特表 2024-516657 有機組織を測定する光電子装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-16

(54)【発明の名称】有機組織を測定する光電子装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 10/00 20060101AFI20240409BHJP

   A61B 5/1455 20060101ALI20240409BHJP

【ＦＩ】

A61B10/00 E

A61B5/1455

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023566411

(86)(22)【出願日】2022-04-25

(85)【翻訳文提出日】2023-12-06

(86)【国際出願番号】 EP2022060853

(87)【国際公開番号】W WO2022229073

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】20215487

(32)【優先日】2021-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523405199

【氏名又は名称】オウルン イリオピスト

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100224672

【弁理士】

【氏名又は名称】深田 孝徳

(72)【発明者】

【氏名】ニッシネン ヤン

【テーマコード（参考）】

4C038

【Ｆターム（参考）】

4C038KK01

4C038KL07

4C038KY03

4C038VA04

4C038VC02

(57)【要約】

【課題】光学的に実行される生物学的測定及び／又は生体信号測定を改善することができる、有機組織を測定するための光電子装置及び方法を提供する。
【解決手段】有機組織を測定するための光電子装置を有機組織に取り付ける。半導体光放射源が、組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力する。単一光子アバランシェダイオードのアレイが有機組織に向けられて、有機組織と相互作用した光パルスの光子を検出する。各光パルスの出力後に、タイミングユニットが、時間測定範囲内における各光パルスの光子の飛行時間を決定する。データ処理ユニットが、時間ウィンドウ内における検出数、及び少なくとも１つの時間ウィンドウ内における検出分布の少なくとも一方に基づいて、時間測定範囲よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ内における組織の生理学的状態を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機組織に取り付けられた、前記有機組織を測定するための光電子装置であって、
組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力するように構成された半導体光放射源（１０２）と、
前記組織に向けられて、前記組織と相互作用した光パルスの光子を検出するように構成された単一光子アバランシェダイオード（４００）のアレイ（１０６）と、
前記光パルスの各々の出力後に、時間測定範囲（１５０）内における前記光パルスの各々の光子の飛行時間を決定するように構成されたタイミングユニット（１０８）と、
前記時間測定範囲（５１０）よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）内で前記組織と相互作用した検出光子を使用して、前記組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲における生理学的状態を推定するように構成されたデータ処理ユニット（１１０）と、
を備え、前記少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の各々は、前記組織内の固有の深さ範囲（ｄ１～ｄｎ）に対応するように構成され、前記推定は、前記少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の各々の内部における前記検出の数、及び複数の時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の前記検出の分布の少なくとも一方に基づく、
ことを特徴とする光電子装置。

【請求項2】

前記単一光子アバランシェダイオード（４００）の各々は、前記組織から前記アレイ（１０６）に向かって散乱する前記光パルスの各々の単一光子を検出するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

単一光子アバランシェダイオード（４００）の前記アレイ（１０６）は、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、の少なくとも一方を検出するように構成され、
前記データ処理ユニット（１１０）は、
主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び、
主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との間の差分、
の少なくとも一方に基づいて、乳酸に関連する生理学的状態を推定するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記データ処理ユニット（１１０）は、複数の前記時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８）の各々の内部における前記組織の前記生理学的状態の推定を時間の関数として実行し、前記推定に基づいて心臓の拍動を分離して決定するように構成される、
請求項１又は３に記載の装置。

【請求項5】

前記タイミング回路（１０８）及び前記データ処理ユニット（１１０）の少なくとも一方は、前記時間測定範囲及び前記少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８）のうちの少なくとも１つが繰り返し調整可能であるようにプログラム可能である、
請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記半導体光放射源（１０２）及び単一光子アバランシェダイオード（４００）の前記アレイ（１０６）は非ゼロの距離だけ離間する、
請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記半導体光放射源（１０２）の出力部分（３１０）及び単一光子アバランシェダイオード（４００）の前記アレイ（１０６）の入力部分（３１０）は光学的に同軸である、
請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記光電子装置（１００）は、身体（１２）の筋肉エリアに取り付けられて、無線送信機（６１０）、前記半導体光放射源（１０２）、単一光子アバランシェダイオード（４００）の前記アレイ（１０６）及び前記タイミング回路（１０８）を含む筋肉測定デバイス（６００）と、無線受信機（６１２）及び前記データ処理ユニット（１１０）を含む単独のウェアラブルデバイス（６０２）と、を備え、前記無線送信機（６１０）は、前記無線受信機（６１２）に検出に関する情報を送信するように構成され、前記無線受信機（６１２）は、前記身体（１２）の前記筋肉エリアにおける前記組織の前記生理学的状態を決定するために、前記情報を前記データ処理ユニット（１１０）に供給するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記単独のウェアラブルデバイス（６０２）は、前記組織の前記生理学的状態を決定するために、さらなる半導体光放射源（１０２’）と、前記単一光子アバランシェダイオード（４００）のさらなるアレイ（１０６’）とを含む、
請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記データ処理ユニット（１１０）は、１又は２以上のプロセッサ（９００）と、コンピュータプログラムコードを含む１又は２以上のメモリ（９０２）とを備え、
前記１又は２以上のメモリ（９０２）及び前記コンピュータプログラムコードは、前記１又は２以上のプロセッサ（９００）と共に、前記データ処理ユニット（１１０）に少なくとも前記組織の前記生理学的状態を推定させるように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項11】

