능 명령들로 구성된 프로세서를 포함할 수도 있다.

추가 실시형태들은 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법을 포함할 수도 있으며, 그 방법은 광의 시트의 단면 프로파일이 동맥의 직경보다 긴 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 가질 수도 있도록, 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 또한, 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 백스캐터링된 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신하는 단계, 및 수신된 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들은 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 단계는 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키는 단계는 적어도 40 도를 향하여 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백스캐터링된 광을 수신하는 단계는 사지의 부분 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수신하는 단계를 포함할 수도 있다.

추가 실시형태들은 상기 설명된 실시형태 방법들의 동작들의 기능들을 수행하기 위한 수단을 포함하는 광학 센서를 포함할 수도 있다.

추가 실시형태들은 광학 센서 및 그 광학 센서에 커플링된 프로세서를 포함하는 심혈관 특성들을 측정하기 위한 광학 측정 디바이스를 포함할 수도 있다. 광학 센서는 하나 이상의 광 소스들, 하나 이상의 광 소스들에 커플링되고, 광의 시트의 단면 프로파일이 동맥의 직경보다 긴 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 가질 수도 있도록, 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트로서 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들을 포함할 수도 있다. 광학 센서는 또한, 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 백스캐터링된 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수도 있다. 프로세서는 광학 센서로부터의 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하도록 구성될 수도 있다.

본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은, 청구항들의 예시적인 실시형태들을 예시하고, 위에 주어진 개요 설명 및 아래에 주어진 상세한 설명과 함께, 청구항들의 피처들을 설명하도록 기능한다.
도 1 은 종래의 광학 센서의 출력 강도가 검지의 둘레를 따른 각도에 따라 어떻게 가변할 수도 있는지를 그래프 형태로 예시한다.
도 2 는 다양한 실시형태들에 따른 광학 센서가 관심 동맥에 걸쳐서 광의 시트를 지향시키는 것에 의해 움직임 아티팩트들을 어떻게 보상할 수도 있는지를 그래프 형태로 예시한다.
도 3a 는 일부 실시형태들에 따른 광학 센서를 포함하는 광학 측정 디바이스의 컴포넌트들을 예시한다.
도 3b 는 일부 실시형태들에 따른 광학 측정 디바이스의 측면도를 예시한다.
도 3c 는 일부 실시형태들에 따른 광학 측정 디바이스를 예시한다.
도 4a 및 도 4b 는 제 1 실시형태에 따른 광학 센서의 구조를 예시한다.
도 5a 및 도 5b 는 제 2 실시형태에 따른 광학 센서의 구조를 예시한다.
도 6 은 제 3 실시형태에 따른 광학 센서의 구조를 예시한다.
도 7a 및 도 7b 는 제 4 실시형태에 따른 광학 센서의 구조를 예시한다.
도 8a 및 도 8b 는 제 5 실시형태에 따른 광학 센서의 구조를 예시한다.
도 9 는 일부 실시형태들에 따른 광학 센서를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법을 예시한다.
도 10 은 일부 실시형태들에 따른 광학 센서를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 다른 방법을 예시한다.

다양한 실시형태들은 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 어디든 가능하다면, 동일한 참조 번호들이 도면들 전반에 걸쳐 동일하거나 또는 유사한 부분들을 지칭하는데 사용될 것이다. 특정한 예들 및 구현들에 대해 이루어진 언급들은 예시적인 목적들을 위한 것이며, 청구항들의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

용어 "심혈관 특성 (cardiovascular property) 들" 은, 동맥 비트-투-비트 팽창 (arterial beat-to-beat distension), 맥파 전달 시간 (pulse transit time; PTT), 맥파 속도 (pulse wave velocity; PWV), 동맥 경직 (arterial stiffness), 심박수 (heart rate), 심박 변이도 (heart rate variability), 및 혈압을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는, 심혈관 시스템의 특징들을 지칭하기 위한 일반적인 용어로서 본 명세서에서 사용된다.

용어 "광학 측정 디바이스 (optical measuring device)" 는, 피험자가 착용할 수 있는 구조물 또는 고정물 (fixture) (예를 들어, 가구, 스포츠 장비, 자동차 고정물들 등) 상의 구조물과 같이, 바이오메트릭의 측정들을 행하기 위해 피험자의 피부와 광학 접촉하여 배치되도록 구성되는 물리적 장치를 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다. 그에 반해서, 용어 "광학 센서 (optical sensor)" 는 일반적으로, 착용가능하거나 또는 손가락, 손목 또는 다른 신체 부분 상에 배치될 수 있는 센서 또는 고정물 상의 센서와 같이, 피험자의 피부와 광학 접촉하여 배치되도록 구성되고, 광 자극에 응답하고 (측정 또는 제어를 동작시키는 것에 관한) 결과의 출력을 송신하는 디바이스를 지칭한다. 용어 "광학 접촉 (optical contact)" 은, 광학 측정 디바이스로부터의 방출된 광이 피험자의 피부에 들어갈 수 있고 백스캐터링된 광이 광학 간섭 없이 피험자의 피부로부터 광학 측정 디바이스에 들어갈 수 있음을 의미하는데 본 명세서에서 사용된다. 따라서, 광학 측정 디바이스와 피험자의 피부 사이에는 (예를 들어, 유리 커버로서의) 투명 구조물, 중간 물질 (예를 들어, 투명 겔), 또는 작은 에어 갭이 개재될 수도 있다.

용어 "사지 (limb)" 는, 손가락, 손목, 팔뚝, 발목, 다리, 또는 심혈관 특성들의 측정들을 행하는데 적합한 다른 신체 부분을 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다.

용어 "백스캐터링된 광 (backscattered light)" 은, 광학 측정 디바이스의 하나 이상의 광 검출기들에 의해 수신되기에 충분한 각도 (예를 들어, 90 도 이상) 를 통하여 동맥들을 포함한 조직들에 의한 반사, 굴절 및/또는 재방출 (reemission) 에 의해 다시 보내진 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지칭하는데 본 명세서에서 사용된다.

종래의 광학 센서들을 포함하는 종래의 광학 측정 디바이스들은 혈압을 포함한, 소정의 심혈관 특성들을 추정하는데 사용되었다. 예를 들어, 종래의 광학 센서들은, 광 스폿 (light spot) 으로 때때로 지칭되는, 작은 조명된 영역 (small illuminated region) 으로부터 백스캐터링하는 광을 검출하는 하나 이상의 발광 다이오드들 (LED들) 및 포토다이오드 검출기들 (PD들) 을 포함할 수도 있다. 광은 인체 조직을 통하여 단지 짧은 거리만, 예를 들어, 수 밀리미터 전파할 수 있기 때문에, 광학 센서는 관심 동맥이 피부 표면에 가장 가까운 피부와 광학 접촉하여 배치될 필요가 있다. 따라서, 종래의 광학 센서들의 경우, 사용자는 센서를 정확하게 포지셔닝하기 위하여 동맥의 위치를 결정하기 위해 사전 지식 또는 의학 지식을 가질 필요가 있을 수도 있고, 또는 그 디바이스는 사용자가 광학 센서를 사용할 수 있기 전에 사용자가 적절한 위치를 발견하기 위해 광학 센서를 조정하게 만들기 위한 피드백을 제공할 필요가 있을 수도 있다.

동맥, 동맥 내의 혈액 입자 (blood particle) 들, 및 다른 조직에 의해 반사 또는 "백스캐터링" 되는 방출된 광 스폿으로부터의 광은, 출력 신호를 생성하기 위해 하나 이상의 광검출기들에 의해 수신될 수도 있다. 그 출력은 동맥 맥박 파형 (arterial pulse waveform) 을 획득하도록 프로세싱될 수도 있다.

