СБОР ПЕРСОНАЛЬНЫХ МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ
COLLECTION OF PERSONAL MEDICAL DATA

Область техники
Настоящее изобретение относится к средству для сбора персональных медицинских данных. В частности, изобретение относится к персональному портативному монитору (именуемому далее "ППМ"), содержащему устройство обнаружения сигналов, которые можно применить для проведения одного или нескольких измерений параметров, связанных со здоровьем пользователя, причем устройство обнаружения сигнала объединено с персональным портативным вычислительным устройством (именуемом далее "ППВУ"). ППМ использует процессор ППВУ для управления и анализа сигналов, принимаемых из устройства обнаружения сигналов. Настоящее изобретение также относится к устройству обнаружения сигналов, рассчитанному на интеграцию с таким ППВУ. Настоящее изобретение, кроме того, относится к системам функционирования ППМ и обработки сигналов, запрошенных устройством обнаружения сигналов. Настоящее изобретение, помимо этого, относится к системе для анализа, хранения и передачи сигналов, запрошенных посредством ППМ через Интернет, или для контроля пользователей, которым данные, полученные из этих сигналов, могут быть доставлены.
Уровень техники
Сотовые телефоны (также известные как мобильные телефоны) представляют собой часть повседневной жизни. В развивающемся мире подавляющее большинство зрелых людей имеет сотовый телефон. Применение сотовых телефонов также находит все большее распространение в развивающихся странах, поскольку это предоставляет возможность таким странам развивать систему связей без необходимости в укладке кабеля. Уже имеются различные проекты применения сотовых телефонов в здравоохранении. Однако все эти проекты имеют недостатки.
В заключительном докладе Leslie, I и др. "Mobile Communications for medical care" от 21 апреля 2011 г. сообщается о важном исследовании Кембриджского университета, где определен существенный вклад, который сотовые сети внесут в здравоохранение в развитых странах и странах с низким уровнем доходов и переходной экономикой путем переноса "основных физиологических параметров" и других данных из локальных устройств измерения в центральный компьютер сбора и обработки данных. В нем определены два отдельных промышленных круга: те, кто производит сотовые телефоны, и те, кто производит медицинские приборы.
Ladeira D и др., "Strategic Applications Agenda Version 3", Working Group on Leading Edge Applications, January 2010, www.emobility.eu.org, представляет собой исследование мобильных устройств, в котором принимается во внимание широкая область применения сетевого здравоохранения и утверждается: "Смартфоны могут собирать результаты измерения из измерительных приборов автоматически по беспроводной связи и без участия пользователя передавать собранные данные врачу для дополнительного анализа".
"Healthcare unwired - new business models delivering care anywhere" PricewaterhouseCoopers(Health Research Institute, September 2010, является работой, в которой рассматривается эта возможность, появившаяся благодаря широкому доступу к линиям связи с точки зрения медицины, и ее влияние на модель лечебного дела.
В обзоре 2009 г. компания Apple определила растущий спрос на применение своих iPhone(как части цепи передачи данных от медицинских приборов до практикующих врачей и остальных (см. http://medicalconnectivity.com/2009/03/19/apple-targets-health-care-with-iphone-30-os/).
Эти доклады основаны на применении существующих медицинских приборов и существующей технологии сотовой связи и, следовательно, требуется наличие как производства медицинской техники, так и производства сотовых телефонов. Целью настоящего изобретения является предоставление возможности сбора медицинских данных без необходимости в обоих этих производствах.
Компьютерные планшеты и портативные персональные компьютеры также становятся достаточно маленькими и поэтому используются в качестве ППВУ. Много таких устройств также включают в себя средства связи, такие как WiFi или беспроводная телефонная связь.
Карманный персональный компьютер ("КПК") сейчас также хорошо-известен и включает в себя процессор для предоставления возможности пользователю хранить и извлекать личные данные.
Описание изобретения
Первым аспектом настоящего изобретения является персональный портативный монитор (здесь и далее "ППМ"), содержащий устройство обнаружения сигналов, которое может применяться для получения результатов измерения параметра, связанного со здоровьем пользователя, при этом устройство обнаружения сигналов объединено с персональным портативным вычислительным устройством (здесь и далее "ППВУ").
