JP2019506205A - 生理学的測定値の非侵襲的監視のための装置、システム、および方法 - Google Patents

Abstract

測定された生理学的信号の変化を検出するために少なくとも１つの監視装置とコンピュータ化された装置とを含む、被験者の生理学的測定値の非侵襲的監視のためのシステムおよび方法。監視装置は、少なくとも１つの測定ユニットを含む。各測定ユニットは、少なくとも２つの発光源と、少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサとを含む。コンピュータ化された装置は、監視装置からデータを受信するために、少なくとも１つの監視装置と通信している。監視装置は、被験者の身体に取り外し可能に取り付け可能であるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、非侵襲的な生理学的測定に関する。より具体的には、本発明は、生理学的測定値の非侵襲的な監視および分析のためのウェアラブル装置、システム、および方法に関する。

多くの人々は、自分の体調の何らかの変化を監視するために定期的に健康診断を受けている。例えば、血中コレステロール値を調べるために定期的な（例えば、毎月、３か月毎の）血液検査を受けている、または血糖値を監視するように（一般に皮膚の穿刺を必要とする）専用装置による日々の血糖検査を受けている。

これらの検査は何れも侵襲的であり、時には被験者にとって痛みがあるので、使用者が自分の生理学的特徴を連続的に監視できるばかりでなく、血液中の測定されたパラメータのレベルの傾向および変化を特定できる非侵襲的な解決策に対する必要性が生じている。市販の製品の一部は、脈拍または温度などの生理学的徴候の非侵襲的な測定を可能にする。ただし、これら解決策は、それほど正確ではなく、現在の侵襲的測定の代わりに利用可能な、血液成分のレベルを非侵襲的に測定できる解決策は存在しない。

したがって、本発明の一部の実施形態によると、被験者の身体に取り外し可能に取り付けられるように適合された監視装置が提供される。この装置は、少なくとも２つの発光源とこの少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサとを有する測定ユニットと、この測定ユニットに結合された、被験者の生理学的徴候を測定および分析するように構成された制御装置とを含む。一部の実施形態において、この監視装置はウェアラブルであり得る。

一部の実施形態において、第１のサンプリング頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が第１の測定される生理学的特徴のために使用され得る。第２のサンプリング頻度が第２の測定される生理学的特徴のために使用され得る。一部の実施形態において、少なくとも１つのセンサは、少なくとも１つの発光源から放出されて被験者の皮下組織から反射された光ビームを検出するように構成された光センサであり得る。

一部の実施形態において、少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも１つの発光源は、少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも別の発光源とは異なる波長で動作し得る。一部の実施形態においては、複数の異なる波長の数が測定対象の物質に基づき決定され得る。一部の実施形態においては、光ビームが各発光源から所定の時間間隔で放出され得る。

一部の実施形態において、少なくとも１つの発光源は、光ビームを所定の偏光で放出するように構成された偏光光源であり得る。この場合、少なくとも１つのセンサは、偏光ビームの反射を検出するように構成された偏光センサであり得る。この偏光センサは、偏光光源とは異なる偏光を有する。

一部の実施形態において、本装置は、コンピュータ化された外部装置との通信を可能にするように構成された通信モジュールを更に含み得る。一部の実施形態において、本装置は、電力貯蔵ユニットを更に含み得る。

一部の実施形態において、通信モジュールは、無線通信を可能にするように構成され得る。一部の実施形態において、本装置は、コンピュータ化された外部装置に送信される測定データを格納するように構成されたメモリモジュールを更に含み得る。一部の実施形態において、本装置は、被験者の皮膚にかかる過剰圧力を知らせるための圧力センサを更に含み得る。

したがって、本発明の一部の実施形態によると、被験者の生理学的測定値の非侵襲的監視のためのシステムが提供される。このシステムは、測定された生理学的信号の変化を検出するための少なくとも１つの監視装置とコンピュータ化された装置とを含む。この監視装置は、測定ユニットを少なくとも１つ備える。各測定ユニットは、少なくとも２つの発光源と、この少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサとを含む。コンピュータ化された装置は、監視装置からのデータを受信するために少なくとも１つの監視装置と通信している。一部の実施形態において、監視装置は、被験者の身体に取り外し可能に取り付け可能であるように構成され得る。

一部の実施形態において、監視装置とコンピュータ化された装置との間の通信は無線であり得る。一部の実施形態において、少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも１つの発光源は、少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも別の発光源とは異なる波長で動作し得る。

一部の実施形態においては、複数の異なる波長の数が測定対象の物質に基づき決定され得る。一部の実施形態において、第１の波長および／または頻度は、第１の測定される生理学的特徴のために使用され得る。第２の頻度は、第２の測定される生理学的特徴のために使用され得る。

一部の実施形態において、測定の波長および／または頻度は、測定された生理学的信号の変化に対応し得る。一部の実施形態において、コンピュータ化された装置は、携帯電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、およびモバイルコンピュータから成る群から選択され得る。一部の実施形態においては、監視装置とコンピュータ化された装置との間で通信モジュールを介してデータが転送され得る。一部の実施形態においては、データが無線で転送され得る。一部の実施形態においては、監視装置とコンピュータ化された装置との間で所定の時間間隔でデータが転送され得る。

一部の実施形態において、コンピュータ化された装置は、ユーザインタフェース付きのディスプレイを含み得る。一部の実施形態において、測定ユニットは、皮膚組織の厚さを判定するように構成された超音波ユニットを更に含み得る。一部の実施形態において、本システムは、少なくとも１人の被験者のために測定された生理学的信号を分析するために、コンピュータ化された装置と通信しているデータ分析設備を更に含み得る。

一部の実施形態において、超音波ユニットは、被験者の皮膚の下の血管へのアレイの近接を判定するように更に構成され得る。一部の実施形態において、本システムは、発光源からの光学データと組み合わされる音響データをコンピュータ化された装置に提供するための音響センサを更に含み得る。

一部の実施形態において、本システムは、被験者の皮膚から反射された光を検出するための少なくとも１つのセンサと、被験者の皮膚を透過した光を検出するための少なくとも１つのセンサとを含み得る。

したがって、本発明の一部の実施形態によると、被験者の生理学的測定値の非侵襲的監視方法が提供される。本方法は、少なくとも２つの光源によって光ビームを被験者の皮膚に向けて放出するステップと、反射されて検出された光ビームに基づき、少なくとも１つの光センサによって被験者の生理学的信号をサンプリングするステップと、測定された生理学的信号の変化が所定の閾値を超えていることを検出すると警告を発するステップと、を含む。

一部の実施形態においては、被験者の生理学的信号のサンプリングが事前に規定された時間毎に繰り返し実施され得る。一部の実施形態においては、第１の頻度が第１の測定される生理学的特徴のために使用され得る。第２の頻度が第２の測定される生理学的特徴のために使用され得る。一部の実施形態において、本方法は、変化を検出するために２つの連続する測定値を比較するステップを更に含み得る。

一部の実施形態において、本方法は、既知の血管から反射されてそこで検出される光を放出する光源の強度を較正するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、血管に近い被験者の皮膚上の位置に関するインディケーションを受信するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、このインディケーションは、パルス信号の測定時に受信され得る。

一部の実施形態において、本方法は、放出された光ビームおよび検出された光ビームのデータを比較するステップと、この比較に基づき、血液による放射線吸収に関するインディケーションを提供するステップとを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、放出される各光ビームを事前に規定された方向に方向付けるステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、隣接する血管に位置合わせされるように光源を調整するステップを更に含み得る。

一部の実施形態において、本方法は、放出される少なくとも１つの光ビームの波長を調整するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、サンプリングは、被験者の皮膚との接触の検出時に開始され得る。一部の実施形態において、本方法は、サンプリングされたデータが所定の範囲内にあるかどうかを調べるステップと、サンプリングされたデータが所定の範囲を超えた場合に警告を発するステップとを更に含み得る。

一部の実施形態において、本方法は、サンプリングされたデータを格納されている少なくとも１つのデータセットと比較するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、放出された光ビームの波長が所定範囲内にあるかどうかを調べるステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、放出される光ビームの波長を調整するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、被験者の皮膚組織の厚さを監視するステップを更に含み得る。一部の実施形態において、本方法は、各被験者を個人的な反射率係数に対応付けるステップと、個人的な反射率係数に基づき、サンプリングされたデータを調整するステップとを更に含み得る。