종래의 광학 센서들은 일반적으로, (본 명세서에서 동맥 변위 (arterial displacement) 들로 집합적으로 지칭되는) 동맥의 및/또는 동맥에 대한 광학 센서의 가능한 움직임들과 비교하여 상대적으로 작은 단면적 (cross-sectional area) 을 갖는 스폿으로부터 광을 검출하도록 구성된다. 동맥 변위들은, 손목의 비틀림, 손가락의 휨, 광학 센서의 그 초기 위치로부터의 약간의 회전 또는 오배치 또는 그 임의의 조합과 같은, 사지 또는 광학 센서 움직임들로 인해 발생할 수도 있다. 동맥 변위들은 수 밀리미터 이상까지의 범위에 이를 수도 있고, 종래의 광학 센서의 출력에 있어서, 움직임 아티팩트들, 또는 수차 (aberration) 들을 초래할 수도 있다. 광학 센서들의 출력에 기초한 심혈관 특성 측정들의 정확도는 동맥 변위에 상당히 의존할 수도 있다.

예를 들어, 도 1 은 종래의 광학 센서 (110) 의 출력 강도가 검지 (120) 의 둘레를 따른 각도에 따라 어떻게 가변할 수도 있는지를 그래프 형태로 예시한다. 종래의 광학 센서 (110) 는 동맥 또는 다른 조직에 의해 반사된 작은 조명된 영역 (또는 스폿) 으로부터 백스캐터링된 광의 강도를 검출 및 출력할 수도 있다. 강도 플롯들은, 광학 센서가 검지 (120) 의 둘레 주위로 점진적으로 회전되는 동안에 종래의 광학 센서 (110) 의 출력을 측정하는 것에 의해 획득될 수도 있다.

그래프 (100) 에서 도시한 바와 같이, 제로 (0) 도 회전은 광학 센서 (110) 가 검지의 상부에 배치되는 것에 대응한다. 신호 강도 곡선 (105) 은, 각각, 약 220 도 및 140 도에서 협대역들 내에 피크들 (105a 및 105b) 을 포함한다. 이들 협대역들은, 2 개의 동맥들이 센서 (110) 에 가장 가까울 수도 있고 광 스캐터링 또는 흡수가 최대에 있는 검지 (120) 의 표면 상의 위치들 (130) 에 대응한다. 이들 협대역들 내에서 피크인 종래의 광학 센서 (110) 의 출력의 결과는, 손가락 주위의 광학 센서의 작은 회전들이 센서 출력에 있어서 상당한 움직임 아티팩트들을 초래할 수도 있다는 것이다. 그 결과, 가능한 동맥 변위들과 비교하여 상대적으로 작은 단면적을 갖는 스폿으로부터 광을 검출하는 종래의 광학 센서들을 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 광학 측정 디바이스들은 일반적으로 신뢰할 수 없다. 도 1 의 그래프 (100) 는 단일 광 스폿을 포함하는 종래 광학 센서의 측정들을 예시하지만, 그래프 (100) 에서 예시된 문제점은 또한, 종래의 광학 센서가 다중 광 스폿들 및 대응하는 센서들을 포함할 때 발생할 수도 있다.

다양한 실시형태들은 심혈관 특성들의 측정치들을 획득하도록 구성된 광학 측정 디바이스에서의 사용을 위한 광학 센서를 포함한다. 특히, 다양한 실시형태들은, 본 명세서에서 "광의 시트 (sheet of light)" 로 지칭되는, 하나의 축이 제 2 액세스보다 긴 단면 프로파일을 가진 광을, 피험자의 사지로 방출하고 그리고 백스캐터링된 광을 수신하고 다양한 심혈관 특성들을 측정하는데 있어서의 사용을 위해 수신된 백스캐터링된 광으로부터 출력을 생성하도록 구성된 광학 센서를 포함할 수도 있다. 용어 "광의 시트" 는, 전파 방향을 또한 횡단하는 수직 축보다 긴 비대칭 단면 (즉, 하나의 축은 전파 방향을 횡단함) 을 갖는 방출된 광에 대한 약칭으로서 본 명세서에서 사용된다. 광의 시트의 더 긴 축은 때때로 본 명세서에서 "광의 시트의 길이" 로 지칭되는 한편, 더 짧은 횡축 (traverse axis) 은 때때로 본 명세서에서 "광의 시트의 폭" 으로 지칭된다. 용어 "광의 시트" 는 추가 제한하는 것으로 의도되지 않고 타원형, 직사각형, 삼각형, 다각형 등을 포함한, 임의의 형상의 단면 프로파일을 가진 방출된 광을 포괄한다.

광의 시트를 방출함으로써, 다양한 실시형태들은, 광의 시트가 동맥의 종 방향에 대략 수직으로 배향되도록 광학 센서가 피험자의 사지 상에 포지셔닝되는 것을 가능하게 한다. 그렇게 배향되면, 광의 시트의 길이는, 광학 센서를 적용하는 사람이 사지 내의 동맥의 위치의 사전 지식을 갖지 않을 때 방출된 광이 동맥을 비출 가능성을 증가시킨다. 일부 실시형태들에서, 광학 센서는, 광의 시트의 길이가 최소 동맥 변위, 평균 동맥 변위, 또는 최대 동맥 변위와 동일하거나 또는 이보다 길 수도 있어, 동맥이 이러한 변위에도 불구하고 비추어진 체적 내에 유지될 수도 있도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 광학 센서가 손가락 상에 포지셔닝되도록 구성되는 일부 실시형태들에서, 광의 시트의 길이는 수 밀리미터 (mm), 예를 들어 최대 10mm 일 수도 있다. 광학 센서가 손목 상에 포지셔닝되도록 구성되는 일부 실시형태들에서, 광의 시트의 길이는 최대 1 센티미터 (cm) 이상으로 연장할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광의 시트의 폭은 30 미크론 (㎛) 내지 1mm 사이의 범위에 이를 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 광의 시트의 폭은 광의 시트의 길이의 20% 이하와 동일할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광학 센서는, 관심 동맥이 피부에 가장 가깝고 센서 출력의 강도가 피크인 사지 (예를 들어, 손가락, 손목, 발목 등) 의 둘레 상의 위치 주위로 회전도들 (rotational degrees) 의 범위 동안 연장하는 횡축을 가진 단면을 갖도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 센서는, 횡축이 사지의 부분 둘레를 따라 연장하도록 광의 시트가 방출될 수도 있도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 센서는 광의 시트의 횡축이 사지의 둘레 전체 주위로 연장할 수도 있도록 구성될 수도 있다.

방출된 광의 긴 축이 동맥의 긴 축에 대략 수직이도록 사지 상에 포지셔닝될 때, 광학 센서는, 동맥 및/또는 광학 센서가 시프트한다 하더라도 광 에너지의 일부가 동맥에 적용될 것임을 넓지만 얇은 광의 시트가 보장하는 동안에 광이 방출되도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스는 동맥 팽창, 맥파 전달 시간 (PTT), 맥파 속도 (PWV), 동맥 경직, 심박수, 심박 변이도, 및 혈압을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는, 피험자의 심혈관 시스템의 특징들을 측정하도록 구성될 수도 있다.

다양한 실시형태들은 동맥 변위들로부터의 아티팩트들을 최소화 또는 회피하는 방식으로 심혈관 특성들의 측정들을 제공하는 것이 가능한 광학 측정 디바이스를 제공할 수도 있다. 따라서, 다양한 실시형태들의 광학 측정 디바이스들은 동맥의 위치의 정확한 지식을 요구함 없이 피험자 상에 배치될 수도 있다.

도 2 는 실시형태의 광학 센서가 관심 동맥에 걸쳐서 광의 시트를 지향시키는 것에 의해 움직임 아티팩트들을 어떻게 보상할 수도 있는지를 그래프 형태로 예시한다. 도 2 는, 종래의 광학 센서의 신호 강도 곡선 (105) 인, 도 1 의 그래프 (100) 와 유사하다.