ППМ настоящего изобретения должен быть такого размера и веса, чтобы с ним мог легко справиться нормальный зрелый человек, используя одну руку для удержания ППМ и другую руку для ввода или извлечения данных. В предпочтительном исполнении, ППВУ включает в себя средства связи, такие как WiFi или беспроводная телефонная связь.
Под "объединено" подразумевается, что устройство обнаружения сигналов и ППВУ образуют единый физический блок, в котором устройство обнаружения сигналов и ППВУ остаются в закрепленном отношении, когда оба перемещаются. Все электрические подключения находятся внутри ППМ.
Полученный сигнал может быть аналоговым или цифровым и, если он аналоговый, может быть преобразован в цифровую форму для последовательного анализа посредством процессора ППВУ или для анализа посредством удаленного средства обработки данных, с которым ППВУ осуществляет связь через Интернет или другое средство передачи данных.
ППВУ, с которым устройство обнаружения сигналов объединено, может представлять собой сотовый телефон, компьютерный планшет, КПК или любое другое вычислительное устройство, с которым может легко справиться нормальный зрелый человек, используя одну руку для удержания его, а другую руку для ввода и извлечения данных.
Настоящее изобретение объединяет медицинскую технику с техникой ППВУ посредством комбинирования апробированных технических принципов с новой реализацией, чтобы создать ППМ, который предоставляет возможность своему пользователю запросить измерения персональных медицинских данных только посредством ППМ. При необходимости пользователь может осуществить передачу этих измерений другим сторонам.
Использование ППМ данного изобретения является важным усовершенствованием в сфере применения систем, описанных в работах, указанных выше, потому что устройство обнаружения сигналов объединено с ППВУ. Поскольку устройство обнаружения сигналов должно быть достаточно малым, чтобы быть интегрированным с ППВУ без уменьшения его размеров и быть в состоянии воспользоваться инфраструктурой ППВУ, такой как его дисплей и батарейка, он будет существенно менее дорогим, чем многие из известных медицинских приборов, которые слишком дороги для большинства пользователей в странах с низким уровнем доходов или переходной экономикой и сдерживают даже пользователей в развитых странах. Устройство обнаружения сигналов изготовлено по микроэлектронной технологии для уменьшения размера и стоимости до уровня, при котором устройство обнаружения сигналов, объединенное с ППВУ, может стать повсеместным и персональным для пользователя.
В предпочтительном исполнении устройство обнаружения сигналов выполнено с возможностью получать сигналы, пока оно соприкасается или находится очень близко к одной или нескольким частям тела пользователя. В частности, устройство обнаружения сигналов может быть выполнено с возможностью получения сигналов, пока по меньшей мере часть его находится в соприкосновении с:
одним или несколькими пальцами пользователя, особенно одним или несколькими пальцами рук;
кожей около сонной артерии;
грудью пользователя, предпочтительно ближе к сердцу; и/или
внутренней частью уха или рта пользователя.
Устройство обнаружения сигналов включает в себя один или несколько датчиков для обнаружения сигналов, которые можно использовать для получения результата измерения параметра, применяемого для оценки здоровья человека. В предпочтительном исполнении один или несколько датчиков располагаются для обнаружения сигналов, связанных с кровяным давлением, скоростью распространения пульсовой волны, волной артериального давления, температурой, парциальным давлением кислорода в крови, электрокардиограммой, сердечным ритмом и/или частотой дыхания. Устройство обнаружения сигналов может включать в себя датчики для обнаружения сигналов, из которых могут быть получены измерения более одного из вышеупомянутых параметров. В устройство обнаружения сигналов предпочтительно включить один или несколько датчиков для обнаружения сигналов, из которых могут быть получены результаты измерения артериального давления посредством, например, одного или нескольких сфигмоманометров, фотоплетизмографов и измерения скорости распространения пульсовой волны.
ППМ настоящего изобретения может включать в себя один или несколько следующих датчиков и средств измерений. В частности предпочтительные комбинации этих датчиков и средств указаны ниже.