有機組織を測定する方法であって、
半導体光放射源（１０２）が、前記組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力するステップ（１２００）と、
前記組織に向けられた単一光子アバランシェダイオード（４００）のアレイ（１０６）が、前記組織と相互作用した光パルスの光子を検出するステップ（１２０２）と、
タイミングユニット（１０８）が、前記光パルスの各々の出力後に、時間測定範囲内における前記光パルスの各々の光子の飛行時間を決定するステップ（１２０４）と、
データ処理ユニット（１１０）が、前記時間測定範囲（５１０）よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）内で前記組織と相互作用した検出光子を使用して、前記組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲における生理学的状態を推定するステップ（１２０６）と、
を含み、前記少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の各々は、前記組織内の固有の深さ範囲（ｄ１～ｄｎ）に対応し、前記推定は、前記少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の内部における前記検出の数、及び少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の内部における前記検出の分布の少なくとも一方に基づく、
ことを特徴とする方法。

【請求項12】

前記方法は、
単一光子アバランシェダイオード（４００）の前記アレイ（１０６）が、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数の少なくとも一方を検出するステップと、
前記データ処理ユニット（１１０）が、
主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び、
主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との間の差分、
の少なくとも一方に基づいて、乳酸に関連する生理学的状態を推定するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記データ処理ユニット（１１０）が、複数の前記時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８）の各々の内部における前記組織の前記生理学的状態の推定を時間の関数として実行するステップと、
前記推定に基づいて心臓の拍動を分離して決定するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機組織を測定する光電子装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

血液の酸素含有量変動及び心臓の拍動は、透過型酸素濃度計（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｏｘｉｍｅｔｅｒ）を使用して非侵襲的な方法で光学的に測定することができる。指先又は耳たぶに取り付けられた酸素濃度計は、典型的には連続点灯するＬＥＤ（発光ダイオード）を有するが、赤外光を出力するレーザーを使用することもでき、酸素濃度計はヘモグロビンの酸素化に依存する吸光度を測定する。反射型酸素濃度計（ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｏｘｉｍｅｔｅｒ）は、胸又は腕などの身体部位の一方の側から別の側に光が進むのではなく、身体部位から散乱及び／又は反射して戻ってきた光を測定する点を除き、基本的に透過型測定と同様に測定を行う。しかしながら、これらの測定は、例えば皮膚、筋肉及び静脈血などについては十分に機能しない。

【0003】

ヘモグロビンの酸素化レベルの濃度値の提供には、短光パルスの送信及び受信、並びにこれらの間の時間長の判定に基づく時間領域近赤外分光法（Ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ ｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）も使用されている。しかしながら、これらの装置の開発は完全ではない。従って、光学的に実行される生物学的測定及び／又は生体信号測定の改善が待ち望まれている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、測定の改善を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、独立請求項によって定められる。実施形態は、従属請求項に定められる。

【0006】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態例をほんの一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】飛行時間測定装置の例を示す図である。

【図2】有機組織の測定例を示す図である。

【図3】光ケーブルを用いた測定例を示す図である。

【図4】同軸測定の例を示す図である。

【図5】単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）のアレイの例を示す図である。

【図6】出力光パルス及び受信光パルスの例を示す図である。

【図7】外乱から有用信号を分離する例を示す図である。

【図8】一部を偏光板で覆ったＳＰＡＤの例を示す図である。

【図9】ヘモグロビン及び乳酸濃度の勾配変化の例を示す図である。

【図10】無線送信を通じて通信する単独部分の測定装置の例を示す図である。

【図11】無線送信を通じて通信する単独部分の測定装置の例を示す図である。

【図12】データ処理ユニットの例を示す図である。

【図13】単一回路基板の例を示す図である。

【図14】測定方法のフローチャート例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の実施形態は一例にすぎない。本明細書では複数の箇所において「ある（ａｎ）」実施形態に言及することがあるが、このような表現は、必ずしもこのような各言及が同じ（単複の）実施形態に対するものであること、又はその特徴が単一の実施形態のみに当てはまることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の特徴を組み合わせて他の実施形態を提供することもできる。さらに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という単語は、説明する実施形態を、言及した特徴のみから成るように限定するものとして理解すべきではなく、このような実施形態は、具体的に言及していない特徴／構造を含むこともできる。実施形態の組み合わせが構造的又は論理的矛盾を生じない限り、これらの組み合わせは全て可能であるものとみなされる。

【0009】

なお、図には様々な実施形態を示しているが、これらはいくつかの構造及び／又は機能エンティティのみを示す簡略図である。図示の接続は、論理的又は物理的接続を意味することができる。当業者には、説明する装置が図及び本文に記載する以外の機能及び構造を含むこともできることが明らかである。測定及び／又は制御のために使用するいくつかの機能、構造及びシグナリングの詳細は、実際の発明とは無関係であると理解されたい。従って、ここではこれらについてさらに詳細に説明する必要はない。

【0010】

図１に、光パルスの光子の飛行時間を利用する光電子装置１００の例を示す。半導体光放射源（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）１０２は、赤外線パルスを繰り返し出力する。ある実施形態では、半導体光放射源１０２がＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）放射源を含むことができる。光放射源１０２は、１又は２以上の光放射半導体レーザー（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ）を含むことができる。複数の半導体レーザーはアレイの形態であることができる。

【0011】

ある実施形態では、光パルスの持続時間が、例えば約１ｎｓ未満であることができる。ある実施形態では、光パルスの持続時間が、例えば約５００ｐｓ未満であることができる。

【0012】

光パルスの繰り返しは、規則的なもの又は不規則なものであることができる。繰り返しは、例えば特定の周波数を有することができる。繰り返し率は調整可能であることができる。

