ЗАЖИМНОЙ ДЕРЖАТЕЛЬ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СЕНСОРНОГО УСТРОЙСТВА

ЗАЖИМНОЙ ДЕРЖАТЕЛЬ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ СЕНСОРНОГО УСТРОЙСТВА ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к зажимному держателю для закрепления сенсорного устройства на части тела живого существа, который может быть использован в устройстве для мониторинга показателя жизненно-важной функции живого существа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Показатели жизненно-важных функций человека, например, частота сердечных сокращений (ЧСС), частота дыхания (ЧД) или насыщение крови кислородом, служат индикаторами текущего состояния человека и эффективными прогностическими факторами серьезных медицинских событий. По данной причине, осуществляют тщательный мониторинг показателей жизненно-важных функций в лечебных учреждениях для стационарных и амбулаторных пациентов, на дому или в учреждениях для дополнительного укрепления здоровья, отдыха и физических занятий.
Один способ измерения показателей жизненно-важных функций представляет собой плетизмографию. Плетизмографией обычно называют измерение изменений объема органа или части тела и, в частности, определение изменений объема в результате сердечнососудистой пульсовой волны, распространяющейся по телу субъекта с каждым сокращением сердца.
Плетизмография (PPG) является методом оптических измерений, который оценивает переменное по времени изменение отражения или пропускания света зоной или объемом интереса. Принципиальная основа PPG состоит в том, что кровь поглощает свет в большей степени, чем окружающая ткань, и поэтому колебания объема крови с каждым сокращением сердца соответственно влияют на пропускание или отражение. Помимо информации о частоте сердечных сокращений, плетизмографическая (PPG) форма сигнала может содержать информацию, относимую на счет дополнительных физиологических феноменов, например, дыхания. Посредством оценки коэффициента пропускания и/или коэффициента отражения на разных длинах волн (обычно, красной и инфракрасной) можно определить насыщение крови кислородом.
Типичный пульсовый оксиметр для измерения частоты сердечных сокращений и насыщения (артериальной) крови кислородом у субъекта содержит красный светодиод (СД) и инфракрасный СД в качестве источников света и фотодиод для детектирования света, который был пропущен сквозь ткань пациента. Коммерчески доступные пульсовые оксиметры быстро переключаются между измерениями на красной и инфракрасной длине волны и, следовательно, измеряют коэффициент пропускания одной и той же зоны или одного и того же объема ткани на двух разных длинах волн. Данный метод называется мультиплексированием с разделением по времени. Коэффициент пропускания в динамике по времени на каждой длине волны дает PPG формы сигналов для красной и инфракрасной длин волн.
Обычно, пульсовые оксиметры закрепляют на коже субъекта, например, кончике пальца, мочке уха, носу/ноздре, пальце на ноге или на лбу посредством держателя датчика. С одной стороны, упомянутый держатель датчика должен обеспечивать надежное соединение с тканью, но также обеспечивать достаточное удобство ношения для субъекта. С другой стороны, держатель датчика используется в непосредственном контакте с кожей субъекта и поэтому должен допускать эффективную очистку. Кроме того, держатель датчика должен быть высокотехнологичным с точки зрения стоимостных аспектов и допускать продуктивную сборку с компонентами датчика.
В документе US 2009/0275813 представлен внешний неинвазивный физиологический датчик, размещаемый на ухе. Представленный узел датчика способен закрепляться на тканевом месте уха, состоящим из хрящевых структур уха, обеспечивающим малую задержку физиологических измерений, а также надежное закрепление.
До сих пор существует потребность в дополнительном усовершенствовании сенсорных устройств и/или зажимных держателей для закрепления сенсорного устройства, по меньшей мере, в отношении вышеизложенных критериев.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Целью настоящей полезной модели является создание зажимного держателя для закрепления сенсорного устройства на части тела живого существа, который используется в устройстве для контроля показателя жизненно-важных функций живого существа.
Аспект настоящей полезной модели представлен цельно сформированным зажимным держателем для закрепления сенсорного устройства на части тела живого существа, содержащим:
две рычажных секции, по существу, продолжающиеся вдоль продольной оси, включающие в себя приводной участок, соединительный участок, шарнирный участок и контактный участок; и
поперечную секцию, соединяющуюся с каждой из упомянутых двух рычажных секций на их соединительных участках;
при этом поперечная секция формирует распорный шарнир для поворота двух рычажных секций одной относительно другой из состояния зажатия, в котором контактные участки рычажных секций создают зажимное усилие для зажима части тела между ними, в разжатое состояние, в котором контактные участки рычажных секций раздвинуты для отпускания части тела, когда приводное усилие прикладывают к приводному участку рычажных секций; и
причем каждая рычажная секция формирует рычажный шарнир на шарнирном участке для поворота приводного участка и контактного участка одного относительно другого для обеспечения, по существу, параллельного выравнивания контактных участков двух рычажных секций в состоянии зажатия.
Предпочтительные варианты осуществления полезной модели определены в зависимых пунктах формулы полезной модели.