그러나, 도 2 는, 관심 동맥에 걸쳐서 광의 시트를 지향시키는 것에 의해, 실시형태의 광학 센서가 백스캐터링된 광을 수신하고 광의 시트의 수신된 백스캐터링의 신호 강도가 광의 시트의 길이에 걸쳐서 인테그레이팅되는 출력을 생성할 수도 있다는 것을 예시한다. 광의 시트는 광 단면의 긴 축이 검지 또는 다른 사지의 둘레 주위로 대략 40 도 연장하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 광학 센서가 손가락 주위를 회전하는 바로 그 순간에, 광학 센서는 동맥이 광의 시트의 일부를 반사하는 것으로부터 발생하는 백스캐터링된 광을 계속 수신할 수도 있다. 추가로, 광의 시트의 백스캐터링을 방출 및 수신하는 실시형태의 광학 센서를 채용하는 것에 의해, 광학 센서는 환자와 함께 동맥의 위치의 정확한 지식을 갖지 않고 또는 어떠한 지식도 갖지 않고도 환자 상에 배치될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 광학 센서는 시계, 의료용 패치, 손목밴드, 스마트 의류 등과 같은 웨어러블 광학 측정 디바이스에 통합될 수도 있다. 사용자가 동맥의 위치를 알지 못할 수도 있지만, 사용자는 광학 센서 (예를 들어, 시계) 가 그들의 손목에 착용되는 것을 알고 있어, 신체 상의 광학 센서 (예를 들어, 시계) 의 적절한 배치에 관하여 사용자에게 알리는 교육용 문서를 요구할 필요성을 회피하는 것이 충분할 수도 있다.

도 3a 는 일부 실시형태들에 따른 광학 센서 (310) 를 포함하는 광학 측정 디바이스 (300) 의 예의 컴포넌트들을 예시한다. 광학 측정 디바이스 (300) 는 광학 센서 (310), 프로세서 (320), 메모리 (322), 안테나 (332) 에 커플링된 무선 주파수 (RF) 프로세서 (330), 및 파워 서플라이 (340) 를 포함할 수도 있다.

광학 센서 (310) 는 광의 시트로 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 커플링된 하나 이상의 광 소스들 (312) 을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 소스들 (312) 은, 피험자의 사지를 향하여 광의 시트로서 송신 광 가이드 (314) 밖으로 광을 지향시키는, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 로 광을 주입할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 은, 도 4a 내지 도 8b 를 참조하여 더 상세히 설명한 바와 같이, 광학 터닝 패싯들, 굴절률 구조들, 체적 홀로그램들, 및/또는 회절 표면 릴리프 엘리먼트들을 제한 없이 포함하는, 광의 시트로 하나 이상의 광 소스들 (312) 로부터의 광을 지향시키기 위한 다양한 광학 터닝 피처들을 포함할 수도 있다.

광학 센서 (310) 는 백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 백스캐터링된 광에 비례하는 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들 (316) 을 더 포함할 수도 있다. 설명한 바와 같이, 광의 시트로부터의 에너지는 동맥 및 동맥 내의 혈액 입자들 뿐만 아니라 동맥을 둘러싸는 조직들에 의해 백스캐터링될 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 에 의해 생성된 출력은 다양한 심혈관 특성들을 측정하는데 사용될 수도 있는 백스캐터링된 광의 강도에 기초하여 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직의 광 흡수의 척도를 제공할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 백스캐터링된 광을 수신하기 위해 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 의 어느 한쪽 또는 양쪽 상에 또는 이를 따라 배열될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 하나 이상의 송신 광 가이드 (314) 자체 내에 통합될 수도 있다. 다중 광 검출기들을 포함하는 실시형태들에서, 개별의 검출기들 (316) 의 출력들은 수신된 백스캐터링된 광으로부터의 상이한 특징들 또는 측정들을 결정하기 위하여 최대 또는 최소를 식별하도록 개별적으로 결합, 평균화, 또는 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 의 각각은 사지의 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수집하고 하나 이상의 광 검출기들을 향하여 수집된 광을 지향시키도록 구성되는 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 에 커플링될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 포토다이오드 검출기들일 수도 있다.

광학 센서 (310) 는 프로세서가 하나 이상의 광 검출기들 (316) 의 출력을 수신하도록 프로세서 (320) 에 커플링될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 광학 측정 디바이스 (300) 에 대한 다양한 기능들을 수행하도록 특별히 적응된 전용 하드웨어일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 프로세서 실행가능 명령들로 프로그래밍될 수도 있는 프로그래밍가능 프로세싱 유닛 (321) 이거나 또는 이를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는, 광학 측정 디바이스 (300) 의 다양한 기능들을 수행하도록 소프트웨어 명령들에 의해 구성될 수 있는 프로그래밍가능 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터 또는 다중 프로세서 칩 또는 칩들일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 전용 하드웨어와 프로그래밍가능 프로세싱 유닛 (321) 의 조합일 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 메모리 (322) 는 프로세서 실행가능 명령들 및/또는 광학 센서 (310) 로부터의 출력들을 저장할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 메모리 (322) 는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 (예를 들어, 플래시 메모리), 또는 그 조합일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 메모리 (322) 는 프로세서 (320) 에 포함된 내부 메모리, 프로세서 (320) 외부의 메모리, 또는 그 조합을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 광 검출기들 (316), 또는 그 임의의 조합에 커플링될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 하나 이상의 광 소스들 (312) 및 광 검출기 (316) 가 활성화 (예를 들어, 턴 온 및 턴 오프) 될 때 선택적으로 제어하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 하나 이상의 광 소스들 (312) 및 광 검출기 (316) 를 독립적으로 제어할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는, 하나 이상의 광 소스들 (312) 이 활성화될 때와 광 검출기 (316) 가 활성화될 때 사이의 시간 지연이 존재할 수도 있도록, 하나 이상의 광 소스들 (312) 및 검출기 (316) 의 활성화를 제어할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 하나 이상의 광 검출기들 (316) 의 출력을 수신 및 프로세싱하도록 추가로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 (320) 는 광 검출기들 (316) 의 출력을 분석하고 하나 이상의 심혈관 특성들의 측정을 생성하도록 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 광학 센서들 (310) 의 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 추정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 손가락 슬리브 내에 2 개의 광학 센서들 (310a, 310b) 을 포함하는 것에 의해, 프로세서 (320) 는 2 개의 광학 센서 위치들 간의 맥파 전달 시간 (PTT) 을 측정하는 것이 가능할 수도 있다. 2 개의 광학 센서 위치들 간의 거리를 알면, 프로세서 (320) 는 또한, PTT 측정에 기초하여 맥파 속도 (PWV) 를 계산하는 것이 가능할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서 (320) 는 디스플레이 또는 다른 출력 디바이스를 통한 프리젠테이션을 위해 센서 출력 및/또는 측정된 심혈관 특성들을 안테나 (332) 를 통해 원격 컴퓨팅 디바이스 (미도시) 에 통신하기 위하여 RF 프로세서 (330) 에 커플링될 수도 있다. RF 프로세서 (330) 는 송신-전용 또는 2-방향 트랜시버 프로세서일 수도 있다. 예를 들어, RF 프로세서 (330) 는 신호들을 송신 및/또는 수신하기 위해 단일 트랜시버 칩 또는 다중 트랜시버 칩들의 조합을 포함할 수도 있다. RF 프로세서 (330) 는 통신들의 서포트된 타입에 의존하여 다수의 무선 주파수 대역들 중 하나 이상에서 동작할 수도 있다.