Температурный датчик
Устройство обнаружения сигналов может включать в себя температурный датчик для обнаружения сигналов, из которого посредством процессора ППВУ может быть получен результат измерения локальной температуры тела (то есть температуры около местоположения датчика, приложенного к телу). Определенное преимущество обеспечивается тем, что устройство обнаружения сигналов также включает в себя датчик для обнаружения сигналов, из которых посредством процессора может быть получен результат измерения комнатной температуры. Это может быть тот же датчик, который используется в связи с измерением локальной температуры, или может представлять собой отдельный датчик. В предпочтительном исполнении процессор выполнен с возможностью получения центральной температуры тела пользователя из сигналов, полученных посредством температурного датчика.
Как хорошо известно температура поверхности может быть оценена посредством измерения теплового излучения, которое она испускает. Для обычных температур тела излучение сосредотачивается в области дальних инфракрасных волн. Они могут регистрироваться болометром, в котором мишень нагревается посредством падающего излучения и ее температура измеряется либо непосредственно путем регистрации изменения ее сопротивления, либо неявно посредством термопары, термистора или другого аналогичного устройства. Поле обзора можно задать посредством линзы или окна. Температурный датчик может быть выполнен с возможностью приема излучения из внутренней части уха или височной артерии на лбу как в существующих медицинских приборах, применяющих этот метод.
Температурный датчик предпочтительно расположить так, чтобы он был в состоянии измерять температуру уха пользователя независимо от того, ведет ли пользователь телефонный разговор или нет. В альтернативном исполнении температурный датчик может быть расположен так, чтобы он был в состоянии проводить измерения температуры поверхности части тела, на которой должно быть проведено любое другое измерение при помощи ППМ, такое как измерение артериального давления.
В альтернативном исполнении температурный датчик может быть расположен так, чтобы пользователь мог ориентировать его, манипулируя устройством ППМ таким образом, чтобы он был в состоянии измерять температуру части тела или другого выбранного предмета, например предмета одежды пользователя. Процессор ППМ может в этом случае быть выполнен с возможностью получения сигнала, указывающего на комнатную температуру, и/или предоставления инструкций пользователю для ориентации ППМ так, чтобы получить сигналы, указывающие на температуру тела и комнатную температуру.
В альтернативном исполнении температурный датчик может быть расположен на руке, которая может быть приведена в соприкосновение с одним из пальцев пользователя или вставлена в ухо или рот пользователя. Рука может быть закрепленной в определенной позиции на устройстве обнаружения сигналов или может быть подвижной между вытянутой и втянутой позицией, при этом рука может быть втянута, когда ее не используют. Рука может быть поворотной или скользящей между ее вытянутой и втянутой позициями.
Устройство обнаружения сигналов может включать в себя более одного температурного датчика для определения температуры в разных местах.
Температурный датчик можно применять для измерения температуры других изделий, например пищи, систем местного отопления или вина.
Электрический датчик
Сердце приводится в действие электрическими сигналами, которые можно регистрировать на коже и которые представляют собой основу электрокардиограммы (ЭКГ). Простой вариант осуществления может заключаться в регистрации времени, в которое возникает электрический сигнал, инициирующий сердцебиение, посредством измерения разности потенциалов между двумя отдельными частями тела. С соответствующей электронной обработкой время возникновения каждого сигнала инициализации можно измерить за несколько миллисекунд.
Устройство обнаружения сигналов может включать в себя электрический датчик, содержащий два электрода, которые электрически изолированы друг от друга, но которые могут соприкасаться с двумя разными частями тела пользователя. В предпочтительном исполнении два электрода могут соприкасаться с одним пальцем каждой руки пользователя. В другом предпочтительном исполнении один из электродов электрического датчика связан с кнопкой, подушечкой или полоской из средств ограничения кровотока (см. ниже). Другой электрод располагают на отдельной части ППМ. Этот другой электрод может быть связан с рычажком, если он предусмотрен, который применяется для ручного наполнения подушечки (см. ниже). В предпочтительном исполнении подушечка сконструирована вместе с поверхностью, которая дает хорошее электрическое соединение, например микропирамидальной.