Зажимной держатель согласно настоящей полезной модели можно применять, в частности, для закрепления сенсорного устройства, например, пульсового оксиметрического датчика, включающего в себя, по меньшей мере, один светоизлучающий блок, а также светоприемный блок, на части тела живого существа. Зажимной держатель относится к блоку механической фиксации для закрепления (удерживания) существующего сенсорного оборудования (сенсорного устройства), который может также включать в себя несколько частей, на части тела живого существа. В этом отношении, часть тела живого существа может быть представлена, в частности, мочкой уха, носом, ноздрей, пальцем ноги или пальцем руки человека. Устройство для мониторинга относится к сочетанию сенсорного устройства с зажимным держателем.
Зажимной держатель согласно аспекту настоящей полезной модели выполнен в форме, по существу, сравнимой с бельевой прищепкой. Упомянутый держатель включает в себя две рычажных секции, которые соединены поперечной секцией, и которые могут прикладывать усилие зажима к части тела между ними. Все три части состоят из одинакового материала и изготовлены в неразъемном виде (цельно сформированы). Обычно используют гибкий, нежесткий материал, который обычно является упруго деформируемым.
Рычажные секции вмещают между собой часть тела живого существа и допускают приложение усилие зажима к части тела. Вдоль продольной оси, каждая из рычажных секций включает в себя приводной участок, который является объектом приложения к нему приводного усилия пользователем, чтобы раздвинуть две рычажных секции. Дополнительно, каждая рычажная секция включает в себя соединительный участок, на котором упомянутая секция соединяется с другой рычажной секцией. Данный участок называют поперечной секцией, указывая, что две рычажных секции соединены, но разнесены. Более того, каждая из двух рычажных секций включает в себя шарнирный участок, который допускает поворот участков, смежных с ним, одного относительно другого. Следовательно, ось поворота является обычной соответствующей осью поворота, перпендикулярной рычажной секции. Более того, каждая рычажная секция включает в себя контактный участок, на котором рычажная секция находится в контакте с частью тела живого существа. Данный контактный участок будет обычно закреплять или включать в себя существующие сенсорные компоненты и приводить сенсорные компоненты в контакт с тканью живого существа. Сенсорное устройство или его части может(могут) быть приклеено(ы), привинчено(ы), прижато(ы) или прикреплено(ы) другим способом к контактному участку таким образом, чтобы они могли войти в контакт с частью тела живого существа. Чтобы решить проблему функционирования зажима датчика для измерения SpO2 в различных частях тела, например, также в носу, контактные участки зажимного держателя предпочтительно выполнены с возможностью обеспечения тонкой и адаптируемой поверхности.
Поперечный участок формирует распорный шарнир. Данный распорный шарнир дает возможность рычажным секциям поворачиваться одной относительно другой таким образом, чтобы можно было получить функцию зажима. Для этого используется упругая деформируемость материала. Соответствующая ось поворота обычно перпендикулярна плоскости, содержащей две рычажных секции (т.е. продольной оси двух рычажных секций). Для зажима зажимного держателя на части тела, к приводным участкам прикладывается приводное усилие (называемое также усилием раскрытия), и контактные участки раздвигаются. Если к приводным участкам не прикладывают усилия, то зажимной держатель находится в ненапряженном состоянии. Разжатым состоянием называют состояние, в котором приводное усилие прикладывают к приводным участкам двух рычажных секций, и контактные участки раздвинуты так, чтобы зажимной держатель можно было переместить по части тела. Когда приводное усилие снимают, то зажимной держатель стремится вернуться к его первоначальной форме, что, впрочем, невозможно, если часть тела находится между двумя рычажными секциями. В таком случае, зажимное усилие действует на часть тела. Состоянием зажатия зажимного держателя называют состояние, в котором часть тела живого существа (например, ухо или палец) находится между двумя рычажными секциями, и зажимной держатель закреплен к части тела.
Шарнирные участки на двух рычажных секциях обеспечивают функцию шарнира таким образом, чтобы контактный участок и приводной участок на каждой из рычажных секций могли поворачиваться один относительно другого. Следовательно, данная возможность особенно полезна, если поворот обеспечивается вокруг оси поворота, которая, по существу, перпендикулярна плоскости, содержащей две рычажных секции. В таком случае, создается возможность обеспечения параллельного выравнивания контактных участков одного относительно другого, когда между ними вмещается часть тела. Данное параллельное выравнивание можно получить для частей тела с разными толщинами, т.е. рычажные секции могут строить разные углы одна относительно другой в состоянии зажатия. По сравнению с этим, прежние зажимные держатели без функции поворота в рычажных секциях обычно будут обеспечивать параллельное выравнивание рычажной секции только для одного конкретного угла рычажных секций одной относительно другой в состоянии зажатия. В частности, в отношении оптических измерений, которые требуют параллельного выравнивания оптических компонентов по обе стороны части тела живого существа, данный зажимной держатель согласно настоящей полезной модели, тем самым, допускает более точное измерение. Более того, благодаря распределению усилия, производимого контактными участками на часть тела, по большей площади можно повысить удобство ношения для живого существа. Другими словами зажимной держатель обеспечивает более удобное прилегание к части тела.