프로세서 (320) 는 측정된 또는 계산된 정보, 이를 테면 심혈관 특성들의 측정된 값들 또는 광학 센서 (310) 로부터의 출력을 레코딩 또는 디스플레이를 위해 원격 컴퓨팅 디바이스 (미도시) 에 송신하도록 구성될 수도 있다. 이러한 원격 컴퓨팅 디바이스는 스마트 의류의 프로세서, 셀룰러 전화기들, 스마트-폰들, 웹-패드들, 태블릿 컴퓨터들, 인터넷 가능 셀룰러 전화기들, 무선 로컬 영역 네트워크 (WLAN) 가능 전자 디바이스들, 랩톱 컴퓨터들, 전용 헬스케어 전자 디바이스들, 개인 컴퓨터들, 및 RF 프로세서 (330) 와 통신하기 위해 적어도 프로세서 및 통신 리소스를 구비한 유사한 전자 디바이스들을 포함하지만, 이들에 제한되지는 않는, 다양한 컴퓨팅 디바이스들 중 임의의 것일 수도 있다. 측정된 및/또는 계산된 정보는 Bluetooth®, Wi-Fi® 또는 다른 무선 통신 프로토콜을 사용하여 무선 링크 위에서 광학 측정 디바이스 (300) 로부터 원격 컴퓨팅 디바이스로 송신될 수도 있다.

광학 센서 (310), 프로세서 (320), RF 프로세서 (330), 및 광학 측정 디바이스 (300) 의 임의의 다른 전자 컴포넌트들은 파워 서플라이 (340) 에 의해 전력공급될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 파워 서플라이 (340) 는 배터리, 솔라 셀, 또는 다른 타입의 에너지 하베스팅 파워 서플라이일 수도 있다.

다양한 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스의 컴포넌트들 (예를 들어, 310, 320, 330, 및 340) 의 일부 또는 전부는 백 서포트 (350) 에 의해 서포트될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백 서포트 (350) 는 광학 측정 디바이스 (300) 가 손가락, 손목, 또는 다른 사지와 같은, 피험자의 표면을 랩 어라운드하거나 또는 다르게는 그 피험자의 표면에 동형으로 될 수도 있도록 가요성 (flexible) 재료들로 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백 서포트 (350) 는 강성 (rigid) 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 백 서포트 (350) 는 광학 측정 디바이스 (300) 의 하나의 부분에 있어서 가요성을 제공할 수도 있는 한편, 디바이스의 나머지는 강성 구조를 가진다. 일부 실시형태들에서, 광학 센서 (310) 또는 그 임의의 컴포넌트 (예를 들어, 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 및/또는 하나 이상의 광 검출기들 (316)) 은 가요성이도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 광학 센서 (310) 또는 그 임의의 조합은 탄성중합체에 내장될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스 (300) 는 패치, 손가락 슬리브, 손목 커프, 손가락 반지, 손목 시계의 밴드, 손목 시계의 백 케이스, 및/또는 다른 형태의 어패럴 (즉, 광학 측정 디바이스 (300) 의 실시형태를 포함하는 의류) 의 형태로 구성되거나, 또는 이들에 통합될 수도 있다. 그러나, 다양한 실시형태들은 피험자가 직접 착용하는 구현들에 제한되지 않고, 광학 센서를 피험자의 피부 가까이에 배치하는 구성들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스 (300) 는 자동차, 기차, 비행기, 또는 다른 차량에서의 안전 벨트들, 스티어링 휠들, 팔걸이들, 시트들 및 다른 구조물들에 통합되고, 광학 센서(들)가 피험자의 피부와 광학 접촉하게 되도록 구성될 수도 있다. 다른 예로서, 일부 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스 (300) 는 스마트 가구에 통합되고 광학 센서(들)가 피험자의 피부와 광학 접촉하게 되도록 구성될 수도 있다. 추가 예로서, 일부 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스 (300) 는 헬멧들, 라켓 핸들들, 손목 또는 헤드밴드들, 신발들, 양말들, 핸들 바들 등과 같은, 운동 장비에 통합되고, 광학 센서(들)가 피험자의 피부와 광학 접촉하게 되도록 구성될 수도 있다.

도 3b 는 일부 실시형태들에 따른 광학 측정 디바이스 (300) 의 측면도를 예시한다. 예시한 바와 같이, 광학 센서 (310) 는 패치의 형태로 구성되는 백 서포트 (350) 에 달라붙을 수도 있다. 패치가 피험자의 사지의 피부 표면에 적용될 때, 광학 센서 (310) 는 피험자의 사지로 광의 시트를 지향시키고 (화살표들로 도시됨) 다양한 심혈관 특성들을 측정하는데 있어서의 사용을 위해 백스캐터링된 광으로부터 출력을 수신 및 생성하도록 프로세서 (예를 들어, 320) 에 의해 제어될 수도 있다.

도 3c 는 피험자의 손가락 상의 배치에 적합한 실시형태에 따른 광학 측정 디바이스 (300) 를 예시한다. 도 3c 에 예시된 실시형태에서, 광학 측정 디바이스 (300) 는 손가락 슬리브의 형태로 백 서포트 (350) 의 내부 표면 상에 배열된 2 개의 광학 센서들 (310a, 310b) (집합적으로 310) 을 포함하지만, 다른 실시형태들은 더 적거나 또는 더 많은 센서들을 포함할 수도 있다. 광학 센서들 (310) 은 적용될 때 및 착용되는 동안 손가락 슬리브의 휨을 수용하도록 가요성 유선 커넥션들 (362 및 364) 에 의해 프로세서 (320) 에 커플링될 수도 있다.

도 4a 및 도 4b 는 광학 센서 (310) 의 하나 이상의 광 소스 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 하나 이상의 광 검출기들 (316) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 을 배열하기 위한 제 1 실시형태를 예시한다. 특히, 도 4a 는 사지의 표면을 향하여 지향된 광학 센서 (310) 의 저면도를 예시한다. 도 4b 는 광학 센서 (310) 의 단면도이다.

이들 도면들에 예시한 바와 같이, 광학 센서 (310) 는 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 커플링된 하나 이상의 광 소스들 (312) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 에 커플링된 하나 이상의 광 검출기들 (316) 을 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트들은 하나 이상의 광 소스들과 광 검출 컴포넌트들 간의 광 배플로서 기능할 수도 있는 가요성 기판 (430) 상에 서포트될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 소스들 (312) 은 특정한 파장의 광을 생성하는 발광 다이오드 (LED) 일 수도 있다. 예를 들어, LED 는 녹색 광에 대응하는 파장을 갖는 가시 광선을 생성할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 소스들 (312) 은 레이저이거나 또는 이를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 레이저 광 소스는 적외선 (IR) 영역 내의 파장을 갖는 광선 (light beam) 을 생성하는 수직-캐비티 표면-방출 레이저 (vertical-cavity surface-emitting laser; VCSEL) 일 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 소스들 (312) 은 임의의 다른 적합한 광 소스로부터의 광을 지향시키는 광 파이버들을 포함할 수도 있다.

하나 이상의 광 소스들 (312) 은 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 로 광을 주입한다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 소스들 (312) 로부터의 광은 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 로 광을 주입하기 위한 광 커플러 또는 다른 광학 구조를 통하여 송신된다. 하나 이상의 광 소스들 (312) 로부터의 광이 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 걸쳐서 전파됨에 따라, 하나 이상의 광 가이드들 (314) 내에 배열된 광학 터닝 피처들 (414) 은, 광학 센서 (310) 가 사지 상에 포지셔닝될 때 피험자의 사지의 부분 둘레를 향하여 지향될 균일한 광의 시트로서 하나 이상의 송신 광 가이드 (314) 밖으로 광을 지향시킬 수도 있다. 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 은, 광학 센서 (310) 가 피험자의 사지 상에 포지셔닝될 때 광의 시트의 길이가 동맥들의 종 방향에 수직으로 배향되고 사지의 부분 둘레를 따라 연장하도록 광학 센서 (310) 내에 포지셔닝 및 구성될 수도 있다.

동맥, 동맥 내의 혈액 입자들 및 둘러싸는 조직에 의해 백스캐터링된 광은 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 에 의해 수집될 수도 있다. 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 이 광의 시트가 방출된 사지의 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수집함에 따라, 수신 광 가이드 (318) 내에 배열된 광학 터닝 피처들 (414) 은 하나 이상의 광 검출기들 (316) 을 향하여 수집된 광을 지향시킬 수도 있다. 하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 도 3a 를 참조하여 설명한 바와 같이 사지의 둘레를 따라 수집된 백스캐터링된 광을 검출하고 프로세싱을 위해 프로세서 (320) 에 통신된 출력 신호 또는 신호들을 생성한다.