一部の実施形態において、本方法は、各被験者を個人的な反射率係数に対応付けるステップと、変化を検出するために２つの連続する測定値を比較するステップと、個人的な反射率係数に基づき、変化が検出された読み取り値のために補償関数を適用するステップとを更に含み得る。

本発明と見做される主題は、本明細書の結論部分に詳細に指摘されて明瞭に記載されている。ただし、本発明は、編成および動作方法の両方に関して、その目的、特徴、および利点と共に、以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と共に読まれると、最も良く理解され得る。

本発明の一部の実施形態による非侵襲的監視システムを模式的に示す。 本発明の一部の実施形態によるウェアラブル監視装置のための測定ユニットを模式的に示す。 本発明の一部の実施形態による、測定ユニットが被験者によって装着されているウェアラブル監視装置の断面図を模式的に示す。 本発明の一部の実施形態による、被験者に結合されて隣接している測定ユニットの断面図を模式的に示す。 本発明の一部の実施形態による、生理学的測定値の非侵襲的監視方法のフローチャートを示す。 本発明の一部の実施形態による、生理学的測定値の非侵襲的監視の分析方法のフローチャートを示す。 本発明の一部の実施形態による、血液パラメータ読み取り値の補償方法のフローチャートを示す。 本発明の一部の実施形態による、被験者に結合されて隣接している、超音波ユニットが埋め込まれた測定ユニットの断面図を模式的に示す。 本発明の一部の実施形態による、非侵襲的監視システムによる第１の測定値のクラークエラーグリッド（Ｃｌａｒｋｅ Ｅｒｒｏｒ Ｇｒｉｄ）チャートを示す。 本発明の一部の実施形態による、非侵襲的監視システムによる第２の測定値のクラークエラーグリッドチャートを示す。 本発明の一部の実施形態による、非侵襲的監視システムによるアルブミンの吸収測定値を示す。 本発明の一部の実施形態による、非侵襲的監視システムによる低密度リポ蛋白（ＬＤＬ）の吸収測定値を示す。 本発明の一部の実施形態による非侵襲的監視システムによる極低密度リポ蛋白（ｖＬＤＬ）の吸収測定値を示す。

図の簡素化および明瞭化のために、これらの図に示されている要素は必ずしも同じ変倍で描かれているとは限らないことを理解されるであろう。例えば、一部の要素寸法は、明瞭化のために他の要素に比べ誇張されている場合がある。更に、適切と考えられた場合は、対応または類似の要素を示すために、参照符号がこれらの図にわたって繰り返されている場合がある。

以下の詳細な説明においては、本発明の完全な理解をもたらすために、具体的な詳細が多数記載されている。ただし、本発明はこれらの具体的な詳細なしに実施され得ることを当業者は理解されるであろう。また、本発明を曖昧にしないように、周知の方法、手順、および構成モジュール、ユニット、および／または回路は、詳細に説明されていない。１つの実施形態に関して説明されている一部の特徴または要素は、他の複数の実施形態に関して説明されている特徴または要素と組み合わされ得る。明瞭化のために、同じ、または同様の、特徴または要素の説明が繰り返されない場合がある。

本発明の複数の実施形態はこの点に関して限定されないが、例えば、「処理」、「計算」、「算出」、「決定」、「確立」、「分析」、「チェック」、またはこれらに類するもの、などの用語を用いた説明は、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内に物理（例えば、電子）量として表されているデータを操作する、および／または、これらデータをコンピュータのレジスタおよび／またはメモリ内に、または操作および／またはプロセスを実行するための命令を格納し得る他の非一時的な情報格納媒体内に、同様に物理量として表される他のデータに変換する、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、または他の電子計算装置、の操作（単数または複数）および／またはプロセス（単数または複数）を指し得る。本発明の複数の実施形態はこの点に関して限定されるものではないが、本明細書に使用されている用語「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」および「多数（ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は、例えば、「倍数（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）」または「２つ以上（ｔｗｏ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を含み得る。用語「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」または「多数（ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は、２つ以上の構成要素、装置、要素、ユニット、パラメータ、またはこれらに類するものを説明するために本明細書の全体にわたって使用され得る。セットという用語は、本明細書に使用される場合、１つ以上の項目を含み得る。明示的に記載されていない限り、本明細書に記載されている方法実施形態は、特定の順番またはシーケンスに拘束されない。更に、記載されている複数の方法実施形態またはそれらの要素の一部は、同時に、同じ時点で、または並行して、発生可能である、または実施可能である。

次に、図１を参照する。この図は、全体が１００で示されている、本発明の一部の実施形態による非侵襲的監視システムを模式的に示す（破線矢印の方向は情報の流れの方向を示し得る）。非侵襲的監視システム１００は、ウェアラブル監視装置１１０を用いて被験者１０の連続的および／または反復的な非侵襲的監視を可能にするように設計される。ウェアラブル監視装置１１０は、被験者１０の四肢の何れかに、あるいは身体の他の部分（例えば、指、耳、等々）に、装着可能であり得る。

ウェアラブル装置１１０は、装置１１０が被験者１０によって装着されている限り、被験者１０の生理学的信号（例えば、脈拍、血液成分レベル、等々）に関する連続データを収集し得るので、ウェアラブル装置１１０は、測定された生理学的信号の変化が検出され得るように、継続データを提供し得ることを理解されたい。一部の実施形態において、ウェアラブル装置１１０は、ウェアラブル装置１１０が使用者によって装着されているときに、データを収集し得る。更には、装置１１０が被験者１０によって装着されていないときでも、収集したデータを使用者に提供し得る。

一部の実施形態によると、ウェアラブル装置１１０は、被験者１０の生理学的信号のサンプリングを事前に規定された時間毎に繰り返し行うように構成され得る。一部の実施形態において、サンプリング頻度（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は、ナイキストレートに等しいかそれ以上であり得る。ウェアラブル監視装置１１０が被験者１０のさまざまな生理学的特徴を非侵襲的に測定するように構成されるとき、測定される生理学的特徴毎に異なるサンプリング頻度が使用され得る。

一部の実施形態によると、監視システム１００は、ウェアラブル監視装置１１０からデータを受信するように構成されたコンピュータ化された装置１２０（例えば、被験者１０の近傍のプロセッサ）を更に含み得るので、その受信データの（例えば、プロセッサによる）処理を可能にし得る。一部の実施形態において、コンピュータ化された装置１２０は、例えば、携帯電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、または他の何れか適した計算装置１２０であり得る、またはこれらのうちの１つを含み得る。例えば、本明細書に記載されているようなシステム１００は、コンピュータ化された装置１２０などの装置を１つ以上含み得る。

一部の実施形態によると、監視されたデータはコンピュータ化された装置１２０からウェアラブル監視装置１１０に、およびこの逆に、適合性のある通信モジュールを介して（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥース、ＮＦＣ、等々を介して）転送され得る。例えば、ウェアラブル監視装置１１０を装着している使用者１０が携帯電話も操作している場合、この使用者１０は、有線および／または無線通信を介してウェアラブル監視装置１１０との双方向のデータ転送を行うために、携帯電話をコンピュータ化された装置１２０として利用し得る。

一部の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、被験者１０の生理学的徴候を測定するよう構成され得る専用の制御装置（以下において図２、図３Ａ、および図３Ｂを参照して更に説明する）を有する測定ユニット（図２の２００）と、コンピュータ化された装置１２０との、例えば、無線通信を介した、通信を可能にするように構成された通信モジュールと、電力貯蔵ユニット（例えば、電池）とを含み得る。コンピュータ化された装置１２０は、ウェアラブル監視装置１１０との双方向のデータ転送を可能にするように、およびウェアラブル監視装置１１０からの受信データの処理を可能にするように、構成された適合性のある構成要素を複数含み得る。例えば、コンピュータ化された装置１２０は、適合性のある通信モジュールと、ディスプレイ（例えば、ユーザインタフェース付き）と、監視装置１１０によって測定された被験者１０の生理学的データを処理および監視できるプロセッサとを含み得る。

コンピュータ化された装置１２０は、一部の実施形態によると、リアルタイムの測定値を被験者１０に表示するように、（例えば、専用アルゴリズムがインストールされた）専用ユーザインタフェースを有し得る。したがって、使用者は、ウェアラブル監視装置１１０によって測定された生理学的徴候に関する警告および／または更新を受信し得る。一部の実施形態において、コンピュータ化された装置１２０は、測定された生理学的信号の変化が所定の閾値を越えていることを検出すると、警告を発し得る。