【0013】

光パルスは有機組織に向けられ、これについては図２、図３及び図４にさらに詳細に示す。ある実施形態では、例えば有機組織が肉片であることができる。有機組織は生体組織であることができる。ある実施形態では、例えば有機組織が動物の組織であることができる。ある実施形態では、例えば有機組織が人間などの哺乳類の組織であることができる。生きている動物の有機組織は、図２及び図３に示すように表面から内部に向かって皮膚、脂肪及び筋肉という３つの基本層を有していると考えることができる。ある実施形態では、人間などの動物が光電子装置１００を装着することができる。

【0014】

ある実施形態では、例えば有機組織が木、草又は苔などの植物の組織であることができる。植物の有機組織は、図２、図３及び図４に示すように表面から内部に向かって表皮組織、基本組織及び維管束組織という３つの基本層を有していると考えることができる。しかしながら、層の数が異なる場合もあり、或いはこれらの層が本文書に示す測定にとって重要でない場合もある。

【0015】

有機組織は、１つの器官又は複数の器官を含むことができる。単一器官の組織は、同様に機能する同様の細胞の集合体である。血液は、細胞の組織であると共に流動物質でもある。血液の生理学的状態は、ヘモグロビンレベル、ヘモグロビンレベルの傾向、及び／又は酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンとの間の差分を意味することができる。これに加えて又は代えて、血液の生理学的状態は、組織内での時間の関数としての血液量の変動、すなわち心臓の拍動を意味することもできる。これに対応して、植物組織の生理学的状態は、組織内の少なくとも１つの流動物質に依存することができる。

【0016】

図４に例を示す受光器１０４の単一光子アバランシェダイオード（ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅｓ）４００のアレイ１０６も組織に向けられる。単一光子アバランシェダイオード４００が有機組織に向けられるということは、単一光子アバランシェダイオード４００の視野（ｆｉｅｌｄ－ｏｆ－ｖｉｅｗｓ）４０２が有機組織に向けられることを意味する。単一光子アバランシェダイオード４００は、有機組織と相互作用した光パルスの光子を検出するように構成される。

【0017】

受光器１０４の単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）４００は、線形モードではなくガイガーモード（Ｇｅｉｇｅｒ ｍｏｄｅ）で動作する。従って、単一光子アバランシェダイオード４００の出力は、単一光子によってトリガーされる検出又は非検出のみを示す２値である。

【0018】

図２に、放射源１０２及び受光器１０４を皮膚又は表皮層に取り付けた測定例を示す。

【0019】

図３には、光送信ケーブル３００及び光受信ケーブル３０２を使用する例を示す。光ケーブル３００、３０２は、１又は２以上の光ファイバを含むことができる。図３では、光ケーブル３００、３０２が隣り合っているが、これらは同軸であることもできる。放射源１０２のみが光ケーブル３００を有し、光受信ケーブル３０２を含まない受光器１０４が皮膚又は表皮層に接触することも可能である。或いは、受光器１０４のみが光受信ケーブル３０２を有し、光送信ケーブル３００を含まない放射源１０２が皮膚又は表皮層に接触することも可能である。

【0020】

電気回路を含むタイミングユニット１０８は、光パルスの出力と組織からの光パルスの各光子の受信との間の時間間隔を決定する。本出願における「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ）」という用語は、その様々な文法形態において、計算、演算、結果を導き出すためのデータ処理、又はデータベースにおける検索などを意味することもできる。この結果、「決定する」は、選択又は選別することなどを意味することもできる。

【0021】

放射源１０２から送信された光パルスは、図１～図４に破線で示す、組織を通る様々な経路に沿って進むことができる。放射源１０２及び受光器１０４は、光パルスが組織に向けて送信されると同時に受光器１０４に基準信号１１４が送信されて光パルスの出力時点（ｏｕｔｐｕｔ ｍｏｍｅｎｔ）が決定されるように接続することができる。光パルスの一部は、光パルスの出力時点を決定するための基準信号１１４として部分反射ミラー又はプリズムなどを介して受光器１０４に送信できる一方で、光パルスの大部分は組織に向けて送信される。或いは、放射源１０２が、出力時点を決定するために別の電気パルス又は光パルスを基準信号１１４として受光器１０４に直接送信することもできる。一般に、基準信号１１４は、飛行時間を決定するために組織に向けて送信される光パルスに対して所定の時間依存性を有する。

【0022】

出力光パルス５００の光子の一部は、組織から反射及び／又は散乱して単一光子検出器４００のアレイ１０６にぶつかる。これらの単一光子検出器４００のいずれかにおいて、検出器４００での高速ブレークダウン（ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）の結果として光子を検出することができる。ＣＭＯＳ単一光子検出器では、検出のタイミングジッタが約１０ｐｓ～５０ｐｓのレベルになることがある。さらに、このブレークダウンによって即座に論理レベル信号（例えば、３Ｖ）が発生できるので、アナログ増幅器は不要であることができる。受光器１０４は、ＳＰＡＤ検出器４００の２Ｄアレイ１０６に加えて、複数の時間－デジタル変換器（ＴＤＣ）を有することができるタイミングユニット１０８を含むこともできる。一般に、タイミングユニット１０８は、受光器１０４の一部であることも、或いは受光器１０４の外部に存在することもできる。