Другое преимущество зажимного держателя согласно настоящей полезной модели состоит в том, что он сформирован в одно целое, т.е. изготовлен в виде одной детали (неразъемный зажимной держатель). Сборочный процесс для сборки нескольких частей не требуется. Следовательно, становится возможным изготовление зажимного держателя со сниженными затратами в сравнении с прежними зажимными держателями. Кроме того, цельно сформированный зажимной держатель также допускает эффективную очистку, так как частицы загрязнений не могут проникать в зазоры между разными частями. В настоящей заявке, определение цельно сформированный относится к изготовлению в виде одной детали из одинакового материала. Дополнительно, прочность и срок службы зажимного держателя можно повысить в сравнении с прежними зажимными держателями, которые не являются сформированными в одно целое.
Согласно варианту осуществления, по меньшей мере, одна из рычажных секций формирует углубление в контактном участке для вмещения, по меньшей мере, части сенсорного устройства и мембраны для отделения углубления от части тела живого существа, при этом упомянутая мембрана является, по меньшей мере, частично светопрозрачной. Данное углубление, по существу, означает проем на контактном участке. В данный проем можно вставлять сенсорное устройство, например, светочувствительный датчик и/или светоприемник. Углубление будет обычно находиться на стороне рычажной секции, которая обращена от части тела между двумя рычажными секциями. Углубление отделяется от части тела живого существа мембраной. Данная мембрана является, по меньшей мере, частично, светопрозрачной, по меньшей мере, на длине волны света, излучаемого светоизлучающим блоком, который входит в состав узла датчика. Следовательно, особенно полезно, что узел датчика не приходит в непосредственный контакт с частью тела живого существа. Узел датчика обычно вставляют в углубление, и углубление заполняют уплотняющим материалом, например, эпоксидной смолой. Затем зажимной держатель неразъемно соединяют с сенсорным устройством. Мембрана дает возможность светоизлучающему блоку излучать свет сквозь мембрану в часть тела живого существа. Свет, пропускаемый сквозь часть тела или отраженный частью тела, может приниматься светоприемником за мембраной. Отсутствует требование, чтобы светоизлучающий блок или светоприемный блок приходили в непосредственный контакт с частью тела. Это обеспечивает возможность более эффективной очистки. Кроме того, оказывается, возможен более эффективный процесс изготовления, в частности, в отношении сборочной процедуры и затрат.
В предпочтительном варианте осуществления, первая рычажная секция формирует первое углубление в контактном участке для вмещения первой части сенсорного устройства и первой мембраны, являющейся, по меньшей мере, частично, светопрозрачной, и вторая рычажная секция формирует второе углубление в контактном участке для вмещения второй части сенсорного устройства и второй мембраны, являющейся, по меньшей мере, частично, светопрозрачной. Если рычажные секции содержат углубления, то становится возможным выполнение измерения коэффициента пропускания, когда светоизлучающий блок излучает свет сквозь первую мембрану в часть тела живого существа, и светоприемный блок расположен за второй мембраной во второй рычажной секции и принимает свет, который пропускается сквозь часть тела. Если выполняется данное измерение коэффициента пропускания, то особенно важно, чтобы светоизлучающий блок и светоприемный блок располагались, по существу, параллельно один относительно другого. С одной стороны, теряется лишь небольшая доля света, излучаемого светоизлучающим блоком. С другой стороны, попадает совсем немного внешнего света, детектируемого светоприемным блоком. Настоящая полезная модель допускает упомянутое, по существу, параллельное расположение посредством обеспечения шарнирных участков в рычажных секциях, как изложено выше.
В еще одном варианте осуществления мембрана имеет толщину от 0,05 до 2,5 мм, предпочтительно от 0,1 до 1,5 мм, например, от 0,1 до 0,5 мм. Существуют две основных причины в пользу упомянутой толщины мембраны. Первая причина состоит в том, что мембрана должна рассеивать свет от светоизлучающего блока (например, СД) и фильтровать количество света на светоприемном блоке (например, фотодиоде). Толщину мембраны предпочтительно регулируют, чтобы удовлетворить требованиям алгоритма для определения показателя жизненно-важной функции, например, алгоритма для SpO2, что, в частности, означает, что мембрана, в основном, выполняет функцию фильтра. Вторая причина состоит в том, что механическая стабильность мембраны должна быть такой, чтобы напряжение при применении или очистке не разрушило мембрану. Материал мембраны является, предпочтительно, светопрозрачным, чтобы мембрана поглощала лишь небольшую долю излучаемого света.
В другом варианте осуществления, по меньшей мере, одна из рычажных секций формирует кабельный канал для вмещения кабеля для соединения сенсорного устройства с внешним процессорным устройством и/или источником энергии. Сенсорное устройство или часть сенсорного устройства закреплено(а) или содержится на/в одном из контактных участков рычажных секций и подсоединено(а) к внешнему оборудованию по кабельному каналу. Данный кабельный канал допускает подсоединение сенсорного устройства в углублении в рычажной секции к внешнему процессорному устройству и/или источнику энергии. Следовательно, создается возможность повышения удобства ношения для пользователя. Кабельный канал обычно соединяет сенсорное устройство с проемом в приводном участке рычажной секции. Таким образом, кабель можно провести из углубления в положение, в котором кабель не раздражает живое существо, с закрепленным на части тела зажимным держателем.