一部の実施形態において、監視システム１００は、データ分析設備１３０、例えば、１つ以上のウェアラブル装置と通信している１つ以上のサーバコンピュータなど、を更に含み得る。データ分析設備１３０は、生理学的信号、血液パラメータ（例えば、血液中の薬物濃度、血液化学、等々）、およびこれらに類するものなど、１人以上の被験者１０からの測定データの処理および分析用の専用データベースを有するコンピュータ化された装置を含み得る。

このようなデータ分析設備１３０は、ビッグデータ分析、マシンラーニング、およびデータマイニングタスクのうちの少なくとも１つを実施するように適合され得る。したがって、データ分析設備１３０は、複数の被験者からの生理学的信号を分析し得るので、ひいては、以下において更に説明するように、生理学的測定値のための望ましい範囲および傾向、更には医学的洞察を導き出し得る。

一部の実施形態において、測定されたデータの分析および処理は、監視装置１１０に埋め込まれた専用プロセッサ上で実施され得る。

一部の実施形態において、専用の測定アルゴリズムは、測定を実施するための所定の時間間隔、および／またはウェアラブル監視装置１１０からコンピュータ化された装置１２０にデータを送信するための時間間隔を規定し得る。更に、この測定アルゴリズムは、コンピュータ化された装置１２０からデータ分析設備１３０にデータを送信するための所定の時間間隔も規定し得る。一部の実施形態において、これら所定の時間間隔は、使用者（例えば、被験者１０、介護者、等々）によって、および／または専用の測定アルゴリズムによって、変更され得る。

例えば、監視システム１００は、血糖値の急上昇を示すデータをウェアラブル監視装置１１０から受信し得るので、専用の測定アルゴリズムは、警告を被験者１０に送出する前に付加情報を収集するように、測定の実施頻度および／または時間間隔の持続期間を自動的に増加させ得る。一部の実施形態においては、例えば、血糖値の低下を示すデータをウェアラブル監視装置１１０から受信すると、測定間の時間間隔が減らされ得る。

一部の実施形態において、監視システム１００は、被験者１０の挙動を知ることによって、自己最適化を行い得る。例えば、被験者１０がスポーツ活動に従事する日中の特定の時間を知ると、測定された生理学的徴候（例えば、脈拍、血圧、等々）の期待値に影響を及ぼし、このような時間に関するデータを専用メモリおよび／またはデータベースに格納する。このような最適化によって、監視システム１００は、「くつろいだ状態」（例えば、被験者が肉体的活動を一切行っていない状態）にある被験者についての実際の情報を与える測定のみを行い得るので、冗長な測定が減らされるか、または完全に防止されて、ウェアラブル監視装置１１０のための電力が節約される。

一部の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、後で送信される測定データを格納するように構成されたメモリモジュールを更に含み得る。この特徴により、システムは、データの送信を所定の間隔でのみ行うことによって、電力を節約し得る。一部の実施形態において、このメモリモジュールには、所定の種類のデータのみが格納され得る。例えば、毎日の血糖値の測定記録が格納される。

次に、図２を参照する。この図は、本発明の一部の実施形態による、ウェアラブル監視装置のための測定ユニット２００を模式的に示す。測定ユニット２００は、少なくとも１つのセンサ２１０と少なくとも１つの発光源２２０とを含み得る。一部の実施形態において、測定ユニット２００は、環境からの雑音を減らすように、被験者１０の皮膚に隣接して接触している。少なくとも１つの発光源２２０から被験者１０に向けて放出される光ビームによって、ウェアラブル監視装置は（例えば、少なくとも１つのセンサ２１０によって）非侵襲的な光学測定を行い得ることに注目されたい。

一部の実施形態においては、被験者１０のいくつかの血管の同時監視を可能にするために、複数の測定ユニット２００が（例えば、アレイとして）使用され得る。例えば、隣接する３つの測定ユニット２００から成るアレイ。一部の実施形態において、監視システム１００は、最適な測定を実現するために、複数の測定ユニット２００内の複数の異なる発光源２２０を作動させ得る（例えば、検出された血管に最も近い発光源２２０のみを起動する）。このようなアレイは、血管の分布がそれぞれ異なる身体の複数部分における測定を可能にし得るので、監視システム１００は、血管に最も近い特定の測定ユニット２００を選択して作動させ得る。一部の実施形態において、例えば、複数の異なる特徴（例えば、血糖、インスリン、ＬＤＬ、ＶＬＤＬ、およびアルブミン）の同時測定を可能にするために、各測定ユニット２００を異なる波長で作動させ得る。一部の実施形態においては、複数の異なる物質（例えば、血糖およびアルブミン）の測定がそれぞれ異なる波長で、および／またはそれぞれ異なる数の波長で、実施され得る。例えば、血糖の測定には、各測定ユニット２００を８つの異なる波長で作動させる必要があり得るが、アルブミンの測定には、各測定ユニット２００を他の６つの波長で作動させる必要があり得る。

少なくとも１つの発光源２２０（例えば、ＬＥＤ）から放出されて、被験者の皮下組織から（例えば、皮下組織内の血管内の血液から）反射され、その後に少なくとも１つのセンサ２１０によって検出される光は、一部の実施形態によると、赤外または近赤外（ＩＲ：Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）スペクトルの光であり得る。一部の実施形態においては、被験者１０の血液からの生理学的信号を測定するために短波ＩＲ（ＳＷＩＲ：Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ ＩＲ）撮像が利用される。ＳＷＩＲ波帯は、９００ｎｍにおける近ＩＲ領域の下縁から最大２５００ｎｍにわたり、被験者１０の血管内の血液および血液成分の検査に利用され得る。必要であれば、ＳＷＩＲ波帯の範囲は広げられ得ることに注目されたい。

測定ユニット２００はさまざまな構成で設けられ得ることに注目されたい。一部の実施形態においては、単一のセンサ２１０が（例えば、図２に示されているように）複数の発光源２２０によって取り囲まれる。他の構成では、複数のセンサ２１０および複数の発光源も採用し得る。例えば、複数のセンサ２１０の各々が複数の発光源２２０によって取り囲まれ、少なくとも２つのセンサ２１０が少なくとも１つの発光源２２０を共有し得る。

一部の実施形態においては、各発光源２２０、または発光源２２０のサブセット（例えば、ペア、トリプレット、等々）がそれぞれ異なる所定の波長で光を放出し得る。

一部の実施形態においては、全ての発光源２２０が同時に光を放出しないように、各発光源２２０、または発光源２２０のサブセット、は異なる時刻に、および／または異なる頻度で、光を放出し得る。これは、光ビームの放出間の時間間隔が分かっていれば、反射された組織に関する付加情報を提供し得る。

一部の実施形態によると、各発光源２２０による、または発光源２２０の各サブセットによる、サンプリング頻度は、測定される生理学的信号のナイキストレート以上であり得る。

一部の実施形態においては、光学測定の精度を上げるために、偏光光学手段が利用され得る。具体的には、所定の偏光を有する光ビームを放出し、例えば専用フィルタによって、これらビームを大幅に異なる偏光で受光することによって、測定値の信号対雑音比を向上させ得る。更に、このような偏光は、外皮層からの雑音が低減され得る一方で、血液からの反射ビームからの信号のみが測定されるので、組織内への光ビームの浸透に関するインディケーションも向上させ得る。

一部の実施形態において、少なくとも１つの発光源は、少なくとも１つの所定の偏光で（例えば、放出される少なくとも１つの光ビームが偏光されないように、交互モードで）光ビームを放出するように構成された偏光光源であり得る。この場合、少なくとも１つのセンサは、偏光ビームの反射を検出するように構成された偏光センサであり得る。この場合、偏光センサは、偏光光源とは異なる偏光を有する。

一部の実施形態においては、他のセンサも利用され得る。例えば、音響超音波センサ、ならびに光音響センサ、テトラヘルツセンサ、ＲＦセンサ、マイクロ波センサ、および対応するエネルギー源。

一部の実施形態において、発光源（例えば、ＬＥＤ）は、デューティサイクルの設定が可能なパルス幅変調（ＰＷＭ）モードで作動され得る。当業者には明らかなように、デューティサイクルのパルス幅は小さく、約〜０．０１％程度であり得る。一部の実施形態において、このパルス幅は、データ分析設備１３０による測定中、実際の読み取り値に応じて変化させ得る。

加えて、一部の実施形態においては、ＰＷＭスイッチング周波数との相関関係がない全情報を阻止するバンドパスフィルタを使用することによって、少なくとも１つのセンサ２１０が少なくとも１つの発光源２２０に同期化され得る。このようなバンドパスフィルタは、作動中に、例えば分析設備１３０によって算出されるように、頻度の切り換えを可能にするために調整可能であり得る。