【0023】

ある実施形態では、半導体光放射源１０２が単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６を検出のために有効にすることができるが、時間－デジタル変換器を制御するのは単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６であることができる。すなわち、時間－デジタル変換器は、単一光子アバランシェダイオード４００における光子の検出のみに連動して電気エネルギーを消費し、このため一般にエネルギーが節約される。時間測定範囲５１０の長さは、光パルスの送信からの遅延を使用して決定することができる。この所定の遅延後に検出が停止される。時間測定範囲５１０は、時間－デジタル変換器の時間範囲に基づくことができる。

【0024】

従って、時間－デジタル変換は、例えば約１０ｐｓ～５０ｐｓの分解能で実現することができ、検出された光子の到着時間を測定して光子の飛行時間の分布を再構成することができる。

【0025】

従って、時間－デジタル変換器の機能は、放出されたレーザーパルス５００と、光子を検出した全てのＳＰＡＤ検出器４００における発生したブレークダウンとの間の間隔を測定することである。これらの間隔は、放射源１０２から有機組織を介して受光器１０４に至る光子の移動時間である。

【0026】

図５に、出力光パルス５００、及び有機組織と相互作用した受信光パルス５０２の例を示す。ｘ軸は、任意のスケールでの時間Ｔであり、ｙ軸は、任意のスケールでの検出強度及び検出数である。タイミングユニット１０８は、各光パルスの出力後の時間測定範囲５１０内における各光パルスの光子の飛行時間を決定する。光子の飛行時間を測定する許容範囲である時間範囲５１０は、例えば装置の光学部品、（単複の）毛、その他の延長部（ｏｔｈｅｒ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）、及び／又は組織の外面上の（単複の）液体の層又は液滴及び／又は組織の外面自体からの反射が測定から除外されるように、光パルスの出力から一定の不感時間後に開始することができる。各飛行時間は、半導体光放射源１０２からの光パルスの出力時点と、アレイ１０６の単一光子アバランシェダイオード４００による光パルス５０２の光子の検出時点とに基づく。

【0027】

組織内での散乱により、受信光パルス５０２は出力光パルス５００よりもはるかに幅が広い。データ処理ユニット１１０は、時間測定範囲５１０よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８内での組織の生理学的状態を、各時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８内における検出の数、及び少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８内における検出の分布の少なくとも一方に基づいて推定又は決定する。このようにして、有機組織の層状又は非層状構造にかかわらず有機組織を階層的に測定することができる。ここでの「推定する」という用語は、その様々な文法形態において、少なくとも近似的な結果のための計算、演算、データ処理、又はデータベースにおける検索などを意味することができる。

【0028】

生理学的状態は、有機組織の少なくとも１つの器官又は少なくとも１つの器官の少なくとも一部の機能を規定又は推定することができる。有機組織の様々な変化は、光子の移動時間の変化をもたらすことにより、有機組織と相互作用した光パルス５０２の形状を組織の変化に依存させることができる。すなわち、光子の移動時間は有機組織の状態の関数である。形状は、一定期間にわたる検出の分布を意味する。これに代えて又は加えて、特定の時点における又は時間ウィンドウ内での検出の数も、有機組織の状態の関数として変動することができる。

【0029】

ある実施形態では、単一光子アバランシェダイオード４００の各々が、組織からアレイ１０６に向かって散乱する各光パルスの単一の光子を検出することができる。

【0030】

ある実施形態では、単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６が、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数の少なくとも一方を検出することができる。脱酸素化ヘモグロビンは主に静脈内に存在する。脱酸素化ヘモグロビンは、酸素で飽和していない血液中に存在する。酸素化ヘモグロビンは主に動脈内に存在する。酸素化ヘモグロビンは、酸素で飽和した血液中に存在する。

【0031】

図６に、脱酸素化ヘモグロビン及び酸素化ヘモグロビンが光パルスの形状及び／又は検出数にどのように影響を及ぼすかについての例を示す。ｙ軸は、光パルス５００の強度及び受信光パルス５０２の検出数を任意のスケールで示し、ｘ軸は、時間Ｔを任意のスケールで示す。ある意味、図６は、受信パルス５０２をバーとして示すヒストグラムである。時間スケールでは、各バーの幅が、１つの光パルスについて検出をカウントする積分期間を表す。より確実な測定のために、複数の光パルスの総検出数を各バーにつきカウントすることもできる（図６の例ではこれを行っている）。１つのバーの積分期間は、例えば時間－デジタル変換の時間分解能によって決定することができる。従って、例えば積分期間は約１０ｐｓ～５０ｐｓであり、すなわち各バーの時間幅であることができる。しかしながら、他の何らかの積分期間を使用することもできる。いずれのバーも、測定を実行する時間ウィンドウとして単独で使用することができる。しかしながら、例えば時間ウィンドウ５０４、５０６及び５０８内のように複数のバーにわたって測定を実行することもできる。

【0032】

時間ウィンドウ５０４は、皮膚又は表皮組織に関連することができる。時間ウィンドウ５０６は、脂肪又は基本組織に関連することができる。時間ウィンドウ５０４及び５０６よりも飛行時間が長い時間ウィンドウ５０８は、動物の筋肉に関連するものと考えることができる。筋肉中の血液のヘモグロビンの酸素化度合いが高ければ高いほど、筋肉に関連する時間ウィンドウ５０８内での検出数は少なくなる。筋肉中の血液の酸素化ヘモグロビンと血液の脱酸素化ヘモグロビンとの間の差分は、受信光パルス５０２の形状からも分かる。すなわち、受信光パルス５０２が短ければ短いほど（実線を参照）、血液の酸素化ヘモグロビンがより多く筋肉中に存在する。植物でも対応する変化を観察することができる。