В другом предпочтительном исполнении сигнал, зарегистрированный электрическим датчиком, является мерой разности потенциалов между двумя электродами, которая связана с разностью потенциалов между двумя разными частями тела. В предпочтительном исполнении, процессор ППВУ выполнен с возможностью усиления сигналов электрического датчика и, если это необходимо, фильтрации сигналов перед, во время или после усиления. Усиленный и отфильтрованный сигнал, полученный процессором, в общем имеет форму, показанную на фиг. 1 в приложенных чертежах, где ось X представляет время, а ось Y представляет разность потенциалов. Стрелки на фиг. 1 показывают время, в которое электрический сигнал стимулирует сердце инициировать систолу.
Средства ограничения кровотока
Устройство обнаружения сигналов может содержать средства ограничения кровотока для ограничения или полной блокировки тока крови через часть тела пользователя и датчика давления для определения давления, оказанного средством ограничения кровотока или, наоборот, к нему. Обычным средством ограничения кровотока является надувная манжета, которая окружает часть тела.
В устройство обнаружения сигналов предпочтительно включить одно из средств ограничения кровотока, описанных ниже: кнопку; заполненную флюидом подушечку; и полоску. Любое из этих средств можно применить для сжатия им части тела, такой как палец ноги или руки, предпочтительно палец руки, при этом артериальный кровоток через эту часть тела подвергается влиянию давления, оказанного на одну сторону части тела, или наоборот.
Степень ограничения может регистрироваться осциллометрическим способом или посредством анализа сигналов из фотодатчика крови, описанного ниже.
Кнопка
Средство ограничения кровотока может содержать кнопку, которая прижата к части тела. В предпочтительном исполнении кнопка является областью пластины, которая может перемещаться независимо от оставшейся части пластины и подключена к датчику силы. Датчик силы выполнен с возможностью измерения силы, приложенной к кнопке, но сводит к минимуму расстояние, на которое кнопка может перемещаться. В основном пластина имеет размеры 10 мм на 20 мм с круглой кнопкой обычно диаметром 5 мм или некруглой кнопкой равной площади. В предпочтительном исполнении расстояние, на которую кнопка перемещается под действием силы со стороны части тела, не более 0. 1 мм.
Давление кнопки на часть тела создает давление внутри части тела. Часть тела, соприкасающаяся с кнопкой, толкает кнопку с силой примерно равной давлению внутри части тела, умноженному на площадь кнопки. Посредством измерения силы ППМ может точно установить значение давления внутри части тела.
Устройство обнаружения сигналов может включать в себя множество кнопок, каждый из которых подключен к отдельному датчику силы.
Заполненная флюидом подушечка
Средство ограничения кровотока может содержать заполненную флюидом подушечку, напротив которой одна сторона части тела пользователя, в частности палец, предпочтительно палец руки, может быть сжата для ограничения тока крови через эту часть тела, и манометр для предоставления сигнала, указывающего на давление в подушечке. В предпочтительном исполнении, подушечка расположена в V-образной канавке ППМ. При эксплуатации давление на подушечку можно оказать либо прижиманием части тела к подушечке, либо прижиманием подушечки к части тела.
Если подушечка наполняется воздухом, необходимо принять меры для предотвращения превышения давления, возникающего в подушечке. Оно может повысится, например, если устройство оставлено в горячем месте и тепло приводит к чрезмерному повышению давления. В средство для предотвращения превышения давления предпочтительно включить клапан, который открывается для выпуска газа из подушечки в атмосферу при заданном давлении, которое равно максимально допустимому давлению в подушечке (обычно около 300 мм рт. ст.), и насос для замены выпущенного газа. Насос может включать поршень и цилиндр или он может включать диафрагму и камеру, при этом поршень или диафрагма могут работать под действием пользователя или электроэнергии. В предпочтительном исполнении ППМ имеет откидную или выдвижную крышку над устройством обнаружения сигналов, расположенную так, что открывание крышки позволяет устройством пользоваться, крышка давит на поршень или диафрагму для создания достаточного давления, чтобы повторно надуть подушечку. В предпочтительном исполнении насос имеет два клапана: Обратный клапан, который предоставляет возможность газу войти подушечку; и клапан для предоставления возможности выхода газа из насоса в атмосферу при заданном давлении, равном минимальному рабочему давлению подушечки (обычно около 50 мм рт. ст.).