次に、図３Ａ〜図３Ｂを参照する。これらの図は、被験者１０の身体に結合されているウェアラブル監視装置１１０を示す。図３Ａは、本発明の一部の実施形態による、全体が参照符号３００で示されている、測定ユニット２００が被験者１０の四肢の１つに装着されているウェアラブル監視装置１１０の断面図を模式的に示す。

一部の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、被験者１０の身体の一部（例えば、指または手首、または脚）を取り囲み、放出された光は（例えば、図３Ｂに示されているように）血管から反射されて戻される。あるいは、他の複数の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、身体の異なる部分（例えば、耳）にクリップ留めされ得る。この場合、放出された光は、その部分を通過し、ウェアラブル監視装置１１０の反対側のセンサに到達する。一部の実施形態によると、少なくとも１つのウェアラブル監視装置１１０は、血管から反射されて戻された光の検出、および／または被験者１０の身体の一部を透過した光の検出、を少なくとも１つのセンサによって同時に行い得る。

例えば、測定ユニット２００は、被験者１０の手首に装着されたバンド様のウェアラブル監視装置１１０に埋め込まれ得る。したがって、周囲光へのセンサ２１０（図２）の暴露を防止するために、および発光源２２０から放出されて血管内の血液から反射された光ビームを（センサ２１０によって）検出するために、測定ユニット２００を皮膚に十分に隣接させ得る。

一部の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、ウェアラブル監視装置１１０が作動可能な状態にあるかどうかを感知可能なブラケットを含み得る。例えば、被験者１０との適切な接触が実現されたときに（例えば、手首バンドが使用者の手首に固定されたときに）、監視を開始するためにウェアラブル監視装置１１０を始動させるブラケット。

一部の実施形態においては、身体の複数の異なる部分からの測定値との比較によって精確な測定値を提供するために、複数のウェアラブル監視装置１１０が同じ被験者１０によって使用され得る。例えば、手首に装着された第１のウェアラブル監視装置１１０と、脚に装着された第２のウェアラブル監視装置１１０。

一部の実施形態において、ウェアラブル監視装置１１０は、被験者１０の皮膚にかかる過剰圧力を知らせるように構成された圧力センサを更に含み得る。これは、皮膚にかかる圧力を調整するために、ひいては測定値から雑音を減らすために、例えば皮膚へのウェアラブル監視装置１１０の結合を操作する（例えば、監視装置１１０を物理的に移動させる）ことによって、（例えば、圧力を下げる、または上げる、ために）ウェアラブル監視装置１１０の締結具の調整を可能にするように実施され得る。

精確な測定値を受信するには、血管から反射された光信号を測定し得るように、測定ユニット２００のセンサ２１０を被験者１０の皮膚に隣接させる必要があることに注目されたい。一部の実施形態において、各発光源２２０からの信号強度は、既知の血管の上に置かれた予め較正された光源に基づき、血管への近接を知らせ得る。したがって、監視システム１００のプロセッサは、光学測定を行う（すなわち、光ビームを放出する）ために血管の近位にある一部の発光源２２０のみを選択し得る。一部の実施形態においては、血管の近位にある位置に関するインディケーションを監視システム１００が受信すると、次に発光源２２０は測定を開始するための信号を受信し得る。

当業者には明らかであり得るように、皮下組織から反射された（例えば、血管内の血液から反射された）４００〜２５００ｎｍの間の特定の波長（例えば、４１７ｎｍ、５４５ｎｍ、または５７８ｎｍ）の光と血管の上方の組織から反射された光とは、それぞれ異なる強度を有する。その理由は、血管の上方の組織から反射された光は、水分内への光の吸収がより大きいため、反射がより弱いからである。したがって、血管上にある測定ユニット２００の位置を判定するための閾値の判定が可能であり得る。

一部の実施形態において、監視システム１００は、使用者が測定ユニット２００を血管上に正しく載置できるように適合された位置決め修正用インジケータ（図示せず）を更に含み得る。例えば、センサへの反射を最適化するように発光源２２０の位置付けを改善するために、監視装置１１０をどのように移動すべきかを使用者に表示する。

一部の実施形態において、パルス信号の測定値は、十分に強いパルス信号が受信されたときに測定ユニット２００が適正位置にあることを知らせ得る。十分に強いパルス信号とは、既定の閾値を超える信号を指し得る。一部の実施形態において、監視システム１００は、例えば、異なる範囲の波長を監視することによって、血液中の薬物の存在および／または薬物濃度の測定のために利用され得る。

一部の実施形態によると、ウェアラブル監視装置は、上記と同じ特徴を有し、被験者の監視が可能でありながら、被験者の皮膚に取り外し可能に付着されるパッチ（またはステッカー）として提供され得る。このようなパッチ状の監視装置は、例えばウェアラブル装置を自分の四肢に装着せずに、身体上のさまざまな場所での測定の実施を希望する使用者にとって役立ち得る。

図３Ｂは、本発明の一部の実施形態による、被験者１０に結合されて隣接している測定ユニット２００の断面図を模式的に示す（破線矢印の方向は、光ビームの方向を示す）。

測定ユニット２００は、（図１の）被験者１０の皮膚３０に隣接して載置され得る。その後、光ビームが皮膚に浸透するように、（例えば、５分毎、１０分毎、または他の何れかの時間または頻度で定期的に）光ビームが発光源２２０から皮膚内に放出され得る。この光ビームは、血管３５から反射されてセンサ２１０に向けて戻され得る。放出されたビームと受信された（反射された）ビームとの間のデータの差は、血管３５内の血液による放射線（例えば、光）の吸収に関するインディケーションをもたらし得るので、ひいては、血管３５内の血液の特徴および血液測定値を非侵襲的な手順で示し得る。一部の実施形態においては、各光源２２０から放出される光ビームが事前に規定された特定の方向に方向付けられるように、各発光源２２０に光学コリメータ（または反射板）が設けられ得る。

例えば、このような測定は、連続的な血糖監視、脱水監視、血中脂質、ビタミン、カロリー、脈拍、パルス波速度（ＰＷＶ：Ｐｕｌｓｅ ｗａｖｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）、血圧による「健康マトリクス」のためのインディケーション、更には被験者の血流内の薬物、医薬、および他の化学物質のインディケーション、を提供し得る。例えば、血糖測定値に関する警告を被験者に提供するには、血糖値および／または血糖トレンドの（所定の最小）変化を示せば十分であり得るので、精密且つ精確な測定が必ずしも必要でないことを理解され得るであろう。したがって、本システムは、血糖値および／または血糖トレンドを連続的に、または繰り返し、監視し、変化が測定されたときに知らせ得る。一部の実施形態においては、電力が節約され、システムが「低エネルギー消費」モードで動作するように、システムは、有意な変化のインディケーションがあったときにのみ連続測定または複数の測定を行い得る。

一部の実施形態において、ビームの相対的な放出角度に対応するビームの浸透深さの制御を可能にするように、例えば、専用のビーム角度および位置制御要素によって、放出される光ビームの向きが制御され得る。

一部の実施形態において、このような非侵襲的な測定の（例えば、コンピュータ化された装置による）データ分析は、（例えば、血糖値の監視による）糖尿病、（例えば、水位、コルチゾール、血中アルブミン濃度、尿素濃度、および皮膚温の監視による）脱水症、服薬コンプライアンス（例えば、バルプロ酸ナトリウム（Ｄｅｐａｌｅｐｔ）、プラビックスクロピドグレル、シクロスポリン抗高血圧薬、メトホルミン−グルコファージ、リピトール−スタチン、カンナビノイド系薬剤、等々）、クレアチンキナーゼ、心筋トロポニン、Ｈｓ ＣＲＰ−Ｃ反応性蛋白質、コレステロールＬＤＬ／ＨＤＬ、トリグリセリド、および血中脂質、例えば、高密度リポ蛋白（ＨＤＬ）、低密度リポ蛋白（ＬＤＬ）、および超低密度リポ蛋白（ＶＬＤＬ）など、のうちの少なくとも１つに関する予測を提供し得る。一部の実施形態において、このような非侵襲的な測定は、コレステロール低下薬（例えば、スタチン、ナイアシン（Ｎｉａｔｚｉｎ）、およびフィブラート系薬）および／または降圧剤（例えば、チアジド）および／または糖尿病低下薬（例えば、ビグアニジン、グリタゾン、スルホニル尿素、およびインスリン）に関する予測を提供し得る。