도 4a 및 도 4b 에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 및 하나 이상의 수신 광 가이드 (318) 의 광학 터닝 피처들 (414) 은 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 의 광학 터닝 피처들 (414) 의 배향에 대하여 시계방향으로 90 도 오프셋될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 송신 및 수신 광 가이드들의 광학 터닝 피처들 (414) 은, 각각, 광학 터닝 패싯들의 어레이로서 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 터닝 패싯들은 각각 V-그루브와 같은 대칭 형상을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학 터닝 패싯들은 각각 톱니와 같은, 비대칭 형상을 가질 수도 있다. 광학 터닝 패싯들은 각각 도파로의 평면 표면에 대하여 약 2 내지 20 미크론의 심도로 약 45 도 경사진 측벽을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개별의 터닝 패싯들 간의 거리는, 예를 들어, 대략 10 내지 100 미크론 사이의 범위에 이를 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 개별의 터닝 패싯들 간의 거리는 보다 균일한 방출 강도 출력을 제공하기 위하여 하나 이상의 광 소스들로부터 떨어진 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 의 길이에 따라 증가할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 의 광학 터닝 피처들 (414) 은 광 가이드들 안과 밖으로 광을 커플링하기 위해 개별의 광 가이드들 (314, 318) 내에 임베딩된 굴절률 구조로서 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 구조들은 브래그 (Bragg) 필터들을 실현하거나 또는 홀로그래픽 광학 엘리먼트들을 구현하기 위해 당업계에 알려진 것들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 굴절률 구조들은 하나 이상의 송신 광 가이드 (314) 및/또는 하나 이상의 수신 광 가이드 (318) 에 있어서 패싯들 및/또는 V-그루브들을 보완하도록 포함 및 구성될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 송신 및 수신 광 가이드들 (314, 318) 의 광학 터닝 피처들 (414) 은 체적 홀로그램들 및/또는 회절 표면 릴리프 엘리먼트들 또는 그레이팅들로서 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 송신 및 수신 광 가이드들 (314, 318) 의 광학 터닝 피처들 (414) 은 상기 논의된 것들을 포함한, 상이한 타입들의 광학 터닝 피처들 (414) 중 2 개 이상의 다양한 조합들을 포함할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 은 아크릴 및 폴리카보네이트 재료들과 같은 투명 재료의 광학 평면 도파로들로서 구현될 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318), 또는 양자 모두는 하나 이상의 렌즈들을 구비할 수도 있다 (도 4a 및 도 4b 에 도시되지 않음). 예를 들어, 송신 광 가이드 (314) 는 타겟팅된 초점 심도 및/또는 빔 사이즈에 광의 시트를 포커싱하도록 하나 이상의 렌즈들로 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 렌즈는 관심 동맥의 예상된 위치에 대응하는 초점 심도를 향하여 송신 광 가이드 (314) 로부터 방출된 광의 시트를 포커싱하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 렌즈는 동맥의 종 방향에 평행한 방향으로 타겟팅된 폭을 갖도록 광의 시트를 포커싱하도록 구성될 수도 있다. 수신 광 가이드 (318) 는 수신 광 가이드 (318) 를 향하여 백스캐터링된 광을 포커싱하기 위해 렌즈를 구비할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 렌즈는 원통형 렌즈와 같은 하나 이상의 고정된 렌즈들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 렌즈는 광학 센서로부터 방출된 광의 시트의 심도 및/또는 방향 (예를 들어, 좌측 또는 우측) 에 대한 가변 제어를 제공하도록 구성될 수도 있는 하나 이상의 동적 렌즈들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 동적 렌즈는 프로세서 및 전용 하드웨어에 의해 제어가능할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 동적 렌즈는, 변형가능한 반사 디바이스로서 또한 실현될 수도 있는, 피에조-링에서의 탄성중합체 렌즈로서 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 동적 렌즈는 액정, 위상 엘리먼트를 사용하여 실현될 수도 있다.

도 5a 및 도 5b 는 광학 센서 (310) 의 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 하나 이상의 광 검출기들 (316) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 을 배열하기 위한 제 2 실시형태를 예시한다. 도 5a 는 사지의 표면을 향하여 지향된 광학 센서 (310) 의 저면도를 예시한다. 도 5b 는 광학 센서 (310) 의 단면도이다. 예시한 바와 같이, 광학 센서 (310) 는 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 커플링된 하나 이상의 광 소스들 (312), 제 1 수신 광 가이드 (318a) 에 커플링된 제 1 광 검출기 (316a), 및 옵션으로, 제 2 수신 광 가이드 (318b) 에 커플링된 제 2 광 검출기 (316b) 를 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트들은 하나 이상의 광 소스들과 광 검출 컴포넌트들 간의 광 배플로서 기능할 수도 있는 가요성 기판 (430) 상에 서포트될 수도 있다.

도 5a 및 도 5b 에 예시된 실시형태들은, 하나 이상의 광 검출기들 (316a), 제 2 수신 광 가이드 (318b) 및 광학 터닝 피처들 (414) 이 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 및 광학 터닝 피처들 (414) 의 배향에 평행하게 배향될 수도 있다는 점에서 도 4a 및 도 4b 에 예시된 실시형태들과 상이하다. 이 평행 구성은 광학 센서의 신호-대-잡음비의 개선들을 용이하게 할 수도 있고 광 에미터와 광 검출기들 양자 모두가 동일한 평면 구조 상에 장착되게 할 수도 있다.

도 5a 및 도 5b 에 예시된 실시형태들은 제 2 광 검출기 (316b) 및 광학 터닝 피처들 (414) 을 갖는 제 2 수신 광 가이드 (318b) 를 옵션으로 포함할 수도 있다. 이 옵션의 구성은 방출된 광의 시트의 어느 한쪽에서 백스캐터링된 광의 검출을 용이하게 할 수도 있다. 개별의 광 검출기들 (316a, 316b) 의 출력들은 광의 시트의 수신된 백스캐터링에 대응하는 출력을 획득하기 위하여 최대 또는 최소를 식별하도록 결합, 평균화, 또는 사용될 수도 있다.

도 6 은 광학 센서 (310) 의 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 단일 광 검출기 (316) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 을 배열하기 위한 제 3 실시형태를 예시한다. 도 6 에 예시된 광학 센서 (310) 의 제 3 실시형태는, 수신 광 가이드들 (318a 및 318b) 에 의해 수집된 백스캐터링된 광이 단일 광 검출기 (316) 를 향하여 지향될 수도 있다는 점에서 도 5a 및 도 5b 에 예시된 제 2 실시형태와 상이하다. 예를 들어, 도 6 은 사지의 표면을 향하여 지향된 광학 센서 (310) 의 저면도를 예시한다. 예시한 바와 같이, 광학 센서 (310) 는 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 커플링된 하나 이상의 광 소스들 (312) 및 2 개의 수신 광 가이드들 (318a, 318b) 에 커플링된 단일 광 검출기 (316) 를 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트들은 하나 이상의 광 소스들과 광 검출 컴포넌트들 간의 광 배플로서 기능할 수도 있는 가요성 기판 (430) 상에 서포트될 수도 있다.

수신 광 가이드들 (318a, 318b) 및 개별의 광학 터닝 피처들 (414) 은 송신 광 가이드 (314) 및 그 송신 광 가이드 (314) 의 광학 터닝 피처들 (414) 의 배향에 평행하게 배향될 수도 있다.

단일 광 검출기 (316) 는 사지의 부분 둘레를 따라 수집된 백스캐터링된 광을 수신하고 동맥의 맥박 파형을 포함하는 신호가 수신 광 가이드들 (318a, 318b) 의 양자 모두로부터 백스캐터링된 광을 사용하여 획득될 수도 있는 출력을 생성할 수도 있다. 따라서, 2 개 (또는 그 이상) 의 수신 광 가이드들 (318a, 318b) 은 수신된 광을 결합하고 단일 광 검출기 (316) 상에 이러한 광을 지향시키도록 구성될 수도 있다. 출력은 프로세서 (예를 들어, 도 3a 의 320) 에 통신될 수도 있다.