【0033】

光吸収の変化に基づいて組織内の血液量の変動を検出するために、光学式光電脈波（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ：ＰＰＧ）測定を使用することができる。本文書の実施形態では、少なくとも１つの時間ウィンドウにおける光子検出数が決定されるように、各光パルスの光子の飛行時間を利用して血液量の変動を検出することができる。検出数は光電脈波測定の吸収に関連する。ある実施形態では、血液量の変動の測定速度が、毎秒約１０回の測定であることができる。ある実施形態では、血液量の変動の測定速度が、毎秒約５回の測定であることができる。

【0034】

組織の一定の深さｄｋから時間ｔの関数として受信される光信号Ｘ_dk（ｔ）は、数学形式で以下のように表すことができ、
Ｘ_dk（ｔ）＝Ｈ_dk（ｔ）＋Ｄ_dk（ｔ）
ここで、Ｈ_dk（ｔ）は、強度の時間変動、すなわち深さｄｋにおける血液量の変動つまり心臓の拍動に起因する検出数であり、Ｄ_dk（ｔ）は、時間の関数としての光損失、及び外乱とみなすことができる組織の動きなどの他の時間変動を含む。組織の動きは、例えば身体又は四肢の動きに起因することができる。

【0035】

受信された光信号Ｘ_dn（ｔ）は、組織の深さｄ１からｄｎまでの時間の関数として数学形式で一群の方程式の形態で表すことができ、
Ｘ_d1（ｔ）＝Ｈ_d1（ｔ）＋Ｄ_d1（ｔ）
Ｘ_d2（ｔ）＝Ｈ_d2（ｔ）＋Ｄ_d2（ｔ）
：
Ｘ_dn（ｔ）＝Ｈ_dn（ｔ）＋Ｄ_dn（ｔ）
これらは行列として表すことができ、
Ｘ_d（ｔ）＝Ｈ_d（ｔ）＋Ｄ_d（ｔ）
ここで、Ｘ_d（ｔ）、Ｈ_d（ｔ）及びＤ_d（ｔ）は時間依存行列である。

【0036】

深さｄ１～ｄｎと測定された飛行時間の時間ウィンドウｗ₁～ｗ_nとの間には１対１の対応関係が存在する。時間ウィンドウｗ₁～ｗ_nも、飛行時間の範囲とみなすことができる。すなわち、データ処理ユニット１１０は、複数の時間ウィンドウの各々の内部で組織の生理学的状態の推定を時間の関数として実行することができる。異なるレベルの組織は、動き及び接触の変動に異なる形で反応するので、外乱Ｄ_dk（ｔ）は、深さの関数、従って時間ウィンドウの関数として変動するが、血液量の変動、すなわち心臓の拍動の各フェーズは、全ての深さ及び時間ウィンドウにおいて同期的に発生する。このため、図７に示すように、データ処理ユニット１１０は、外乱を相殺又は低減し、外乱下でも推定に基づいて血液量の変動すなわち心臓の拍動を確実に分離して決定することができる。心拍と呼ぶこともできる心臓の拍動は、例えば主成分分析（ＰＣＡ）、独立成分分析（ＩＣＡ）、カルマンフィルタ、デジタルフィルタ、ニューラルネットワーク、人工知能、機械学習などを使用して受信信号から分離することができる。当業者は、外乱の相殺、低減及び／又は有用信号の分離自体に精通している。

【0037】

説明したように、データ処理ユニット１１０は、時間測定範囲５１０よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎの内部で組織と相互作用した検出光子を使用して、組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎにおける生理学的状態を推定する。少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎの各々は、組織内の固有の深さ範囲ｄ１～ｄｎに対応する。その後、データ処理ユニット１１０は、少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎの各々の内部での検出数に基づいて、少なくとも１つの固有の深さ範囲５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎにおける生理学的状態を推定することができる。或いは、データ処理ユニット１１０は、複数の時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎの検出分布に基づいて生理学的状態を推定することもできる。当然ながら、これらの組み合わせも可能である。

【0038】

図８に、アレイ１０６のＳＰＡＤ４００の一部を偏光板８００によって覆った例を示す。偏光板８００を使用して、組織に関するより多くの情報を提供することができる。

【0039】

この結果、データ処理ユニット１１０は、乳酸に関連する生理学的状態を推定又は決定することができる。ある実施形態では、データ処理ユニット１１０が、例えば組織内の乳酸の蓄積を推定又は決定することができる。

【0040】

ある実施形態では、データ処理ユニット１１０が、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数に基づいて推定を実行することができる。ある実施形態では、データ処理ユニット１１０が、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との差分に基づいて推定を実行することができる。ある実施形態では、データ処理ユニット１１０が、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、並びに主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との差分に基づいて推定を実行することができる。ある実施形態では、これらの測定のうちの少なくとも１つを筋肉から実行することができる。

【0041】

図９に、安静から最大負荷までの漸増運動中に、筋肉組織内で乳酸濃度、酸素化ヘモグロビン濃度及び脱酸素化ヘモグロビン濃度がどのように推移するかについての傾向例を示す。縦軸は、乳酸濃度及びヘモグロビン濃度を任意のスケールで示す。横軸は、時間を任意のスケールで示す。