一部の実施形態において、このような測定は、例えば低密度リポ蛋白（ＬＤＬ）、アルブミン、血糖、等々の変化を検出するための連続監視および個人データの収集によって、心臓異常または発作など、命に関わる状態になる前に警告の発行を可能にし得る。

一部の実施形態において、血糖の光学測定（例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ））は、約〜９００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲内の波長で実施され得る。一部の実施形態において、血糖測定は、音響手段（例えば、超音波センサ）によっても行われ得る。この場合、このセンサは、被験者の血管内の血液から反射された音波（例えば、超音波）を受信し得る。一部の実施形態においては、このような音響手段を用いて血液中の他の、または更なる、物質が測定され得る、および／または薬剤濃度もこのような音響手段を用いて測定され得る。

一部の実施形態において、酸素飽和度の光学測定（例えば、ＬＥＤ）は、約〜６６０ｎｍおよび／または約〜９１０ｎｍの追加の波長での酸素化および脱酸素化ヘモグロビンの比較によって実施され得る。

一部の実施形態において、監視システムは、特定の一被験者に対する初回動作の前に、複数の使用者からの平均測定値に基づき予め較正され得る、あるいは、他の装置からの測定値と比較して、特定の一被験者のために予め較正され得る（例えば、市販の血糖計に対して血糖測定値を較正する）。

一部の実施形態において、脂質およびコレステロールの光学測定（例えば、ＬＥＤ）は、約〜９３０ｎｍ、〜１２１０ｎｍ、〜１４００ｎｍ、〜１７３０ｎｍ、および／または〜１７６０ｎｍの波長で実施され得る。

一部の実施形態において、ヘモグロビンの光学測定（例えば、ＬＥＤ）は、約〜４００ｎｍ、〜８１５ｎｍ、および／または〜９５０ｎｍの追加の波長で血液中の赤血球数を調べることによって実施され得る。

一部の実施形態において、ビリルビンの光学測定（例えば、ＬＥＤ）は、約〜４６０ｎｍ、および／または〜５８５ｎｍ、および／または〜６５０ｎｍの波長で血液中のビリルビン値ならびに肝機能を調べることによって実施され得る。

ヘマトクリット測定（すなわち、総血液量中の赤血球量の百分比）は男性と女性とでは異なり得る、例えば男性では４２〜５２％、女性では３６〜４８％である、ことを理解されたい。したがって、血液中の複数の異なるパラメータの値は、当該使用者が属する特定の被験者群のために（例えば、女性使用者のために）調整され得る。その理由は、特定の物質の濃度が異なり得るので、大幅に異なる値をもたらし得るからである。

一部の実施形態において、アルブミン、総血清蛋白質、グロブリン、またはこれらの何れかの組み合わせなど、ほぼ一定のパラメータの光学測定（例えば、ＬＥＤ）は、血液中のこれら一定のパラメータのレベルを調べることによって実施され得る。一部の実施形態において、アルコールの光学測定（例えば、ＬＥＤ）は約〜１２５０〜２５００ｎｍの波長で血液中のエタノール値を調べることによって行われ得る。

次に、図４を参照する。この図は、生理学的測定の非侵襲的監視方法のフローチャートを示す。一部の実施形態によると、ウェアラブル監視装置１１０は、（例えば、コンピュータ化された装置１２０のプロセッサによって）、例えば、（上記のように）使用者の皮膚との接触が（例えば、圧力センサまたは何れか他の接触および／または圧力に感応する要素によって）検出されると、測定を開始するために起動（ｉｎｉｔｉａｔｅ）され得る４１０。

一部の実施形態によると、少なくとも１つの発光源２２０は、光ビームを使用者の皮膚の方向に放出し得る４２０。この光ビームは血管から（例えば、血管の中身によって）反射され、その後に少なくとも１つのセンサ２１０によって受信される４３０。一部の実施形態において、光ビームは使用者の組織（その内部の血管を含む）を透過し、その後にセンサ２１０によって受信される。

一部の実施形態によると、ウェアラブル監視装置１１０は、初回使用の前に（上記のように）較正され得る。その目的は、血管上に適正に位置付けられずに実施された測定をフィルタリングするために、血管が検出された４４０かどうかのインディケーションを受信された光ビームがもたらすようにするためである。受信された信号が血管からの測定値のインディケーションを提供しない場合は、少なくとも１つの発光源２２０を隣接する血管により良好に位置合わせするように、監視装置が調整され得る４５０。一部の実施形態において、このような調整４５０は、使用者がウェアラブル監視装置１１０を皮膚に沿って僅かに移動させることによって実施され得る。あるいは、発光源２２０の照明角度の調整によって、および／または血管からの信号をもたらす少なくとも１つの発光源２２０の選択によって、電気的に実施され得る。ウェアラブル監視装置１１０が適正に調整される４５０と、少なくとも１つの発光源２２０は、適した血管測定値が検出されるまで、新しい測定を開始するために光ビーム４２０を再び放出し得る。

例えば、５つの発光源２２０が光ビームを皮膚に向けて順次放出し、最初の２つの発光源２２０のみが血管に隣接していることを受信された信号が（血管を含まない組織の吸収および反射／透過に対する血管による吸収および血管からの反射および／または血管への透過によって）示す場合は、これら２つの発光源２２０からの情報のみが測定に使用され得る。

一部の実施形態によると、受信された信号が血管からの測定値のインディケーションをもたらさない場合は、光を異なる波長で放出するように、発光源２２０のうちの少なくとも１つが調整され得る。一部の実施形態において、発光源２２０のうちの一部のみが血管を検出するために利用される場合は、ウェアラブル監視装置１１０上の発光源２２０（例えば、ＬＥＤ）の異なる位置から血管を検出するように光を放出するために、他の少なくとも１つの（ウェアラブル監視装置１１０上の異なる位置にある）発光源２２０が利用され得る。

一部の実施形態において、測定のこのような調整によっても血管を検出できない場合は、例えば、所定数の定期検査（例えば、５回の検査）後に、警告が使用者に提供され得る。

受信された信号が血管からの測定値のインディケーションをもたらす場合は、使用者の生理学的信号を監視するために、測定されたデータが分析され得る４６０。例えば、血糖値の変化を調べるために、受信されたデータを分析する。このような分析は、（上記のように）事前の較正に基づき得る。

一部の実施形態において、測定値の分析４６０は、（図１を参照して説明したように）コンピュータ化された装置１２０で、および／またはデータ分析設備１３０で、実施され得る。

次に、図５を参照する。この図は、非侵襲的な生理学的測定の監視および分析方法のフローチャートを示す。一部の実施形態によると、ウェアラブル監視装置１１０によって測定されたデータの分析４６０は、被験者１０の生理学的信号が望ましい範囲内にあるかどうかを判定するために実施され得る。例えば、生理学的信号を較正することによって、受信された信号のための望ましい範囲の判定が可能であり得る、および／または望ましい範囲は、複数の被験者から収集されたデータに対応し得る、および／または望ましい範囲は、血液中の特定の物質に対して（例えば、保健所員によって）規定された特定の範囲に相当し得る。

血管が検出された４４０後、監視システム１００による分析のために、被験者１０の測定データが収集され得る５１０。例えば、測定データは、収集されてウェアラブル監視装置１１０に埋め込まれた専用メモリユニットに格納され得る。収集されたデータは、その後、更なる分析のために、コンピュータ化された装置１２０および／またはデータ分析設備１３０に転送され得る。

一部の実施形態において、収集されたデータは、収集されたデータが正常範囲内にあるかどうかを判定する５３０ために、格納されている少なくとも１つのデータセットと比較され得る５２０。一部の実施形態によると、格納されるデータは、ウェアラブル監視装置１１０の専用メモリユニットに、および／または、コンピュータ化された装置１２０に、被験者１０の以前の測定からのデータと共に格納され得る。例えば、収集されたデータは、閾値と比較され得る、および／または、閾値からの偏差を望ましい偏差範囲と比較するために偏差が算出され得る。

被験者１０の十分な測定値が収集された後、例えば較正中に、測定値の正常（または望ましい）範囲が判定され得る。したがって、新しい測定値はこの正常範囲５３０と比較され得る５２０。例えば、特定の被験者１０のための望ましい範囲を確立するために、血糖測定値の較正が実施される。

一部の実施形態において、比較のために格納されているデータは、一般大衆の測定値から取られた平均測定データを含む。この場合、大きな一群の人々の値を平均することによって、比較のための正常範囲が規定され得る。