도 7a 및 도 7b 는 광학 센서 (310) 의 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 하나 이상의 광 검출기들 (316) 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 을 배열하기 위한 제 4 실시형태를 예시한다. 도 7a 및 도 7b 는 광학 센서 (310) 의 상면도 및 단면도를 각각 예시한다.

하나 이상의 광 소스들 (312) 은 광을 확산시키는 것이 가능한 광학 매질을 갖는 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 로 광을 주입할 수도 있다. 하나 이상의 광 소스들 (312) 로부터의 광이 송신 광 가이드 (314) 를 통하여 전파함에 따라, 광학 매질은 사지의 부분 둘레를 향하여 방출되는 광의 시트로 광을 확산시킨다. 광의 시트의 길이는 동맥의 종 방향에 수직으로 배향되고 사지의 부분 둘레를 따라 연장할 수도 있다.

하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 은 프리즘의 정점에 주입되고 프리즘의 직사각형 베이스 밖에 광의 시트를 방출하는 삼각형 프리즘으로서 구성될 수도 있다. 광의 시트의 단면의 긴 축의 길이는 프리즘의 직사각형 베이스의 길이와 동일할 수도 있다.

하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 도 3a 를 참조하여 설명한 바와 같이 사지의 부분 둘레를 따라 수집된 백스캐터링된 광을 수신하고 프로세싱을 위해 프로세서 (320) 에 통신될 수도 있는 출력을 생성할 수도 있다.

도 8a 및 도 8b 는 광학 센서 (310) 의 하나 이상의 광 소스들 (312), 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314), 2 개 이상의 광 검출기들 (316), 및 하나 이상의 수신 광 가이드들 (318) 을 배열하기 위한 제 5 실시형태를 예시한다. 특히, 도 8a 는 사지의 표면을 향하여 지향된 광학 센서 (310) 의 저면도를 예시한다. 도 8b 는 광학 센서 (310) 의 단면도이다. 이들 도면들에 예시한 바와 같이, 광학 센서 (310) 는 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 에 커플링된 하나 이상의 광 소스들 (312), 및 2 개 이상의 광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 을 포함할 수도 있다. 이들 컴포넌트들은 하나 이상의 광 소스들과 2 개 이상의 광 검출 컴포넌트들 간의 광 배플로서 기능할 수도 있는 가요성 기판 (430) 상에 서포트될 수도 있다.

광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 은 하나 이상의 송신 광 가이드들 (314) 의 어느 한쪽 또는 양쪽을 따라 분포될 수도 있다. 예시한 바와 같이, 예를 들어, 광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 은 단일 송신 광 가이드 (314) 의 한쪽을 따라 등거리로 이격될 수도 있다. 이 구성에서, 개개의 광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 의 각각은 사지의 부분 둘레를 따라 백스캐터링된 광의 일부를 수신하고 대응하는 출력을 생성할 수도 있다.

다중 광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 이 백스캐터링된 광의 검출을 위해 사용되는 구현들에서, 개별의 검출기들의 출력들은 부분 둘레의 길이를 따라 백스캐터링된 광에 대응하는 인테그레이팅된 출력을 획득하기 위하여 최대 또는 최소를 식별하도록 결합, 평균화, 또는 사용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 각각의 광 검출기 (316a, 316b, 및 316c) 로부터의 대응하는 출력은 출력을 생성하기 위해 프로세서 (예를 들어, 도 3a 의 320) 에 통신될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 가산기 또는 다른 믹싱 로직은 개개의 광 검출기들 (316a, 316b, 및 316c) 의 개별의 출력들을 결합하고 후속하여 인테그레이팅된 출력을 프로세서에 통신하도록 채용될 수도 있다.

도 9 는 다양한 실시형태들에 따른 피험자 상에 포지셔닝된 광학 측정 디바이스에서 심혈관 특성들의 측정치들을 획득하기 위해 광학 센서를 사용하는 방법 (900) 을 예시한다.

블록 (915) 에서, 하나 이상의 송신 광 가이드들 (예를 들어, 314) 은 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트로서 하나 이상의 광 소스들 (예를 들어, 312) 로부터의 광을 지향시킨다. 광의 시트는 동맥의 직경보다 긴 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 갖는 광의 시트의 단면 프로파일을 가질 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 송신 광 가이드는 광학 측정 디바이스가 피험자의 사지 상에 배치될 때 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키도록 구성될 수도 있다. 사지의 부분 둘레를 따라 광을 지향시키는 것에 의해, 광의 시트의 일부 부분은, 광학 측정 디바이스가 피험자 상에 배치될 때 동맥이 사지의 표면에 가장 가까운 위치를 비출 수도 있어, 사지 상에 광학 측정 디바이스를 정확히 위치시킬 필요성을 제거할 수도 있다. 게다가, 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 광의 시트를 지향시키는 것에 의해, 광학 측정 디바이스는 광학 센서에 대한 제한된 동맥 변위들에도 불구하고 관심 동맥에 대한 광학 정보를 계속 획득할 수도 있다.

블록 (920) 에서, 하나 이상의 광 검출기들 (예를 들어, 316) 은 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 반사되는 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신한다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들 (예를 들어, 316) 은 광의 시트를 반사하는 동맥 및 둘러싸는 조직들로부터 사지의 부분 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수신한다. 일부 실시형태들에서, 하나 이상의 광 검출기들은 사지의 부분 둘레를 따라 백스캐터링된 광을 수집하고 개별의 광 검출기를 향하여 수집된 백스캐터링된 광을 지향시키는 개별의 수신 광 가이드에 커플링될 수도 있다.

블록 (925) 에서, 하나 이상의 광 검출기들 (예를 들어, 316) 은 수신된 백스캐터링된 광의 양에 대응하는 출력을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 은 백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 백스캐터링된 광에 비례하는 출력을 생성하도록 구성될 수도 있다. 설명한 바와 같이, 광의 시트로부터의 에너지는 동맥 및 동맥 내의 혈액 입자들, 뿐만 아니라 동맥을 둘러싸는 조직들에 의해 백스캐터링될 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 광 검출기들 (316) 에 의해 생성된 출력은 다양한 심혈관 특성들을 측정하는데 사용될 수도 있는 백스캐터링된 광의 강도에 기초하여 동맥 및 동맥을 둘러싸는 조직의 광 흡수의 척도를 제공할 수도 있다. 다중 광 검출기들을 포함하는 일부 실시형태들에서, 개별의 검출기들의 출력들은 수신된 백스캐터링된 광으로부터의 상이한 특징들 또는 측정들을 결정하기 위하여 최대 또는 최소를 식별하도록 개별적으로 결합, 평균화, 또는 사용될 수도 있다.

도 10 은 다양한 실시형태들에 따른 광학 측정 디바이스에서 심혈관 특성들의 측정치들을 획득하기 위해 광학 센서를 사용하는 방법 (1000) 을 예시한다. 방법 (1000) 은 도 9 를 참조하여 설명한 바와 같은 블록들 (915 내지 925) 에서의 동작들을 포함할 수도 있다.

옵션의 블록 (1010) 에서, 프로세서 (예를 들어, 320) 는 하나 이상의 광 검출기들로부터 출력을 수신하고 그 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 생성된 출력은 교류 (AC) 와 직류 (DC) 컴포넌트들 양자 모두를 갖는 맥박 파형 신호의 형태로 있을 수도 있다. AC 신호 컴포넌트는 관심 동맥의 광학 응답에 대응할 수도 있는 한편, DC 신호 컴포넌트는 동맥을 둘러싸는 비동적 조직들의 광학 응답에 대응할 수도 있다. 동맥에 대한 맥박 파형의 AC 신호 컴포넌트를 획득하기 위하여, 프로세서는 0.5 헤르츠 (Hz) 이하 정도의 컷-오프 주파수를 갖는 하이 패스 필터를 통하여 맥박 파형 신호를 프로세싱할 수도 있다.