Определенное преимущество обеспечивается тем, что объем газа, присутствующий в подушечке, сведен к минимуму, чтобы обеспечить максимальную чувствительность регистрации изменения давления. В случае с обратным клапаном предпочтительно расположить его близко к подушечке и к датчику давления.
Дополнительное преимущество включения этого предохраняющего средства проявляется в том, что устройство продолжает работать, даже если образовался слабый подтек. Это повышает надежность устройства.
Полоска
Еще в одном альтернативном исполнении средство ограничения кровотока может содержать полоску, к которой одна сторона части тела пользователя, в частности пальца, предпочтительно пальца руки, может быть прижата для ограничения потока крови через эту часть тела, и датчик силы для выдачи сигнала, указывающего на давление, оказываемое на полоску.
В предпочтительном исполнении полоска расположена на V-образной канавке ППМ. При эксплуатации давление на полоску можно оказать либо прижиманием части тела к полоске, либо прижиманием полоски к части тела.
Полоска может быть неэластичной или эластичной.
В случае, когда полоска неэластична, она может быть неподвижно закреплена за каждый конец поперек V-образной канавки в ППМ. В этой компоновке манометр адаптирован для измерения силы, приложенной к креплениям полоски.
В альтернативном исполнении неэластичная полоска может быть закреплена на валике с одной стороны канавки и неподвижно закреплена с другой стороны канавки. В этой компоновке давление, оказываемое на полоску, можно измерить по величине, на которую полоска прокрутила валик. Раскручиванию можно противодействовать посредством пружины кручения на валике или линейной пружины.
Еще в одном альтернативном исполнении неэластичная полоска может быть закреплена за каждый из ее концов на валике, а валики расположены с каждой стороны V-образной канавки в ППМ. В этой компоновке давление, оказываемое на полоску, можно измерить по величине, на которую полоска закручивает каждый валик, или посредством измерения физического свойства полоски, такого как ее электрическое сопротивление.
В случае, когда полоска эластична, она может быть неподвижно закреплена за каждый конец поперек V-образной канавки в ППМ. В этой компоновке манометр можно адаптировать для измерения увеличения длины полоски или напряжения на растяжение в полоске или измерения физического свойства полоски, такого как его электрическое сопротивление, чтобы подать сигнал, связанный с давлением, оказанным на полоску.
В случае применения полоски, предпочтительно, чтобы ППМ включал в себя средства подачи сигнала, указывающие на диаметр части тела, которая приходит в соприкосновение с полоской, чтобы измерение давления можно было провести точнее. Средства могут представлять собой вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран, предпочтительно стандартную вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран ППВУ, благодаря чему пользователь может ввести диаметр как результат его измерения, например посредством любых удобных средств, таких как мерная лента или ряд калиброванных отрезков, созданных на отдельном приборе или на ППМ.
Однако предпочтительно, чтобы эти средства были связаны с самой полоской и подавали сигнал без пользовательских данных. Например, полоска может включать в себя одно или несколько оптических волокон, внедренных в нее, источник света на одном конце оптического волокна (кон) для ввода света в оптическое волокно (кна) и детектора света на другом конце оптического волокна (кон) для регистрации света, достигшего детектора, и средств для определения ослабления света, когда он проходит через оптическое волокно (кна), причем степень ослабления связана с кривизной полоски, которая, в свою очередь, связана с диаметром. В альтернативном исполнении полоска может содержать два слоя, и устройство обнаружения сигналов включает в себя средства для измерения длины каждого слоя, причем относительные длины двух слоев зависят от диаметра. Еще в одном альтернативном исполнении устройство обнаружения сигналов может включать в себя средства, такие как детектор близости, для подачи сигнала, указывающего расстояние между нижней частью канавки и ближайшей к ней точки полоски, и процессор, адаптированный для вычисления диаметра части тела, исходя из сигнала и длины полоски.
Фотодатчик крови для фотоплетизмографии (ФПГ)
Пульсоксиметры, применяемые в ФПГ, существуют на рынке с 1980-ых годов. Они используются для оценки степени оксигенации в артериальной крови. Красный и инфракрасный свет направляется к некоторой части тела. Инфракрасный свет сильнее поглощается оксигенированной кровью, чем неоксигенированной кровью; красный свет сильнее поглощается неоксигенированной кровью, чем оксигенированной кровью. Изменение инфракрасного поглощения во время систолы служит мерой количества оксигенированной крови. Уровень поглощения красного света между систолами служит мерой общего количества облучающейся крови и применяется для калибровки.