В предпочтительном варианте осуществления, зажимной держатель сформирован, по существу, из упруго деформируемого материала, например, полиуретана, имеющего специальные характеристики материала. Одной характеристикой является низкое остаточное сжатие, и другой характеристикой является эластичность на отскок для обеспечения надлежащей функции устройства. Корпус датчика изготовлен предпочтительно способом литья под давлением. В общем, зажимной держатель изготовлен из пластмассового материала с применением подходящего процесса изготовления, например, литьем под давлением. Следовательно, создается возможность экономически эффективного изготовления части. Упруго деформируемый материал может деформироваться, но возвращается к своей первоначальной форме. Таким образом, использование данного материала дает возможность зажимному держателю обеспечивать функции участков распорного шарнира и шарнирных участков рычажных секций. В частности, можно обеспечить функцию зажима, а также параллельное выравнивание контактных участков. Более того, зажимной держатель может адаптироваться к форме части тела до некоторой степени настолько, что можно дополнительно повысить удобство ношения для пользователя.
В еще одном варианте осуществления, площадь поперечного сечения вдоль продольной оси рычажной секции на шарнирном участке меньше, чем максимальная площадь поперечного сечения на приводном участке, максимальная площадь поперечного сечения на соединительном участке и максимальная площадь поперечного сечения на контактном участке, чтобы сформировать рычажный шарнир. Таким образом, рычажный шарнир сформирован благодаря содержанию участка уменьшенного поперечного размера, т.е. содержанию утоненного участка или суженного участка в рычажной секции, который представляет собой рычажный шарнир. Так как зажимной держатель изготовлен из одного и того же материала, то данный утоненный участок автоматически обеспечивает меньшее сопротивление деформации, когда к нему прикладывают усилие. Это дает возможность обеспечивать вышеописанную функцию шарнирного участка. Для получения вышеописанного эффекта, требуется всего лишь видоизменить процесс изготовления, чтобы обеспечить площадь поперечного сечения рычажной секции на шарнирном участке, которая является небольшой в сравнении с площадью поперечного сечения остальной рычажной секции.
2
2
2
В предпочтительном варианте, площадь поперечного сечения вдоль продольной оси рычажной секции имеет значение от 5 до 75 мм, предпочтительно от 10 до 40 мм, например, 30 мм.
В дополнительном предпочтительном варианте, поперечная секция формирует, по существу, участок дуги окружности, открывающийся в направлении контактных участков двух рычажных секций. Следовательно, создается возможность обеспечения сравнительно большей зоны для вмещения части тела живого существа. Дуга окружности, по сути, обеспечивает функционирование таким образом, что, если к приводным участкам рычажных секций прикладывают приводное усилие, рычажные секции поворачиваются одна относительно другой для приведения в разжатое состояние. Следовательно, ось поворота, вокруг которой поворачиваются рычажные секции, находится, предпочтительно, внутри участка дуги окружности.
В другом варианте осуществления площадь поперечного сечения поперечной секции сужается между соединительными участками двух рычажных секций, чтобы сформировать распорный шарнир. Поперечная секция может также сужаться между двумя соединительными участками. В данной заявке, определение сужающийся относится к уменьшенному поперечному размеру, т.е. размеру, обнаруживающему утоненный участок, называемый участком с уменьшенной площадью поперечного сечения. Данная зона будет обеспечивать меньшее сопротивление прикладываемому усилию. Таким образом, создается возможность, чтобы две рычажных секции поворачивались одна относительно другой. Обычно, данный утоненный участок (суженный по площади поперечного сечения) будет находиться между двумя соединительными участками. Данная утоненная зона будет деформироваться, когда к двум приводным участками будут прикладывать приводное усилие, чтобы обеспечивать функцию шарнира. Посредством соответствующего подбора размера упомянутого сужения можно отрегулировать сопротивление шарнира, т.е. усилие, которое распорный шарнир прикладывает к части тела живого существа через посредство двух рычажных секций.
2
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления площадь поперечного сечения поперечной секции имеет максимальную величину 75 мм, предпочтительно, 50 мм, в точках ее соединения с двумя рычажными секциями и минимальную величину 5 мм, предпочтительно, 10 мм между точками ее соединения с двумя рычажными секциями. Приведенные размеры допускают обеспечение функции распорного шарнира.
Более того, в варианте осуществления, по меньшей мере, один контактный участок содержит углубленную зону для расположения сенсорного устройства и приподнятую зону для контакта с частью тела живого существа. Это обеспечивает улучшение циркуляции крови в участке тела в зоне, которая обращена к сенсорному устройству. Дополнительно, в варианте осуществления краевые области контактного(ных) участка(ов) выполнены очень тонкими или из очень гибкого материала, чтобы контактный участок мог легко адаптироваться к форме участка тела, на котором должен быть закреплен зажимной держатель, например, когда он должен быть закреплен к носу так, чтобы один контактный участок располагался внутри ноздри.
В варианте осуществления устройства для мониторинга согласно аспекту настоящей полезной модели, светоизлучающий блок включает в себя СД, в частности, инфракрасный СД, и светоприемный блок включает в себя фотодиод. Данное расположение допускает выполнение измерения на отражение или пропускание. Кровь в части тела живого существа между двумя рычажными секциями взаимодействует со светом, излучаемым светоизлучающим блоком. Данные взаимодействия оцениваются детектированием света светоприемным блоком (который может также упоминаться как светочувствительный датчик или фотодатчик) после взаимодействия с пульсирующей кровью. Для измерения на пропускание, светоизлучающий блок и светоприемный блок будут располагаться с противоположных сторон части тела, когда зажимной держатель закреплен на части тела живого существа. Для измерения на отражения, оба блока будут находиться на одной стороне.