옵션의 블록 (1010) 에서의 동작들의 일부로서, 프로세서는 동맥 팽창, 맥파 전달 시간 (PTT), 맥파 속도 (PWV), 동맥 경직, 심박수, 심박 변이도, 및 혈압과 같은 다양한 심혈관 특성들, 뿐만 아니라 이러한 측정치들 중 하나 이상에 대한 캘리브레이션 프로시저들을 계산하기 위해 하나 이상의 광 검출기들로부터의 출력 신호를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 프로세서는 예를 들어, 동맥의 팽창을 포함한, 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하기 위하여 시간에 걸쳐 AC 신호 컴포넌트의 변화들을 추적할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 프로세서는 광의 2 개의 상이한 파장들의 흡수의 차이들로부터 혈액 중의 산소 레벨들 (Sp02) 을 결정할 수도 있다. 예를 들어, 혈액 산소 레벨은 광의 2 개의 파장들에 대한 측정된 DC 및 AC 컴포넌트들의 평균 간의 비율로서 측정될 수도 있다 (예를 들어, 하나의 파장은 적색 (예를 들어, 660 나노미터 (nm)) 일 수도 있고 다른 파장은 적외선 (예를 들어, 950nm 정도) 일 수도 있다).

일부 실시형태들에서, 광학 측정 디바이스는 맥파 전달 시간 (PTT) 과 같은 소정의 심혈관 특성들을 측정하기 위해 (예를 들어, 도 3c 에 예시된) 동맥의 종 방향에 평행하여 이격된 적어도 2 개의 광학 센서들을 포함할 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 옵션의 블록 (1010) 에서, 프로세서는 개별의 광학 센서 위치들에서 검출된 2 개의 맥박 파형들의 AC 신호 컴포넌트들 간의 시간 시프트에 기초하여 맥파 전달 시간을 컴퓨팅할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서는 (i) 2 개의 맥박 파형들의 수축기 부분들을 상관시키는 것, (ii) 2 개의 맥박 파형들의 수축기 온셋 직전에 최소를 발견하고, 그 후 시간 차이를 관측하는 것, (iii) 2 개의 맥박 파형들의 최대 및 최소를 발견하고, 파형들의 주어진 비율에 대응하는 기울기 상의 포인트를 식별하고, 그리고 이들 2 개의 포인트들 간의 시간 시프트를 결정하는 것, 또는 (iv) 파형들의 하이 패스 필터링된 버전들의 제로 크로싱을 검출하는 것에 의해 시간 시프트를 결정할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 옵션의 블록 (1010) 에서, 프로세서는 맥박들 간의 시간을 추정하는 것 또는 하나 이상의 광 검출기들로부터 수신된 출력에 기초하여 맥박들의 시퀀스로 특징적 주기성들을 추정하는 것에 의해 심박수를 계산할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 옵션의 블록 (1010) 에서, 프로세서는 심장박동과 동기하는 신호 변동에 기초하여 혈압을 계산할 수도 있다. 예를 들어, 혈압은 하나 이상의 광 검출기들로부터 수신된 출력으로부터 결정된 심혈관 특성들의 다양한 조합들로부터 옵션의 블록 (1010) 에서 프로세서에 의해 계산될 수도 있다. 이러한 심혈관 특성들은 동맥 팽창을 포함할 수도 있지만 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시형태들에서, 맥박 형상들의 디테일들이 또한 신호로부터 취출가능할 수도 있다. 이러한 디테일들은, 반사들에 관한 정보를 드러낼 수도 있고 또한 대동맥 맥파 속도 (PWV) 및 중심 혈압들일 수도 있는, 중심 심혈관 파라미터의 추정들을 용이하게 할 수도 있다.

블록 (1015) 에서, 프로세서는 옵션의 블록 (1010) 에서 프로세서에 의해 결정된 하나 이상의 심혈관 특성들을 다른 컴퓨팅 디바이스에, 이를 테면 RF 프로세서 (예를 들어, 330) 및 안테나 (예를 들어, 332) 를 통해 송신할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서는 계산된 심혈관 특성 측정치들을 모바일 디바이스, 이를 테면 스마트폰에, 무선 신호, 이를 테면 블루투스 또는 WLAN 을 통해 오퍼레이터로의 디스플레이를 위해 송신할 수도 있다. 컴퓨팅 디바이스는 계산된 심혈관 특성 측정치들을 저장, 프로세싱, 및/또는 디스플레이할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 블록 (925) 에서의 광 검출기 (925) 에 의해 생성된 출력은 블록 (1015) 에서, 스마트폰과 같은 다른 컴퓨팅 디바이스에 바로 송신될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 컴퓨팅 디바이스는 출력 신호들로부터 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하여, 광학 센서에서 제한된 성능 프로세서의 사용을 가능하게 할 수도 있다.

당업자들은, 전술한 방법 설명 및 프로세스 플로우 다이어그램이 단지 예시적인 예들로서 제공될 뿐이고 다양한 실시형태들의 단계들이 제시된 순서로 수행되어야 한다는 것을 요구하거나 또는 암시하도록 의도되지 않는다는 것을 인정할 것이다. 전술한 실시형태 방법들에서의 동작들은 임의의 순서로 수행될 수도 있다. 게다가, 예를 들어, 관사들 "a", "an" 또는 "the" 를 사용한, 단수로의 청구항 엘리먼트들에 대한 임의의 언급은 엘리먼트를 단수로 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.

본 명세서에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들은 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로서 구현될 수도 있다. 하드웨어와 소프트웨어의 이 상호교환가능성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 컴포넌트들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들은 그들의 기능성의 관점에서 일반적으로 상기 설명되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로서 구현되는지 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는 전체 시스템에 부과된 설계 제약들 및 특정한 애플리케이션에 의존한다. 당업자들은 설명된 기능성을 각각의 특정한 애플리케이션에 대해 다양한 방식들로 구현할 수도 있지만, 이러한 구현 결정들은 실시형태들의 범위로부터 벗어남을 야기하는 것으로서 해석되어서는 안된다.

본 명세서에서 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 로직들, 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들을 구현하는데 사용되는 하드웨어는 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 주문형 집적 회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) 또는 다른 프로그래밍가능 로직 디바이스, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 컴포넌트들, 또는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 설계된 그 임의의 조합으로 구현 또는 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로, 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 머신일 수도 있다. 프로세서는 또한, 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수도 있다. 대안으로, 일부 단계들 또는 방법들은 주어진 기능에 특정적인 회로부에 의해 수행될 수도 있다.

다양한 실시형태들에서의 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 그 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 소프트웨어로 구현되면, 기능들은 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 또는 비일시적 프로세서 판독가능 매체 상에 하나 이상의 프로세서 실행가능 명령들 또는 코드로서 저장될 수도 있다. 본 명세서에서 개시된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 비일시적 컴퓨터 판독가능 또는 프로세서 판독가능 저장 매체 상에 저장될 수도 있는 프로세서 실행가능 소프트웨어로 구현될 수도 있다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 또는 프로세서 판독가능 저장 매체들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수도 있는 임의의 저장 매체들일 수도 있다. 제한이 아닌 일 예로, 이러한 비일시적 컴퓨터 판독가능 또는 프로세서 판독가능 매체들은 RAM, ROM, EEPROM, FLASH 메모리, CD-ROM 또는 다른 광 디스크 스토리지, 자기 디스크 스토리지 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 원하는 프로그램 코드를 명령들 또는 데이터 구조들의 형태로 저장하는데 사용될 수도 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수도 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수도 있다. 디스크 (disk) 및 디스크 (disc) 는, 본 명세서에서 사용한 바와 같이, 콤팩트 디스크 (CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다기능 디스크 (DVD), 플로피 디스크, 및 블루-레이 디스크를 포함하고, 여기서 디스크 (disk) 들은 보통 데이터를 자기적으로 재생하는 한편, 디스크 (disc) 들은 레이저들로 데이터를 광학적으로 재생한다. 상기의 조합들이 또한 비일시적 컴퓨터 판독가능 및 프로세서 판독가능 매체들의 범위 내에 포함된다. 추가적으로, 방법 또는 알고리즘의 동작들은 컴퓨터 프로그램 제품에 통합될 수도 있는, 비일시적 프로세서 판독가능 매체 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체 상에 코드들 및/또는 명령들 중 하나 또는 임의의 조합 또는 세트로서 상주할 수도 있다.