В предпочтительном исполнении, устройство обнаружения сигналов включает в себя датчик ФПГ. В нем используется один или несколько фотодатчиков. Фотодатчик(ки) можно разместить для измерения прохождения или рассеяния. В варианте прохождения фотодатчик содержит один или несколько фотоизлучателей, расположенных для прохождения света через определенную часть тела, и один или несколько фотодетекторов, расположенных для регистрации света, проходящего от фотоизлучателя (лей) через эту часть тела. В варианте рассеяния фотодатчик содержит один или несколько фотоизлучателей, расположенных для прохождения света по направлению к определенной части тела, и один или несколько фотодетекторов, расположенных для регистрации света от фотоизлучателя(лей), рассеянного этой частью тела. В предпочтительном исполнении варианта рассеяния фотодетектор(ры) расположен в непосредственной близости к фотоизлучателю(лям).
В обоих случаях предпочтительно, чтобы фотодатчик(ки) был(ли) выполнен с возможностью испускания и детектирования света двух или нескольких длин волн. Возможен один объединенный фотоизлучатель, выполненный с возможностью испускания света двух выбранных разных длин волн, или возможны по меньшей мере два фотоизлучателя, каждый из которых выполнен с возможностью испускания света выбранной, отличной от других длины волны. Для обоих альтернативных вариантов фотоизлучателя(лей) в одном альтернативном варианте осуществления предусмотрен один объединенный фотодетектор, который может детектировать свет на выбранных длинах волн. В другом альтернативном варианте предусмотрены два или несколько фотодетекторов, каждый из которых выполнен с возможностью детектировать свет на выбранной, отличной от других длине волны.
В предпочтительном исполнении одну из длин волн выбирают так, чтобы свет поглощался сильнее оксигенированной кровью, нежели дезоксигенированной кровью. Подходящая длина волны равна 940 нм. Другую длину волны выбирают так, чтобы свет поглощался сильнее дезоксигенированной кровью, чем оксигенированной кровью. Подходящая длина волны равна 660 нм.
В предпочтительном исполнении устройство обнаружения сигналов выполнено с возможностью принимать сигнал от фотодетектора(ров), когда никакой свет не излучается от фотоизлучателя(лей). Это предоставляет возможность дополнительной калибровки сигналов, полученных на первой и, если предусмотрена вторая, то и на второй длине волны(н).
На фиг. 2 из приложенных чертежей упрощенно показано изменение оксигенированного сигнала крови (верхняя линия), дезоксигенированного сигнала крови (средняя линия) и сигнала окружающего освещения (нижняя линия связи).
Фотодатчик крови может быть дополнительно выполнен с возможностью измерять концентрацию анализируемых веществ в крови, таких как глюкоза, алкоголь, гемоглобин, креатинин, холестерин и стимуляторы или другие лекарственные вещества, включающие нелегальные или другим способом запрещенные материалы. Трудно провести эти измерения, если спектр поглощения анализируемого вещества аналогичен спектрам поглощения других материалов в крови. Устройство обнаружения сигналов может быть предназначено для применения одного или нескольких методов, описанных ниже, для увеличения чувствительности и избирательности абсорбционной спектроскопии.
Первый метод следует отнести к дифференциальному поглощению. Луч света направляют на некоторую часть тела и прошедший или рассеянный свет расщепляют и направляют на две измерительные ячейки. Одна (эталонная ячейка) содержит смесь химических соединений, обычно присутствующих в достаточных величинах в крови, исключая анализируемое вещество, представляющее интерес. На практике она содержит только воду. Другая (исследуемая ячейка) содержит ту же смесь и анализируемое вещество. В альтернативном исполнении эталонная ячейка может быть исключена, а исследуемая ячейка заполнена только анализируемым веществом. В альтернативном исполнении, если анализируемое вещество газообразное при нормальных условиях, луч света может пройти через отдельную исследуемую ячейку, содержащую анализируемое вещество в газообразной форме, и давление в этой ячейке колеблется.