В предпочтительном варианте осуществления светоизлучающий блок включает в себя первый СД для излучения света первой длины волны и второй СД для излучения света второй длины волны. В частности, полезно содержание красного СД и инфракрасного СД. Свет двух разных длин волн испытывает разное влияние со стороны пульсирующей крови. Оценка различий между принятым светом первой длины волны и принятым светом второй длины волны позволяет вывести из этого информацию об оксигенации крови живого существа. В случае измерения на пропускание, оба СД расположены с одной стороны части тела, когда держатель закреплен на части тела. Светоприемный блок находится на другой стороне. Обычно, СД включаются попеременно (в импульсном режиме). Возможно также, что светоизлучающий блок включает в себя два фотодатчика.
Дополнительные варианты осуществления настоящей полезной модели включают в себя, по меньшей мере, какой-то один из процессорного блока для оценки света, детектируемого светоприемным блоком, и для получения из него информации о показателях жизненно-важных функций живого существа методом фотоплетизмографии; и беспроводного интерфейсного блока для передачи, по меньшей мере, чего-то одного из сигнала, представляющего свет, детектируемый светоприемным блоком, и информации о показателях жизненно-важных функций живого существа. Следовательно, процессорный блок допускает непосредственную оценку детектируемого света и выделения из него информации о показателях жизненно-важных функций. Информация о показателях жизненно-важных функций может относиться, в частности, к частоте сердечных сокращений пациента, оксигенации крови пациента или респираторному сигналу (частоте дыхания). Упомянутая информация обычно выделяется методом частотного анализа и/или методом анализа амплитуд детектируемых сигналов. Может потребоваться дополнительная обработка сигналов. Процессорное устройство, в частности, имеет преимущество в том, что делает возможной непосредственную обработку детектируемого света в устройстве для мониторинга и представляет результат оценки во внешнее устройство, например, пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю получать информацию о своем витальном состоянии. Возможна также передача полученной информации или самого сигнала посредством беспроводного интерфейсного блока. Это дает преимущество в том, что проводного соединения с пользовательским интерфейсом не требуется. Следовательно, можно повысить удобство ношения для пользователя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные и другие аспекты полезной модели будут очевидны из последующего пояснения со ссылкой на нижеописанные варианты осуществления. На последующих чертежах:
Фиг. 1 - вид в перспективе устройства для мониторинга показателя жизненно-важной функции живого существа согласно аспекту настоящей полезной модели;
Фиг. 2 - изображение варианта осуществления цельно сформированного зажимного держателя согласно аспекту настоящей полезной модели;
Фиг. 3а и 3b - изображение для пояснения функций распорного шарнира и шарнирных участков в рычажных секциях зажимного держателя согласно аспекту настоящей полезной модели;
Фиг. 4 - детальное изображение углубления в контактном участке рычажной секции зажимного держателя;
Фиг. 5 - схематичное изображение компонентов устройства для мониторинга показателя жизненно-важной функции живого существа согласно аспекту настоящей полезной модели;
Фиг. 6а и 6b два разных изображения рычажной секции другого варианта осуществления зажимного держателя согласно настоящей полезной модели; и
Фиг. 7а и 7b - вид сбоку и вид в перспективе другого варианта осуществления зажимного держателя согласно настоящей полезной модели.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Настоящая полезная модель относится к зажимному держателю для закрепления сенсорного устройства, который может быть использован в устройстве для мониторинга показателей жизненно-важных функций живого существа. В варианте осуществления, поясняемом в дальнейшем, сенсорное устройство соответствует светоизлучающему блоку и светоприемному блоку. Оба компонента встроены в зажимной держатель.
Фиг. 1 изображает устройство 10 для мониторинга показателя жизненно-важной функции живого существа согласно аспекту настоящей полезной модели. В изображенном устройстве 10 для мониторинга сенсорное устройство встроено в зажимной держатель 12, подлежащий закреплению на части тела живого существа. В изображении на фиг. 1, сенсорное устройство 36 встроено в один из двух рычагов зажимного держателя 12 и, следовательно, само не видно с направления на изображение (но лишь его положение схематично указано позицией 36 на фиг. 1). Сенсорное устройство включает в себя светоизлучающий блок, который излучает свет, и светоприемный блок, который детектирует излучаемый свет после того, как он взаимодействовал с частью тела живого существа. В частности, фиг. 1 изображает ушной зажим, подлежащий закреплению на ухе человека.
Изображенное устройство можно применять для неинвазивного измерения насыщения крови кислородом (SpO2), частоты сердечных сокращений и/или частоты дыхания посредством фотоплетизмографии, как изложено в разделе введения. Основное применение устройства для мониторинга согласно настоящей полезной модели находится в области мониторинга оксигенации крови. Для этого, светоизлучающий блок излучает свет в красном и инфракрасном спектре в направлении ткани человека. Упомянутый свет взаимодействует с кровью в данной ткани. После этого взаимодействия свет собирается светоприемником (фотодатчиком). Изменение насыщения крови кислородом приводит к изменению цвета крови, которое может быть получено из оценки детектируемого света, в частности, если используется свет двух разных длин волн.