【0042】

高強度活動では、働いている筋肉に十分な酸素を送達してアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）分子を有酸素生成するために、アスリートの呼吸数が増加する。トレーニングの負荷が高い場合には、筋肉への酸素送達が遅すぎて、筋肉が必要とする十分な量のエネルギーを生成することができない。この場合、身体のエネルギー生成は、ある閾値において無酸素条件に移行する（図９を参照）。この条件では、エネルギー生成が乳酸発酵に取って代わられる。従って、上述したようなヘモグロビンの酸素化（酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び／又は脱酸素化ヘモグロビンＨｂ）を測定することで、無酸素条件への移行時点及び特定の筋肉の乳酸閾値を決定することができる。

【0043】

漸増運動中には、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２が血中乳酸閾値の時点まで緩やかに減少した後に減少する。この減少は急激なものであり、線形的な場合もある。血中の乳酸は乳酸閾値に達するまで緩やかに増加した後に増加する。この増加は急激なものであり、線形的な場合もある。従って、測定された酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２と乳酸閾値との間には相関関係が存在する。

【0044】

ある実施形態では、血中の酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び／又は脱酸素化ヘモグロビンＨｂの勾配変化を評価することによって、乳酸生成の転換点、すなわち乳酸閾値への接近を決定することができる。血中の酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２の減少及び／又は脱酸素化ヘモグロビンＨｂの増加が所定の時間Ｔ０にわたって継続し、及び／又は当初レベルＬＯに対する酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び／又は脱酸素化ヘモグロビンＨｂの変化が所定の変化ＰＴ以上である時。このようにして、乳酸生成が乳酸閾値にあることが検出される前に身体運動を軽減又は中止することができる。所定の時間Ｔ０及び所定の変化ＰＴは適応的であることができる。所定の時間Ｔ０及び所定の変化ＰＴは、例えば性別、運動のタイプ、運動の長さ、年齢、体調、以前の身体トレーニングの量などに応じて変動することができる。

【0045】

ある実施形態では、血中の酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び／又は脱酸素化ヘモグロビンＨｂの勾配の変化がどれほど急激であるかを評価することによって、乳酸生成の転換点、すなわち乳酸閾値を決定することができる。ある実施形態では、異なる時点で勾配が異なる場合、これらの時点間に乳酸閾値が存在する。ある実施形態では、異なる時点での勾配の差分が所定の値ＰＶよりも大きい場合、これらの時点間に乳酸閾値が存在すると考えることができる。このようにして、乳酸生成が乳酸閾値に到達したことが検出された時点で身体運動を軽減又は中止することができる。所定の値ＰＶは、例えば性別、運動のタイプ、運動の長さ、年齢、体調、以前の身体トレーニングの量（例えば、プロ、上級のアマチュア、通常のアマチュア／運動する人、時々運動する人、運動しない人）に応じて変動することができる。

【0046】

酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２と脱酸素化ヘモグロビンＨｂとの間の差分ΔＨｂも、血中の乳酸と同様の転換点及び変動傾向を示す。生理学理論によれば、差分ΔＨｂの曲線は、分析された酸素解離点（ｏｘｙｇｅｎ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）辺りに変動期間を示す。身体の代謝状態が変化するのはまさにこの変動期間である。差分ΔＨｂは、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２及び脱酸素化ヘモグロビンＨｂの、これらの間の差分などの関数であることができる。これに代えて又は加えて、差分ΔＨｂは、酸素化ヘモグロビンＨｂＯ２の変化及び脱酸素化ヘモグロビンＨｂの変化の関数であることもできる。

【0047】

ある実施形態では、データ処理ユニット１１０が、動物の検査時に脂肪組織であると想定される組織との相互作用後に受信される光パルス５０２の中間部分のウィンドウ５０６内における、複数の出力光パルス５００の検出の時間変動を決定することができる。次に、データ処理ユニット１１０は、脂肪組織である組織との相互作用後に受信される光パルス５０２の中間部分のウィンドウ５０６内における検出の時間変動に基づいて、光パルス５０２の中間部分のウィンドウ５０６における検出よりも長い飛行時間を有する時間ウィンドウ５０８における検出の時間変動を補正することができる。脂肪組織は、他の組織よりも血液の循環が少なく、皮膚よりも深い時間ウィンドウ５０８に関連する組織からの外乱を受けにくいため、データ処理ユニット１１０は、ノイズ及び組織的外乱の影響を決定してこれを低減することができる。

【0048】

これに対応して、植物の基本組織を使用して複数の出力光パルス５００の検出の時間変動を決定することもできる。そして、植物の基本組織も、同様に表皮よりも深い時間ウィンドウ５０８に関連する組織からの外乱を受けにくいため、データ処理ユニット１１０は、ノイズ及び組織的外乱の影響を決定してこれを低減することができる。

【0049】

ノイズ及び組織的外乱は、動物又は植物の動きによって生じることがある。

【0050】

ある実施形態では、タイミングユニット１０８及びデータ処理ユニット１１０の少なくとも一方を、時間測定範囲５１０及び少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８のうちの少なくとも１つが繰り返し調整可能であるようにプログラムすることができる。少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８は、手動又は自動で調整することができる。手動調整は、ユーザインターフェイス１１２を通じて実行することができる。このようにして、例えば有機組織を深さ方向に走査することができる。

【0051】

ある実施形態では、半導体光放射源１０２及び単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６を皮膚上で非ゼロの距離だけ離間させることができ、この例を図２に示している。