一部の実施形態によると、格納されているデータは、格納されている光学測定値内の時間パターンおよび対応する血糖値と比較することによって、およびこれら血糖値に最も良く追従する、対応する光学測定値の低次元表現を導き出すことによって、血糖値の推定精度を向上させるために使用され得る。

更に、測定された血糖値は、多数の使用者に共通の、および肉体活動に関する、時間パターンを検出するために、統計的推論を複数の使用者の格納データに適用するために（例えば、クラウドベースの）データ分析設備１３０によって使用され得る。

収集されたデータが望ましい範囲内にある５３０場合、システムは頻度が正常（または所定）範囲内にあるかどうかを調べ得る５４０。頻度が正常値である５４０場合、測定されたデータは格納され５９０、将来の測定のために統合され得る。頻度が正常でない５４０場合、システムは頻度を正常に戻し５８０、測定されたデータを格納し５９０、将来の測定のために統合する。

あるいは、収集されたデータが望ましい範囲内にない５３０場合、システムは、頻度が正常（または所定）範囲内にあるかどうか調べ得る５４０。頻度が正常値である５４０場合、システムは、例えば、生理学的特徴の急上昇（例えば、測定期間の間における約１０〜２０％の変化）が検出されたときに測定頻度を増やすことによって、頻度を変更し得る５７０。その後、新しい測定頻度でデータを収集し得る５１０。

頻度が正常でない場合５４０、警告が使用者に（例えば、ディスプレイに）送出され得る５６０。更には、収集されたデータは将来の照会のために格納され得る５９０と共に、新しい測定データの収集５１０が新しい測定頻度で行われ得る。例えば、測定された血糖値が望ましい範囲内にない（すなわち、事前に規定された上限または下限より高いか低い）というインディケーションが第１の測定によって与えられると、測定頻度が増やされ、警告が使用者に送信される。第２の測定時に血糖値が依然として望ましい範囲内になく、第３の測定時に血糖値が正常範囲内に戻ると、測定頻度は正常レベルに下げられ得る。一部の実施形態においては、データが正常範囲に戻ったときも警告が生成され得る。

例えば、コンピュータによる２回の検査がスペクトル測定に適用される。第１の検査においては、血糖値の動態がスペクトル測定の低次元埋め込みを用いて計算された動態と比較される。したがって、スペクトル測定は、血糖値の動態およびトレンドに密接に追従することになる。特に、サンプル数の増加に伴い（実験の３日目など）、パラメータ化精度が向上される。したがって、より多くの被験者、更にはより大きなデータベース、の使用によって、パラメータ化精度が向上され得るということになる。光学測定、および対応する基準血糖測定、の回数の増加に伴い、より精巧な数値モデルが導出され得る。したがって、血糖読み取り値の精度が向上する。特に、このような測定値の大きなデータセットが蓄積されているときは、データマイニングおよび統計的推論手法が適用され得る。

一部の実施形態によると、システムの較正中に各使用者に個人的な反射率係数が対応付けられ得る。このような個人的な反射率係数は、光学読み取り値に影響を及ぼし得るパラメータに関する個人的な較正データを提供し得るので、ひいては、以下に更に説明するように、測定の個人化を可能にし得る。各使用者は固有の肉体的条件を有するので、各使用者は光学読み取り値に対してそれぞれ固有の個人的調整を必要とし得ることを理解されたい。したがって、これら調整は、データベースに以前に格納された平均値に対する個人的なオフセットの設定を可能にし得る。

人体における赤外（ＩＲ：Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）反射は、さまざまなパラメータによって影響され得ることに注目されたい。使用者依存のパラメータは、手および／または皮膚の異なる厚さ、皮膚の異なる肌色、血管の厚さおよび直径、および複数の異なる皮膚層の厚さおよび組成など、光の反射に影響するパラメータを含み得る。手首の体毛、皮膚温、使用者の（例えば、発汗を引き起こす）活動レベル、および脱水レベルなど、他の使用者依存パラメータは、測定結果に影響を及ぼし得る（または変化させ得る）。

測定の光ビームと組み合される外光照射量、外光照射の種類、ＩＲ光源と血管との間の角度および距離、ＩＲ光源の多様性（例えば、波長が異なる追加のＩＲ光源）、動作中の光源の減衰、および（例えば、周囲空気中または身体上に）発生し得る水の存在など、環境依存のパラメータも結果に影響を及ぼし得る。

一部の実施形態によると、一定と見做され得る、血液循環におけるいくつかの基準パラメータは、使用者毎の基準レベルとして（例えば、較正中に）規定され得る。したがって、基準レベルとの比較は、個々の使用者の測定されたパラメータの変化を示し得る。これら基準パラメータの値は相対的に狭い範囲内で（および緩やかな速度で）変化し得るので、これら基準パラメータは使用者毎の関連する個人的な反射率係数の算出に利用され得ることを理解されたい。

個人的な反射率係数は、身体の組織による光の透過率、反射率、および吸光度に影響する、各使用者の（相対的に一定の）基準パラメータを表し得ることに注目されたい。これら基準パラメータは、例えば図３Ｂに示されているように、光源からの光ビームが進入し、検出器に向けて反射され、吸収され、または透過する光路の一部である皮膚、組織、および血管構造に対応するので、変動しない。

一部の実施形態において、ほぼ一定の血流成分（例えば、アルブミン、血清蛋白質、グロブリン、およびこれらの何れかの組み合わせ）は、既知の（または一定の）光学挙動で光（例えば、ＩＲ光）を皮膚、血液、および血管を通して反射する「反射率が既知のミラー」と見做され得る。したがって、このような（光学挙動が既知の）基準パラメータは、血糖測定中の光の反射率、吸光度、および透過率が決定され得るように、例えば、較正中に、使用者毎に規定され得る。例えば、２つの可能な血液パラメータが血液中に溶解しているアルブミンおよびＣ０_２レベル（血管の青みがかった色を伴う）として選択され得る。これらは、健康な使用者では一定であると考えられ得るからである。アルブミンのようにほぼ一定のパラメータの変化は、健康な人々では、例えば３週間の間に、約３．５〜５ｇｒ／ｄｌの狭い範囲内で起こり得る。血液中に溶解しているＣ０_２の量は、使用者が重篤な苦痛または病気を患っていない限り、一定に留まり得る。したがって、溶解しているＣ０_２レベルの変化は、特定の使用者の苦痛を示し得る。

アルブミン（または他の一定のパラメータ）値は使用者毎に劇的に変動しないので、これらの値は各使用者の個人的な反射率係数を絶えず再算出するために利用され得ることを理解されたい。したがって、血液中の全ての変動パラメータは、アルブミン（または他の血清蛋白質）の既知の値によって補償され得る。この場合、その他パラメータは、既知の値に関して基準レベルと比較され得る。例えば、使用者が手の上で装置を移動させると、光源と血管との間の角度および距離が変化し得るので、ひいては光学読み取り値が異なり得る。したがって、アルブミン（および／または他の血清蛋白質）の読み取り値の変化に基づき、使用者が装置を移動させたことを推測し、補償関数を算出し得る。ひいては、図６に更に記載されているように、補償関数を他のパラメータの（例えば、血糖の）読み取り値に適用し得る。したがって、一部の実施形態において、この使用者に関するアルブミンの（および／または他の血清蛋白質の）基準値は、この特定の使用者が属するデータクラスタに基づき、以前取得したデータベースから、または医療データベースで入手可能な一般大衆の血液検査の以前の結果から、導出され得る。

次に、図６を参照する。この図は、一部の実施形態による、血液パラメータ読み取り値の補償方法のフローチャートを示す。初めに、血液中のほぼ一定の特定のパラメータ（アルブミンなど）の測定６１０が実施され得る。一部の実施形態において、（例えば、アルブミンについて）そのパラメータ（例えば、アルブミン）の基準値からの変化が算出され得る６２０。例えば、基準値は、同様の特徴を有する母集団（例えば、高齢の女性群）の平均値のデータベースから導出され得る。