Современные устройства для мониторинга в данной области обычно содержат оптические компоненты (светоизлучающий блок и светоприемный блок), зафиксированные к держателю датчика для закрепления на части тела (обычно, ухе или пальце). Однако, для упомянутой фиксации требуются дополнительные компоненты, например, крышки, винты и т.д. Оптические компоненты часто вставляют в держатель датчика и закрывают дополнительным покрывным элементом для изоляции компонентов датчика от части тела живого существа. Это создает недостаток в том, что требуется более сложный и, следовательно, дорогостоящий сборочный процесс при изготовлении устройства. Современные зажимные держатели обычно включают в себя также несколько частей, например, пружины и т.п. Следовательно, чистить держатель датчика или устройство для мониторинга оказывается сложнее, так как грязь может попадать в зазоры между разными частями. Более того, срок службы такого держателя датчика может быть ограничен, так как повреждения одной части могут разрушать устройство. Устройство 10 по настоящей полезной модели устраняет приведенные недостатки благодаря содержанию цельно сформированного зажимного держателя 12, показанного на фиг. 2.
Следующие фигуры поясняют настоящей полезной модели на примере датчика оксигенации крови с зажимом для уха, предназначенного для применения на ухе человека. Однако, настоящая полезная модель не ограничено приведенным применением. Другие применения могут включать в себя зажимные держатели для закрепления сенсорного устройства на пальце человека или на другой части тела, например, пальце ноги, носу или ноздре. Кроме оксигенации крови, можно также получать частоту дыхания и/или частоту сердечных сокращений из детектируемого света после взаимодействия с тканью.
Зажимной держатель 12 согласно настоящей полезной модели является цельно сформированным, т.е. состоит из одной детали, или, другими словами, является унитарным элементом. Зажимной держатель 12 сформирован из упруго деформируемого материала, который можно деформировать приложением к нему деформирующего усилия. Когда усилие снимают, зажимной держатель 12 возвращается к своей первоначальной форме (в ненапряженное состояние). Зажимной держатель 12 включает в себя две рычажных секции 14а, b, каждая из которых продолжается, по существу, вдоль продольной оси 15а, b. Каждая рычажная секция включает в себя приводной участок 16, соединительный участок 18, шарнирный участок 20 и контактный участок 22. Зажимной держатель 12 дополнительно включает в себя поперечную секцию 24, которая соединяет две рычажных секции 14а, 14b. Поперечная секция 24 соединяется с двумя рычажными секциями 14а, 14b на их соединительных участках 18. Если приводное усилие прикладывают к приводным участкам 16 двух рычажных секций 14а, 14b, то рычажные секции поворачиваются одна относительно другой вокруг точки поворота (или оси поворота) в зоне поперечной секции 24. В других вариантах осуществления настоящей полезной модели точка поворота может также находиться в других положениях.
Поперечная секция 24 обеспечивает функцию поворота для поворота двух рычажных секций 14а, b, если на приводные участки 16 действует приводное усилие. Поперечная секция формирует распорный шарнир. Для этого используется упругая деформируемость материала. В предпочтительном варианте, поперечная секция 24 выполнена в форме секции дуги окружности, которая открыта в направлении контактных участков 22. Это допускает соответствующее распределение приводного усилия, которое прикладывают к двум приводным участкам, чтобы обеспечить функцию шарнира. Кроме того, увеличена зона, в которой может вмещаться часть тела.
Когда приводное усилие прикладывают к приводным участкам 16, зажимной держатель 12 находится в разжатом состоянии, и контактные участки 22 раздвигаются. Другими словами, рычажные секции 14а, b поворачиваются одна относительно другой потому, что распорный шарнир упруго деформируется из-за приводного усилия. В таком случае, часть тела можно вместить между ними или, в частности, их контактными участками 22. Приводное усилие обычно прикладывается к приводным участкам 16 человеком, использующим устройство для мониторинга, или врачом, или медицинским работником, применяющим устройство для мониторинга на пациенте. Если часть тела живого существа вмещают между рычажными секциями 14а, 14b, и с приводных участков 16 снимают приводное усилие, то к части тела прилагается усилие зажима двумя контактными участками 22, которое вызывается упруго деформируемым материалом зажимным держателем 12, который стремится вернуться к своей первоначальной форме. В таком случае, зажимной держатель зажимается или закрепляется на части тела.
Разные люди (взрослые, младенцы и т.п.) обычно имеют мочки ушей разных размеров. Таким образом, когда зажимной держатель 12 будут применять на мочке уха, обычно невозможно будет обеспечить параллельное выравнивание контактных участков 22 рычажных секций. Однако, упомянутое параллельное выравнивание контактных участков 22 может быть необходимо для обеспечения надлежащего оптического пути и точных показаний датчика. Оптический датчик обычно подвержен действию возмущающих оптических эффектов. Это особенно важно в случае измерения на пропускание на основе света, который проходит сквозь часть тела от одной рычажной секции 14а (или контактного участка 22) к другой рычажной секции 14b. Настоящая полезная модель устраняет упомянутый недостаток посредством обеспечения шарнирного участка 20 между приводным участком 16 и контактным участком 22 двух рычажных секций 14а, b. Тем самым, светоизлучающий блок, который встроен в или опирается на контактный участок 22 первой рычажной секции 14а выравнивается относительно светоприемного блока, который встроен в или опирается на контактный участок 22 второй рычажной секции 14b. Шарнирный участок 20 обеспечивает гибкость для поворота контактных участков 22 и приводных участков 16 друг относительно друга. Благодаря этому возможно, чтобы два контактных участка 22 адаптировали свои ориентации (один относительно другого и относительно части тела) к форме и/или толщине части тела между ними, т.е. каждый контактный участок 22 по отдельности сгибается в контакт с частью тела. С одной стороны, рычажный шарнир на шарнирном участке 20 допускает компенсацию разных размеров частей тела между двумя рычажными секциями 14а, 14b. С другой стороны, ношение можно сделать более удобным потому, что усилие, которое прикладывают к части тела, равномерно распределяется по поверхности.