Интенсивность луча света можно измерить при различных условиях: после прохождения через эталонную ячейку и независимо через исследуемую ячейку, в каждом случае без присутствия части тела, и аналогично после прохождения через каждую ячейку в присутствии части тела. В альтернативном исполнении интенсивность луча света можно измерить как в случае, когда он прошел через ячейку, так и в случае, когда он не прошел через нее, в присутствии части тела и без нее. В другом исполнении интенсивность можно измерить как функцию давления в ячейке в присутствии части тела и без нее.
Интенсивность луча света можно модулировать, например коммутацией, чтобы компенсировать системой измерения фоновый свет. Луч света имеет широкий оптический спектр, выбранный для сведения к минимуму различия между присутствием анализируемого вещества и других химических соединений с предоставлением недорогостоящей технологии, необходимой для применения. Например, если анализируемое вещество является глюкозой, это может быть около ИК области.
В каждом из этих случаев расхождение между интенсивностью, когда луч света проходит через эталонную ячейку и через исследуемую ячейку, служит мерой величины поглощения анализируемым веществом внутри части тела. Чтобы дополнительно улучшить селективность по концентрации анализируемого вещества в крови ФПГ, можно применить сигнал для идентификации времени, при которой артерия расширяется во время систолы. Изменение поглощения в этой точке возникает в результате только дополнительного количества крови в части тела. Объем этой дополнительной крови также оценивается из сигнала ФПГ.
Акустический датчик
ППМ может включать в себя акустический датчик для обнаружения сигналов, связанного с звуками, создаваемыми сердцебиением. Акустический датчик может представлять собой отдельный микрофон, геофон или вибродатчик, или может представлять собой микрофон для стандартного сотового телефона или компьютерный планшет для восприятия речи, или это может быть датчиком силы или давления, используемым для измерения давления в части тела во время закупорки артерии. В предпочтительном исполнении процессор ППМ выполнен с возможностью обработки сигналов, принятых акустическим датчиком, для определения моментов биения сердца.
На фиг. 3, в приложенных чертежах, показана обычная форма "тук-тук" биения сердца, которая могла быть получена посредством акустического датчика. Показаны два последовательных импульса. Сигнал состоит из звукового сигнала внутри огибающей амплитуды.
Датчик движения
ППМ может также включать датчик движения, который выполнен с возможностью детектирования местоположения части тела пользователя, на котором расположено устройство обнаружения сигналов. В предпочтительном исполнении, процессор ППМ выполнен с возможностью корреляции сигнала от датчика движения с сигналом от датчика давления для возможности калибровки измерений артериального давления. В предпочтительном исполнении процессор ППМ выполнен с возможностью давать указания пользователю голосом или визуально для перемещения части тела так, чтобы такую калибровку можно было провести. Датчик движения может представлять собой существующий компонент ППВУ. Он может детектировать инерциальные силы посредством ускорения ППВУ или изменения давления с абсолютной высотой.
Ультразвуковой датчик
Устройство обнаружения сигналов может включать в себя ультразвуковой датчик для формирования изображения сечения артерии и/или использовать доплеровский интерферометр для оценки скорости потока крови внутри артерии. Указанный ультразвуковой датчик может состоять из набора индивидуальных элементов, которые образуют массив.
Средство ввода личных данных
В предпочтительном исполнении ППМ включает в себя средство ввода личных данных и выполнен с возможностью хранения других личных данных. Предпочтительно, чтобы средство ввода личных данных представляло собой вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран, предпочтительно стандартную вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран ППВУ. Данные, которые можно ввести этими средствами, могут включать в себя: высоту, вес, окружность талии, диаметр пальца и возраст, но не ограничиваться ими.
Дополнительные датчики и средства
ППМ может дополнительно включать средства подачи электрических сигналов к телу пользователя и детектирования сигналов, образованных под действием первых сигналов, например для измерения свойств тела, таких как индекс массы тела.