【0052】

図４に例を示す実施形態では、半導体光放射源１０２の出力部分３１０及び単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０４の入力部分３１０が、皮膚上で光学的に同軸であることができる。この実施形態では、光放射が、動物又は植物に入る時も、動物又は植物から出る時も、皮膚又は表皮の同じエリアにぶつかる。

【0053】

図１０及び図１１に例を示す実施形態では、光電子装置１００が、人間などの動物の身体１２の筋肉エリアに取り付けられる装着可能な筋肉測定デバイス６００を単独で含むことができる。筋肉エリアは、例えば大腿又は上腕、ふくらはぎ、首であることができる。筋肉測定デバイス６００は、無線送信機６１０と、半導体光放射源１０２と、単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６と、タイミングユニット１０８とを含むことができる。光電子装置は、無線受信機６１２及びデータ処理ユニット１１０を含む単独のウェアラブルデバイス６０２を含むこともできる。単独のウェアラブルデバイス６０２は、例えば手首に取り付けることができる。無線送信機６１０は、検出に関する情報を無線受信機６１２に送信することができ、無線受信機６１２は、身体１２の筋肉エリアにおける組織の生理学的状態を決定するために、この情報をデータ処理ユニット１１０に供給することができる。ユーザインターフェイス１１２は、検査を行うユーザ又は個人又は職員に結果を提示することができる。無線送信機６１０及び無線受信機６１２は、無線周波数、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＷＬＡＮ（無線ローカルエリアネットワーク）などの電磁放射を使用して送信を実行することができる。

【0054】

ある実施形態では、単独のウェアラブルデバイス６０２が、手首の組織の生理学的状態を決定するために、さらなる半導体光放射源１０２’と、単一光子アバランシェダイオード４００のさらなるアレイ１０６’とを含むことができる。さらなる半導体光放射源１０２’及び単一光子アバランシェダイオード４００のさらなるアレイ１０６’は、それぞれ半導体光放射源１０２及びアレイ１０６と同様のものである。

【0055】

図１２に例を示す実施形態では、データ処理ユニット１１０が、１又は２以上のプロセッサ９００と、コンピュータプログラムコードを含む１又は２以上のメモリ９０２とを含むことができる。１又は２以上のメモリ９０２及びコンピュータプログラムコードは、１又は２以上のプロセッサ９００と共に、データ処理ユニット１１０に少なくとも組織の生理学的状態を推定させることができる。

【0056】

図１３に、有機組織を測定する光電子装置の単一回路基板（ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）１０００の例を示す。回路基板１０００は、半導体光放射源１０２と、単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６と、データ処理ユニット１１０とを含むことができる。単一回路基板上に電子回路を統合することにより、光電子装置を装着可能にすることができる。ある実施形態では、パッケージング及びケース材料を正しく選択することによって光電子装置の重量を１００ｇ以下に保つことができる。ある実施形態では、パッケージング及びケース材料を正しく選択することによって光電子装置の重量を５０ｇ以下に保つことができる。ある実施形態では、光電子装置の重量を１０ｇ以下に保つことができる。

【0057】

説明した方法では、組織の様々な及び／又は決定された深さから散乱する光子の検出タイミングに基づいてヒストグラムを形成することができる。すなわち、好適な時間ウィンドウを選択又は設定することによって深さを決定することができる。これらのヒストグラム、すなわちデジタル飛行時間から、混在しながらも異なる深さで異なる形で出現して影響を与える複数の生体信号及び／又は意図せぬ組織の動き（外乱）を分離することができる。深さによる違いによって分離が可能である。図１４は、測定方法のフローチャートである。ステップ１２００において、半導体光放射源１０２が組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力する。

【0058】

ステップ１２０２において、組織に向けられた単一光子アバランシェダイオード４００のアレイ１０６が、組織と相互作用した光パルスの光子を検出する。

【0059】

ステップ１２０４において、タイミングユニット１０８が、各光パルスの出力後の時間測定範囲５１０内における各光パルスの光子の飛行時間を決定する。

【0060】

ステップ１２０６において、データ処理ユニット１１０が、時間測定範囲５１０よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎ内で組織と相互作用した検出光子を使用して、組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲における生理学的状態を推定し、少なくとも１つの時間ウィンドウ（５０４、５０６、５０８，ｗ１～ｗｎ）の各々は、組織内の固有の深さ範囲（ｄ１～ｄｎ）に対応し、推定は、少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎ内における検出の数、並びに少なくとも１つの時間ウィンドウ５０４、５０６、５０８、ｗ１～ｗｎ内における検出の分布の少なくとも一方に基づく。

【0061】

図１３の組織の生理学的状態を推定する方法は、論理回路ソリューション又はコンピュータプログラムとして実装することができる。コンピュータプログラムは、その配布のためにコンピュータプログラム配布手段上に配置することができる。コンピュータプログラム配布手段はデータ処理デバイスによって読み取り可能であり、データ処理デバイスは、コンピュータプログラムコマンドを符号化し、測定を実行し、任意に測定に基づいてプロセスを制御する。

【0062】

コンピュータプログラムは、コントローラによって読み取り可能ないずれかの媒体であることができる配布媒体を使用して配布することができる。配布媒体は、プログラム記憶媒体、メモリ、ソフトウェア配布パッケージ、又は圧縮ソフトウェアパッケージであることができる。いくつかの事例では、近距離無線通信信号、短距離信号及び遠隔通信信号のうちの少なくとも１つを使用して配布を実行することができる。