В итоге, зажимной держатель 12 обеспечивает тем самым три точки 25 поворота, две на рычажных секциях (шарнирных участках 20) и одну на поперечной секции 24. Упомянутые точки 25 поворота можно назвать также виртуальными центрами поворота. Механическое напряжение, вызываемое раскрытием и смыканием зажимного держателя 12, делится между тремя точками 25 поворота.
Фиг. 3а и 3b поясняют действие приводного усилия 26 на приводные участки двух рычажных секций и распределение усилия, т.е. напряжения в материале, которое приводит к упругой деформации двух рычажных секций и поперечной секции, соответственно.
На фиг. 3а можно видеть, что приложение приводного усилия 26 приводит к деформации в поперечной секции (смотри распределение усилия в зоне поперечной секции), так что рычажные секции раздвигаются, т.е. поворачиваются одна относительно другой. Фиг. 3а изображает разжатое состояние. Поперечная секция обеспечивает функцию шарнира. Шарнирные участки в рычажных секциях не напряжены. Когда приводное усилие 26 снимается, рычажные секции производят усилие 28 зажима на часть тела между ними.
Фиг. 3b изображает состояние зажатия, в котором часть тела (не показанная) вмещается между двух рычажных секций. Можно видеть, что упруго деформируемый материал напряжен также на шарнирном участке рычажных секций. По сравнению с конструкцией с двумя жесткими рычажными секциями, держатель датчика согласно настоящей полезной модели обеспечивает тем самым более или менее параллельное выравнивание двух рычажных секций. Это дает, в результате, выравнивание оптического пути (от светоизлучающего блока до светоприемного блока). Тем самым, может быть ослаблено влияние внешнего света, которое может отрицательно сказываться на качестве измерения. Кроме того, материал подвержен меньшим напряжениям вследствие разделения напряжения по трем разным точкам поворота в сравнении со всем напряжением, прикладываемым к единственному элементу поворота. Следовательно, может быть уменьшено старение материала, и может быть увеличен срок службы компонента. Более того, создается возможность обеспечения большего удобства для пользователя благодаря более сбалансированному усилию зажима по всему контактному участку.
Фиг. 4 более подробно изображает контактный участок 22 рычажной секции зажимного держателя в поперечном сечении. Прежние держатели датчиков часто обладали таким недостатком, что от отдельных/дополнительных покрывных элементов требовалось изоляция сенсорного устройства от ткани. Такая отдельная изоляция неудобна тем, что сборочный процесс является более сложным и, следовательно, более дорогим, и что очистка держателя датчика затрудняется потому, что загрязнение может проникать в небольшие зазоры между разными частями. Данная проблема решается настоящей полезной моделью посредством обеспечения мембраны 30, которая отделяет углубление 32 от контактной поверхности 34, которая находится в контакте с тканью живого существа. Углубление 32 используется как место для сборки и вмещает, по меньшей мере, часть сенсорного устройства 36. Обычно, кабельный канал 38 соединяет сенсорное устройство 36 (или часть сенсорного устройства) с внешним процессорным устройством или источником энергии. Кабельный канал 38 обычно продолжается через всю рычажную секцию и соединяется с кабелем, начинающимся на приводном участке.
На приведенном детальном чертеже рычажной секции на фиг. 4, часть сенсорного устройства 36 встроена в контактный участок первой рычажной секции. Данная часть соответствует, в частности, светоизлучающему блоку, например, СД. Во второй рычажной секции соответствующий светоприемный блок, например, фотодиод, (вторая часть сенсорного устройства 36) встроен так, что он расположен с другой стороны части тела, когда часть тела вмещена между двумя рычажными секциями. В предпочтительном варианте, встраивание фотодиода (второй части сенсорного устройства) может быть эквивалентно тому, что показано на фиг. 4 (т.е. показанная часть сенсорного устройства 36 может также эквивалентно соответствовать фотодиоду). Свет излучается СД в одной рычажной секции и собирается фотодиодом в другой рычажной секции. Следовательно, как свет, излучаемый СД, так и свет, собираемый фотодиодом, проходит сквозь мембрану 30. Материал и толщина мембраны выбирают так, чтобы соответствующая длина волны света (например, красного и инфракрасного), по существу, не ослаблялись.
Если требуется измерять оксигенацию крови, то необходимо, чтобы свет двух разных длин волн излучался с одной стороны части тела и собирался с другой стороны части тела, в которой свет может взаимодействовать с пульсирующей кровью. Поэтому, светоизлучающий блок обычно будет включать в себя два СД, в частности, красный СД и инфракрасный СД. Два СД обычно включаются попеременно, т.е. в импульсном режиме.