개시된 실시형태들의 전술한 설명은 임의의 당업자가 청구항들을 제조 또는 사용하게 하기 위해 제공된다. 이들 실시형태들에 대한 다양한 수정들은 당업자들에게 용이하게 명백할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 청구항들의 범위로부터 벗어남 없이 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 청구항들은 본 명세서에서 나타낸 실시형태들에 제한되도록 의도되지 않고 본 명세서에서 개시된 청구항들 및 원리들 및 신규한 피처들에 부합하는 최광의 범위를 부여받게 하려는 것이다.

Claims

심혈관 특성들을 측정하기 위한 광학 측정 디바이스로서,
하나 이상의 광 소스들;
상기 하나 이상의 광 소스들에 커플링되고, 피험자 (subject) 내의 동맥을 향하여 광의 시트로서 상기 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들로서, 상기 광의 시트의 단면 프로파일은 상기 동맥의 직경보다 긴 상기 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 갖는, 상기 하나 이상의 송신 광 가이드들; 및
백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 상기 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들로서, 상기 백스캐터링된 광은 상기 동맥 및 상기 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 반사되는 상기 광의 시트로부터의 광인, 상기 하나 이상의 광 검출기들을 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 상기 광의 시트의 길이보다 짧은 상기 동맥의 상기 종 방향에 평행한 폭을 갖는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 타원형, 직사각형, 삼각형, 또는 다각형 형상을 갖는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 상기 피험자의 사지 (limb) 의 부분 둘레 (partial circumference) 를 따라 상기 광의 시트를 지향시키도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 4 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 적어도 40 도 (degrees) 를 향하여 상기 사지의 상기 부분 둘레를 따라 상기 광의 시트를 지향시키도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 광학 패싯들, 굴절률 구조들, 체적 홀로그램, 회절 표면 릴리프 엘리먼트, 또는 그 임의의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 평면 광 도파로, 프리즘, 또는 그 임의의 조합을 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 타겟팅된 초점 심도에 상기 광의 시트를 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 렌즈들을 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 8 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들의 상기 하나 이상의 렌즈들은 상기 타겟팅된 초점 심도에 타겟팅된 폭으로 상기 광의 시트를 포커싱하도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 송신 광 가이드들은 상기 피험자의 사지의 표면에 동형으로 되도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들은 상기 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 상기 백스캐터링된 광을 수신하도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들은 단일 광 검출기이고, 상기 광학 측정 디바이스는,
상기 단일 광 검출기에 커플링된 하나 이상의 수신 광 가이드들을 더 포함하고, 상기 하나 이상의 수신 광 가이드들의 각각은, 상기 백스캐터링된 광을 수집하고 상기 단일 광 검출기를 향하여 수집된 상기 백스캐터링된 광을 지향시키도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들은 복수의 광 검출기들을 포함하고, 상기 광학 측정 디바이스는,
복수의 수신 광 가이드들을 더 포함하고, 상기 복수의 수신 광 가이드들의 각각은, 상기 복수의 광 검출기들 중 개별의 하나의 광 검출기에 커플링되고, 상기 백스캐터링된 광을 수집하고 상기 복수의 광 검출기들 중 상기 개별의 하나의 광 검출기를 향하여 수집된 상기 백스캐터링된 광을 지향시키도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들은 하나 이상의 수신 광 가이드들에 커플링되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들은 상기 송신 광 가이드의 길이를 따라 분포된 복수의 광 검출기들을 포함하고, 상기 복수의 광 검출기들의 각각은, 상기 백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 상기 백스캐터링된 광에 기초하여 상기 출력을 생성하도록 구성되는, 광학 측정 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 광 검출기들에 커플링되고 상기 하나 이상의 광 검출기들로부터의 상기 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하기 위한 프로세서 실행가능 명령들로 구성된 프로세서를 더 포함하는, 광학 측정 디바이스.
피험자에 적용된 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법으로서,
상기 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 단계로서, 상기 광의 시트의 단면 프로파일은 상기 동맥의 직경보다 긴 상기 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 갖는, 상기 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 단계;
상기 동맥 및 상기 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 반사된 상기 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신하는 단계; 및
수신된 상기 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하는 단계를 포함하는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 상기 광의 시트의 길이보다 짧은 상기 동맥의 상기 종 방향에 평행한 폭을 갖는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 타원형, 직사각형, 삼각형, 또는 다각형 형상을 갖는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키는 단계는 상기 피험자의 사지의 부분 둘레를 따라 상기 광의 시트를 지향시키는 단계를 포함하는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 사지의 부분 둘레를 따라 상기 광의 시트를 지향시키는 단계는 적어도 40 도를 향하여 상기 사지의 상기 부분 둘레를 따라 상기 광의 시트를 지향시키는 단계를 포함하고; 그리고
상기 백스캐터링된 광을 수신하는 단계는 상기 사지의 상기 부분 둘레를 따라 상기 백스캐터링된 광을 수신하는 단계를 포함하는, 광학 측정 디바이스를 사용하여 심혈관 특성들을 측정하는 방법.
심혈관 특성들을 측정하기 위한 광학 측정 디바이스로서,
피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키기 위한 수단으로서, 상기 광의 시트의 단면 프로파일은 상기 동맥의 직경보다 긴 상기 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 갖는, 상기 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트를 지향시키기 위한 수단;
상기 동맥 및 상기 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 반사된 상기 광의 시트로부터의 광인 백스캐터링된 광을 수신하기 위한 수단; 및
수신된 상기 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하기 위한 수단을 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 상기 광의 시트의 길이보다 짧은 상기 동맥의 상기 종 방향에 평행한 폭을 갖는, 광학 측정 디바이스.
제 23 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 타원형, 직사각형, 삼각형, 또는 다각형 형상을 갖는, 광학 측정 디바이스.
심혈관 특성들을 측정하기 위한 광학 측정 디바이스로서,
광학 센서로서,
하나 이상의 광 소스들;
상기 하나 이상의 광 소스들에 커플링되고 피험자 내의 동맥을 향하여 광의 시트로서 상기 하나 이상의 광 소스들로부터의 광을 지향시키도록 구성된 하나 이상의 송신 광 가이드들로서, 상기 광의 시트의 단면 프로파일은 상기 동맥의 직경보다 긴 상기 동맥의 종 방향을 횡단하는 길이를 갖는, 상기 하나 이상의 송신 광 가이드들; 및
백스캐터링된 광을 수신하고 수신된 상기 백스캐터링된 광에 기초하여 출력을 생성하도록 구성된 하나 이상의 광 검출기들로서, 상기 백스캐터링된 광은 상기 동맥 및 상기 동맥을 둘러싸는 조직들로부터 백스캐터링된 상기 광의 시트로부터의 광인, 상기 하나 이상의 광 검출기들을 포함하는, 상기 광학 센서; 및
상기 광학 센서에 커플링되고 상기 광학 센서로부터의 상기 출력에 기초하여 하나 이상의 심혈관 특성들을 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 광학 측정 디바이스.
제 27 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 상기 광의 시트의 길이보다 짧은 상기 동맥의 상기 종 방향에 평행한 폭을 갖는, 광학 측정 디바이스.
제 27 항에 있어서,
상기 광의 시트의 상기 단면 프로파일은 타원형, 직사각형, 삼각형, 또는 다각형 형상을 갖는, 광학 측정 디바이스.