【0063】

当業者には、技術が進歩するにつれて本発明の概念を様々な方法で実装できることが明らかであろう。本発明及びその実施形態は上述の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変化することができる。

【符号の説明】

【0064】

１００ 光電子装置
１０２ 半導体光放射源
１０４ 受光器
１０６ 単一光子アバランシェダイオードのアレイ
１０８ タイミングユニット
１１０ データ処理ユニット
１１２ ユーザインターフェイス
１１４ 基準信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-06

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機組織に取り付けられた、前記有機組織を測定するための光電子装置であって、
組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力するように構成された半導体光放射源と、
前記組織に向けられて、前記組織と相互作用した光パルスの光子を検出するように構成された単一光子アバランシェダイオードのアレイと、
前記光パルスの各々の出力後に、時間測定範囲内における前記光パルスの各々の光子の飛行時間を決定するように構成されたタイミングユニットと、
前記時間測定範囲よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ内で前記組織と相互作用した検出光子を使用して、前記組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲における生理学的状態を推定するように構成されたデータ処理ユニットと、
を備え、前記少なくとも１つの時間ウィンドウの各々は、前記組織内の固有の深さ範囲に対応するように構成され、前記推定は、前記少なくとも１つの時間ウィンドウの各々の内部における前記検出の数、及び複数の時間ウィンドウの前記検出の分布の少なくとも一方に基づく、
ことを特徴とする光電子装置。

【請求項2】

前記単一光子アバランシェダイオードの各々は、前記組織から前記アレイに向かって散乱する前記光パルスの各々の単一光子を検出するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項3】

単一光子アバランシェダイオードの前記アレイは、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、の少なくとも一方を検出するように構成され、
前記データ処理ユニットは、
主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び、
主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との間の差分、
の少なくとも一方に基づいて、乳酸に関連する生理学的状態を推定するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記データ処理ユニットは、複数の前記時間ウィンドウの各々の内部における前記組織の前記生理学的状態の推定を時間の関数として実行し、前記推定に基づいて心臓の拍動を分離して決定するように構成される、
請求項１又は３に記載の装置。

【請求項5】

前記タイミング回路及び前記データ処理ユニットの少なくとも一方は、前記時間測定範囲及び前記少なくとも１つの時間ウィンドウのうちの少なくとも１つが繰り返し調整可能であるようにプログラム可能である、
請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記半導体光放射源及び単一光子アバランシェダイオードの前記アレイは非ゼロの距離だけ離間する、
請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記半導体光放射源の出力部分及び単一光子アバランシェダイオードの前記アレイの入力部分は光学的に同軸である、
請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記光電子装置は、身体の筋肉エリアに取り付けられて、無線送信機、前記半導体光放射源、単一光子アバランシェダイオードの前記アレイ及び前記タイミング回路を含む筋肉測定デバイスと、無線受信機及び前記データ処理ユニットを含む単独のウェアラブルデバイスと、を備え、前記無線送信機は、前記無線受信機に検出に関する情報を送信するように構成され、前記無線受信機は、前記身体の前記筋肉エリアにおける前記組織の前記生理学的状態を決定するために、前記情報を前記データ処理ユニットに供給するように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項9】

前記単独のウェアラブルデバイスは、前記組織の前記生理学的状態を決定するために、さらなる半導体光放射源と、前記単一光子アバランシェダイオードのさらなるアレイとを含む、
請求項８に記載の装置。

【請求項10】

前記データ処理ユニットは、１又は２以上のプロセッサと、コンピュータプログラムコードを含む１又は２以上のメモリとを備え、
前記１又は２以上のメモリ及び前記コンピュータプログラムコードは、前記１又は２以上のプロセッサと共に、前記データ処理ユニットに少なくとも前記組織の前記生理学的状態を推定させるように構成される、
請求項１に記載の装置。

【請求項11】

有機組織を測定する方法であって、
半導体光放射源が、前記組織に向けて赤外線パルスを繰り返し出力するステップと、
前記組織に向けられた単一光子アバランシェダイオードのアレイが、前記組織と相互作用した光パルスの光子を検出するステップと、
タイミングユニットが、前記光パルスの各々の出力後に、時間測定範囲内における前記光パルスの各々の光子の飛行時間を決定するステップと、
データ処理ユニットが、前記時間測定範囲よりも短い少なくとも１つの時間ウィンドウ内で前記組織と相互作用した検出光子を使用して、前記組織内の少なくとも１つの固有の深さ範囲における生理学的状態を推定するステップと、
を含み、前記少なくとも１つの時間ウィンドウの各々は、前記組織内の固有の深さ範囲に対応し、前記推定は、前記少なくとも１つの時間ウィンドウの内部における前記検出の数、及び少なくとも１つの時間ウィンドウの内部における前記検出の分布の少なくとも一方に基づく、
ことを特徴とする方法。

【請求項12】

前記方法は、
単一光子アバランシェダイオードの前記アレイが、主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数の少なくとも一方を検出するステップと、
前記データ処理ユニットが、
主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数、及び、
主に脱酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数と、主に酸素化ヘモグロビンを含む血液によって吸収される少なくとも１つの波長の検出数との間の差分、
の少なくとも一方に基づいて、乳酸に関連する生理学的状態を推定するステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記データ処理ユニットが、複数の前記時間ウィンドウの各々の内部における前記組織の前記生理学的状態の推定を時間の関数として実行するステップと、
前記推定に基づいて心臓の拍動を分離して決定するステップと、
を含むことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。

【国際調査報告】