В процессе изготовления углубление 32 обычно заполняют эпоксидной смолой после вставки в него сенсорного устройства 36, чтобы изолировать сенсорное устройство от влияний окружающей среды. Следовательно, мембрана 30 состоит из такого же материала, как весь цельно сформированный зажимной держатель. Если данная мембрана является достаточно тонкой или состоит из подходящего материала, то мембрана является светопрозрачной.
В других вариантах осуществления возможно также, чтобы оба СД и фотодиод были встроены в контактный участок одной и той же рычажной секции так, чтобы можно было выполнять измерение на отражение. Тогда в другой рычажной секции не требуется никакого углубления.
Фиг. 5 схематично изображает другой вариант осуществления устройство для мониторинга согласно аспекту настоящей полезной модели. Кроме светоизлучающего блока 40, который излучает свет в часть 42 тела живого существа, устройство 10 дополнительно содержит светоприемный блок 44, который принимает свет после взаимодействия с частью 42 тела.
Другие варианты осуществления устройства могут также дополнительно содержать процессорный блок 46 (например, микропроцессор, интегральную схему (ИС) или специализированную интегральную схему (ASIC) и т.п.) для обработки детектируемого света и для получения информации о показателях жизненно-важных функций живого существа из детектируемого света. Данный процессорный блок 46 может быть встроен в цельно сформированный зажимной держатель или соединен с ним. Кроме того, устройство 10 для мониторинга может содержать беспроводной интерфейсный блок 48, через который сигнал, представляющий детектируемый свет и/или полученную информацию о показателях жизненно-важных функций живого существа, может передавать беспроводным способом.
Фиг. 6 представляет два разных изображения элементов рычажной секции 14 с другого варианта осуществления зажимного держателя согласно настоящей полезной модели, которая может быть рычажной секцией 14а и/или 14b зажимного держателя 12, показанного на фиг. 2. Фиг. 6а представляет вид в перспективе внутренней поверхности 50 рычажной секции 14с, и фиг. 6b представляет вид внешней поверхности 60 рычажной секции 14с. Приведенная конструкция рычажной секции 14с выбрана, в частности, для удовлетворения требований к измерению SpO2 на мочке уха или ноздре (т.е. внутри носа).
По данной причине, одна или обе рычажных секции имеют конструкцию, показанную на фиг. 6. Контактный участок 22 с содержит разные секции 221, 222, 223, как показано, в частности, на фиг. 6b, а именно, утолщенную центральную секцию 222 и две утоненных боковых секции 221, 223. Приведенная конструкция позволяет контактному участку 22с точнее адаптировать свою геометрию таким образом, чтобы данный участок плотно прилегал к участку тела, на котором он должен быть закреплен, например, входил в ноздрю пациента. Боковые секции 221, 223 могут быть даже конструктивно очень тонкими, так что они могут легко сгибаться и, следовательно, обеспечивать очень гибкий интерфейс между сенсорным устройством (размещенным на одной или обеих рычажной(ых) секции(ях)) и пациентом, что дополнительно способствует удобству пациента.
Дополнительно, как показано на фиг. 6а, внутренняя поверхность 50 контактного участка 22с снабжена каналом, в данном варианте осуществления, двумя небольшими прямоугольными каналами 224, 225, например, имеющими глубину и ширину в диапазоне от 0,1 до 0,5 мм, например, 0,3 мм. Другими словами, центральная зона 226 (где расположено сенсорное устройство) внутренней поверхности контактного участка 22с, сформированная двумя каналами 224, 225, углублена (т.е. формирует углубленную зону) относительно краевых областей 227, 228 (формирующих приподнятые зоны) таким образом, что в основном или только краевые области 227, 228 приходят в непосредственный контакт с участком тела (например, мочкой уха или ноздрей), на котором расположен зажимной держатель. Таким образом, приведенная конструкция обеспечивает более свободную циркуляцию крови на данном участке тела и уменьшает допуски на погрешность измерения.
Фиг. 7 представляет вид сбоку (фиг. 7а) и вид в перспективе (фиг. 7b) другого варианта осуществления зажимного держателя 12′ согласно настоящей полезной модели, который предназначен, в частности, для закрепления на ухе. В общем, зажимной держатель 12′ имеет такие же элементы и функции, как зажимной держатель 12, но данный вариант осуществления зажимного держателя 12′ имеет несколько больший и более толстый контактный участок 22d в сравнении с контактным участком 22 зажимного держателя 12.
Хотя настоящая полезная модель подробно представлена на чертежах и охарактеризована в вышеприведенном описании, упомянутые чертежи и описание следует считать наглядными или примерными, а не ограничивающими; полезная модель не ограничена раскрытыми вариантами осуществления. После изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы полезной модели, специалистами в данной области техники в процессе практической реализации заявленной полезной модели могут быть разработаны и выполнены другие модификации раскрытых вариантов осуществления.
В формуле полезной модели, формулировка «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и признак единственного числа (в виде неопределенного артикля в оригинале) не исключает множественного числа. Единственный элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле полезной модели. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы полезной модели, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае.
Никакие позиции в формуле полезной модели нельзя считать ограничивающими объем полезной модели.