一部の実施形態において、基準値は、特定の物質の光学読み取り値を実際の値に対応付けている（例えば、実験室条件で最初に作成された）基準変換ルックアップテーブルから導出され得る。例えば、既知の波長のＩＲ放射線で照射された、既知の濃度（例えば、４ｇｒ／ｄｌ）のアルブミン（または血糖）の既知量のサンプルを有する。したがって、使用前の較正ならびに測定後の将来の較正を可能にするように、同じ（または同様の）波長の将来の光学読み取り値を測定されたパラメータ、例えば、アルブミンまたは血糖、の実際の値に変換する必要がある。一部の実施形態においては、複数の異なる被験者群のそれぞれの組織のための追加の基準ルックアップテーブルも設けられ得る（例えば、実験室条件で初めに作成され得る）。このルックアップテーブルは、例えば、事前に規定された皮膚色を有するヒスパニック系女性の基準組織を提供し、光学ＩＲ読み取り値を組織の実際の値に変換するために使用され得る。

次に、一定のパラメータ（例えば、アルブミン）の読み取り値における以前算出された変化６２０に基づき、補償関数が算出され得る６３０。最後に、その他のパラメータ（例えば、血糖）の読み取り値を正規化するために、その他のパラメータの読み取り値に補償関数が適用され得る６４０。したがって、特定の基準パラメータ（例えば、アルブミン）の値が既知である故に、他の要因によって影響されない読み取り値を提供するために、他のパラメータが較正され得る。ここではアルブミンについて説明しているが、他のほぼ一定のパラメータも同様に算出されて較正プロセスのために適用され得ることに注目されたい。ほぼ一定のパラメータが複数使用され得ることも更に理解されたい。

次に、図７を参照する。この図は、本発明の一実施形態による、被験者に結合されて隣接している、超音波ユニット７２０が埋め込まれた測定ユニット７００の断面図を模式的に示す（破線矢印の方向は、光ビームの方向を示す）。一部の実施形態によると、非侵襲的監視システム１００を血管の上方に位置付けることによって使用者の皮膚組織の厚さの監視が可能になり得る。

測定ユニット７００は、被験者の皮膚３０に隣接して載置され得る。その後、光ビームが皮膚に浸透して血管３５からセンサ２１０に向けて反射されるように、光ビームが発光源２２０から皮膚内に放出され得る。放出されたビームと受光された（反射された）ビームとの間のデータの差は、血管３５内の血液による放射線吸収に関するインディケーションを提供し得る、ひいては血管３５内の血液の特徴および血液測定値を非侵襲的な手順で示し得る。一部の実施形態において、測定ユニット７００は、超音波信号の送受信が可能な超音波ユニット７２０を少なくとも１つ更に含み得る。

超音波トランスデューサは、それぞれの磁場の変化から導出された超音波信号を送受信し得る一組の結晶を含み得ることが理解され得る。一部の実施形態においては、このような結晶から成るアレイが非侵襲的監視システム１００に、例えば測定ユニット７００に、埋め込まれ得る。超音波トランスデューサは、更にこれらの信号を電流に変換し得る。複数の異なる超音波信号が皮膚組織に浸透して伝播し、とりわけ、動作周波数、および／または組織の含水量、および／または組織密度、に関するパラメータに応じて、反射されてトランスデューサに戻され得る。一部の実施形態において、反射された超音波の信号は、これら超音波が反射された組織の深さに応じて分類され得る。一部の実施形態においては、例えば、手首の下部において、血管の上方にある皮膚の厚さを連続的に測定するために、ひいてはトランスデューサの位置、および／または血管へのその近接、を判定するために、所定のパターンに配置された一組の圧電結晶が使用され得る。

一部の実施形態において、このような一組の結晶は、監視装置が除去および／または交換される都度、および／または、所定の時間内に、この一組の結晶が超音波信号を皮膚経由で送受信し得るように、位置付けられ得る。これら信号は、トランスデューサアレイの下の皮膚組織の厚さを判定し得る、および／または測定される皮膚の下の血管へのトランスデューサアレイの近接を判定し得る。

一部の実施形態において、例えば非侵襲的監視システム１００を用いて行われた、血管から反射された信号の監視からの所望のパラメータの判定は、事前に規定された結晶配置、および／またはこれら結晶間の所定の距離、および／または事前に規定された周波数、のうちの少なくとも１つによって実現され得る。

一部の実施形態において、例えば血糖測定のための非侵襲的監視システム１００によって、人間の組織から反射されたＩＲ信号の信号対雑音比は、１５０対１の比であり得る。この場合の雑音源は、例えば、背景照明であり得る。

次に図８Ａ〜８Ｂを参照する。これらの図は、非侵襲的監視システム１００による第１および第２の測定値のクラークエラーグリッドチャートを示す。初めに、１０時間の絶食後に５０グラムのブドウ糖が投与された８人の使用者から成る検査群に対して血糖監視のための検査が実施された。この監視は、約４〜６時間にわたって３０分毎に測定された。ここで、非侵襲的監視システム１００は、所与の血液検査のための基準としての市販の侵襲的血糖計（例えば、「アキュチェック（ＡｃｃｕＣｈｅｃｋ（登録商標）」）による監視と比較された。この検査の結果が図８Ａにクラークエラーグリッド（ＣＥＧ）によって示されている。ここで、ＦＤＡ承認の血糖計に比べ、非侵襲的監視システムによる測定値の９６パーセント超の適合性がゾーン「Ａ」に観察されている。

第２の検査実験において、８人の使用者から成る検査群に対して血糖の監視が行われた。この場合、検査群の各メンバは、１０時間の絶食後、アセトアミノフェンを含有する痛み緩和薬を約２０００ミリグラム投与された（例えば、「アカモール（Ａｃａｍｏｌ（登録商標））」の錠剤で投与された）。アセトアミノフェンは、光学測定によって固有のスペクトル信号を呈するので、非侵襲的監視システム１００による検出が可能であることが理解され得る。この検査の結果が図８Ｂにクラークエラーグリッド（ＣＥＧ）によって示されている。ここで、ＦＤＡ承認の血糖計に比べ、非侵襲的監視システムによる測定では、９７パーセント超の適合性がゾーン「Ａ」に観察されている。

例えば図８Ｂのクラークエラーグリッドチャートから、上記のように、本監視装置を使用すると、アセトアミノフェンの存在によって血糖監視が影響され得ないことが理解され得る。その理由は、例えば、血液中のアセトアミノフェンの存在に敏感な（例えば、「デクスコム（Ｄｅｘｃｏｍ）社のプラチナ（ｐｌａｔｉｎｕｍ）Ｇ４」など）市販の持続血糖測定器（ＣＧＭ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｇｌｕｃｏｓｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）による読み取り値と異なり、血糖の光学特性がアセトアミノフェンの存在によって影響され得ないからである。

一部の実施形態において、アセトアミノフェンの量は、アセトアミノフェン固有のスペクトル信号の故に、監視および／または測定され得るので、アセトアミノフェンの監視単位として役立ち得る。この場合、このような測定は、血液中の他の物質、例えば、血糖、の精確な読み取り値の判定を可能にし得る。したがって、例えば非侵襲的監視システム１００による、監視は、薬物を投与された使用者に対しても実施され得るので、実質的に精確な監視を依然としてもたらし、これにより、さまざまな薬物治療による監視のコンプライアンスを向上させ得る。

次に、図９Ａ〜９Ｃを参照する。これらの図は、非侵襲的監視システム１００によるアルブミン、ＬＤＬ、およびｖＬＤＬのそれぞれの吸収測定値を示す。非侵襲的監視システム１００によるこれらの吸収測定は、図９Ａ〜９Ｃに示されているように、（例えば、既知のアルブミン濃度を有する血液サンプルを収容している検査チューブによって）既知の濃度を有する所定のサンプルに対して実施され得るので、吸収値の較正のために使用され得ることに注目されたい。

図９Ａに示されているように、血液中のアルブミンの４つの異なる濃度についてアルブミン吸収の検査が実施された。線９１０は〜ｌｇ／ｄＬのアルブミン濃度を示し、線９２０は〜３ｇ／ｄＬの濃度を示し、線９３０は〜５ｇ／ｄＬの濃度を示し、線９４０は〜１０ｇ／ｄＬの濃度を示す。

図９Ｂに示されているように、ＬＤＬ吸収の検査が実施された。線９６０は〜５００マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９６２は〜７００マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９６４は〜１２００マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示す。

図９Ｃに示されているように、ｖＬＤＬ吸収の検査が実施された。線９７０は、〜５０マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９７２は〜１００マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９７４は〜１５０マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９７６は〜２５０マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示し、線９７８は〜３００マイクログラム／ミリメートルの濃度の測定値を示す。

当業者には理解され得るように、図９Ａ〜９Ｃは、濃度と吸収値との間に直接の相関関係が存在することを示している。ここで、正および負ピークの間の変化は、異なる波長帯を示す（スケールの正規化は検査毎に可能であるので）。既知の濃度値を有するサンプルに対するこのような測定によって、（例えば、特定の波長のピークにおける）各吸収値は、物質の対応する濃度に関係付けられ得る。したがって、（例えば、ＬＤＬの）特定の吸収値を示す被験者に対する非侵襲的監視システム１００による将来の測定値は、この被験者の血液中のその物質の対応する濃度に関連付けられ得る。

明示的に記載されていない限り、本明細書に記載されている方法実施形態は、特定の時間順または時系列順に制約されない。更に、記載されている方法要素の一部が方法の一連の操作の間で省かれることも、または繰り返されることもある。

さまざまな実施形態を提示してきた。これら実施形態の各々は、勿論、提示されている他の実施形態からの特徴を含み得る。更には、具体的に記載されていない実施形態が本明細書に記載されているさまざまな特徴を含み得る。

Claims (48)

1. 被験者の身体に取り外し可能に取り付け可能であるように適合された監視装置であって、前記装置は、
   測定ユニットであって、
   少なくとも２つの発光源と、
   前記少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサと、
   を備えた測定ユニットと、
   前記測定ユニットに結合された制御装置であって、前記被験者の生理学的徴候を測定および分析するように構成された制御装置と、
   を備えた監視装置。
2. 前記監視装置はウェアラブルである、請求項１に記載の装置。
3. 第１のサンプリング頻度が第１の測定される生理学的特徴のために使用され、第２のサンプリング頻度が第２の測定される生理学的特徴のために使用される、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記少なくとも１つのセンサは、前記少なくとも１つの発光源から放出されて前記被験者の皮下組織から反射された光ビームを検出するように構成された光センサである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも１つの発光源は、前記少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも別の発光源とは異なる波長で動作する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 複数の異なる波長の数が測定対象の物質に基づき決定される、請求項５に記載の装置。
7. 光ビームが各発光源から所定の時間間隔で放出される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 少なくとも１つの発光源が光ビームを所定の偏光で放出するように構成された偏光光源であり、少なくとも１つのセンサが前記偏光ビームの反射を検出するように構成された偏光センサであり、前記偏光センサは前記偏光光源とは異なる偏光を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
9. コンピュータ化された外部装置との通信を可能にするように構成された通信モジュールを更に備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記通信モジュールは無線通信を可能にするように構成される、請求項９に記載の装置。
11. 電力貯蔵ユニットを更に備える、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. コンピュータ化された外部装置に送られる測定データを格納するように構成されたメモリモジュールを更に備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記被験者の皮膚にかかる過剰圧力を示すための圧力センサを更に備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 被験者の生理学的測定値の非侵襲的監視のためのシステムであって、前記システムは、
    測定された生理学的信号の変化を検出するための少なくとも１つの監視装置であって、前記監視装置は少なくとも１つの測定ユニットを備え、各測定ユニットは、
    少なくとも２つの発光源と、
    前記少なくとも２つの発光源から放出された光ビームを検出するための少なくとも１つのセンサと、
    を備える、少なくとも１つの監視装置と、
    前記少なくとも１つの監視装置からデータを受信するために前記監視装置と通信しているコンピュータ化された装置と、
    を備え、
    前記監視装置は、前記被験者の身体に取り外し可能に取り付け可能であるように構成される、
    システム。
15. 前記監視装置と前記コンピュータ化された装置との間の前記通信は無線である、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも１つの発光源は、前記少なくとも２つの発光源のうちの少なくとも別の発光源とは異なる波長で動作する、請求項１４または１５に記載のシステム。
17. 複数の異なる波長の数が測定対象の物質に基づき決定される、請求項１６に記載のシステム。
18. 第１の頻度が第１の測定される生理学的特徴のために使用され、第２の頻度が第２の測定される生理学的特徴のために使用される、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記測定頻度は、測定された生理学的信号の変化に対応する、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 前記コンピュータ化された装置は、携帯電話、タブレット、パーソナルコンピュータ、およびモバイルコンピュータから成る群から選択される、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
21. 前記監視装置と前記コンピュータ化された装置との間で通信モジュールを介してデータが転送される、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
22. データが無線で転送される、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記監視装置と前記コンピュータ化された装置との間で所定の時間間隔でデータが転送される、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記コンピュータ化された装置はユーザインタフェース付きのディスプレイを備える、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載のシステム。
25. 前記コンピュータ化された装置と通信しているデータ分析設備を更に備え、前記データ分析設備は少なくとも１人の被験者のために測定された生理学的信号を分析する、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載のシステム。
26. 前記測定ユニットは、皮膚組織の厚さを判定するように構成された超音波ユニットを更に備える、請求項１４〜２５のいずれか一項に記載のシステム。
27. 前記超音波ユニットは、前記被験者の前記皮膚の下の血管へのアレイの近接を判定するように更に構成される、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記発光源からの光学データと組み合わされる音響データを前記コンピュータ化された装置に提供するために音響センサを更に備える、請求項１４〜２７のいずれか一項に記載のシステム。
29. 前記被験者の前記皮膚から反射された光を検出するための少なくとも１つのセンサと、前記被験者の前記皮膚を透過した光を検出するための少なくとも１つのセンサとを備える、請求項１４〜２８のいずれか一項に記載のシステム。
30. 被験者の生理学的測定値の非侵襲的監視方法であって、
    少なくとも２つの光源によって光ビームを前記被験者の皮膚に向けて放出するステップと、
    反射されて検出された光ビームに基づき、少なくとも１つの光センサによって前記被験者の生理学的信号をサンプリングするステップと、
    測定された生理学的信号の変化が所定の閾値を超えたことを検出すると警告を発するステップと、
    を含む方法。
31. 前記被験者の前記生理学的信号のサンプリングが所定の時間毎に繰り返し実施される、請求項３０に記載の方法。
32. 第１の頻度が第１の測定される生理学的特徴のために使用され、第２の頻度が第２の測定される生理学的特徴のために使用される、請求項３０または３１に記載の方法。
33. 変化を検出するために２つの連続する測定値を比較するステップを更に含む、請求項３０〜３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 既知の血管から反射されてそこで検出される光を放出する光源の強度を較正するステップを更に含む、請求項３０〜３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 血管に近い前記被験者の前記皮膚上の位置に関するインディケーションを受信するステップを更に含む、請求項３０〜３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記インディケーションはパルス信号の測定時に受信される、請求項３５に記載の方法。
37. 放出された光ビームのデータと検出された光ビームのデータとを比較するステップと、
    前記比較に基づき、前記血液による放射線吸収に関するインディケーションを提供するステップと、
    を更に含む、請求項３０〜３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 放出される各光ビームを事前に規定された方向に方向付けるステップを更に含む、請求項３０〜３７のいずれか一項に記載の方法。
39. 隣接する血管に位置合わせされるように前記光源を調整するステップを更に含む、請求項３０〜３８のいずれか一項に記載の方法。
40. 少なくとも１つの放出される光ビームの波長を調整するステップを更に含む、請求項３０〜３９のいずれか一項に記載の方法。
41. 前記サンプリングは、前記被験者の前記皮膚との接触の検出時に開始される、請求項３０〜４０のいずれか一項に記載の方法。
42. サンプリングされたデータが所定の範囲内にあるかどうかを調べるステップと、
    前記サンプリングされたデータが前記所定の範囲を超えた場合に警告を発するステップと、
    を更に含む、請求項３０〜４１のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記サンプリングされたデータを少なくとも１つの格納されているデータセットと比較するステップを更に含む、請求項４２に記載の方法。
44. 前記放出された光ビームの前記波長が所定範囲内にあるかどうかを調べるステップを更に含む、請求項４２に記載の方法。
45. 前記放出された光ビームの前記波長を調整するステップを更に含む、請求項４４に記載の方法。
46. 前記被験者の皮膚組織の厚さを監視するステップを更に含む、請求項３０〜４５のいずれか一項に記載の方法。
47. 各被験者を個人的な反射率係数に対応付けるステップと、
    前記個人的な反射率係数に基づき、前記サンプリングされたデータを調整するステップと、
    を更に含む、請求項３０〜４６のいずれか一項に記載の方法。
48. 各被験者を個人的な反射率係数に対応付けるステップと、
    変化を検出するために、２つの連続する測定値を比較するステップと、
    前記個人的な反射率係数に基づき、前記検出された変化を有する読み取り値に補償関数を適用するステップと、
    を更に含む、請求項３０〜４７のいずれか一項に記載の方法。

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