ППМ может включать в себя датчик, выполненный с возможностью получения сигналов, из которых можно получить идентификационные данные пользователя, например данные для получения отпечатка пальца пользователя. Это дает возможность гарантировать, что полученные измерения, относящиеся к здоровью пользователя, могут быть ассоциированы только с этим пользователем. Такой датчик идентификационных данных может быть связан с подушечкой средств ограничения кровотока или может быть связан с электродом электрического датчика. Возможно расположить датчик идентификационных данных таким образом, чтобы было почти невозможно соотнести измеренные медицинские показатели с любым человеком, отличным от идентифицируемого пользователя.
Анализ данных
Датчики и средства, описанные выше, можно применять в различных комбинациях для предоставления возможности сбора различных медицинских данных. В ППМ можно включить один или более из следующих датчиков: температурный датчик, электрический датчик, средства ограничения кровотока, фотодатчик крови для ФПГ, акустический датчик, датчик движения, ультразвуковой датчик - и предпочтительно включить по меньшей мере первые четыре из них. Предпочтительные комбинации датчиков и средств приведены в таблице ниже, вместе с указаниями медицинских данных, которые могут быть получены посредством этих комбинаций. Однако специалисты в данной области техники должны понимать, что и другие комбинации можно применить для предоставления дополнительных медицинских данных и что настоящее изобретение не должно быть ограничено комбинациями, приведенными в таблице ниже.
В таблице нет ссылки на анализ данных, полученных от возможного расширения оптического датчика для измерения концентрации анализируемого вещества в крови.
Алгоритмы, относящиеся к комбинации сигналов от любых или всех указанных датчиков и средств, заключенных в ППМ, и от других датчиков, которые могут представлять собой часть ППВУ, можно применить для преобразования полученных сигналов в релевантные медицинские данные или повысить точность полученных медицинских указателей ("основных физиологических параметров"), таких как систолическое и диастолическое артериальное давление. Другие медицинские указатели, которые менее известны, но признаны специалистами-медиками, такие как жесткость стенок артерии и пульсовая аритмия, также могут быть извлечены. Любые или все эти модели могут быть закодированы как программное обеспечение и могут быть загружены в ППМ или в удаленный компьютер для обработки сигналов.
В предпочтительном исполнении процессор ППМ выполнен с возможностью выдачи голосовых или визуальных инструкций пользователю для предоставления ему возможности использовать ППМ по желанию. В этом случае предпочтительно адаптировать процессор так, чтобы инструкции были интерактивными и основанными на сигналах, принимаемых от устройства обнаружения сигналов, которое может быть применено для определения того, находится ли устройство обнаружения сигналов в наилучшей позиции или применяется ли оно корректно.
Предпочтительно адаптировать процессор для выполнения нескольких измерений и сопоставить все эти измерения для предоставления лучшей индикации медицинских данных.
Одна возможная компоновка, посредством которой анализируются данные отдатчиков, описана после таблицы.
Температура тела
Точность оценки центральной температуры можно повысить посредством адаптации процессора ППВУ для предоставления голосовой или визуальной обратной связи с целью инструктирования пользователя о перемещении ППМ так, чтобы считываемая температура была максимальной, например, когда ППМ находится напротив уха пользователя и двигается, чтобы убедиться в том, что датчик направлен на самое теплое место.
В предпочтительном исполнении температурный датчик расположен в ППМ так, чтобы ППМ был в состоянии закрыть часть тела, температуру которой следует измерить, например ухо. В этом случае при эксплуатации температура может подниматься до внутренней температуры, потому что обдувание исключается из-за присутствия ППМ. Температурный датчик можно расположить рядом или объединить с громкоговорителем или другим устройством, используемым для воспроизведения звука в ППВУ.
В предпочтительном исполнении процессор выполнен с возможностью записи измеряемой температуры в течении периода в несколько секунд и применения математической модели для экстраполяции до ожидаемой равновесной температуры.
Процессор ППМ может быть выполнен с возможностью анализа сигналов от температурного датчика, чтобы предоставить оценочное значение центральной температуры тела пользователя. Процессор может быть дополнительно адаптирован под проведение анализа для идентификации тенденций в изменении центральной температуры и другой полученной информацию диагностического значения.
Скорость следования импульсов
Время каждого импульса можно определить из электрического сигнала, который показывает инициализацию систолы, а также из времени прихода систолического импульса к части тела, напротив которой прижато устройство, указанного посредством давления на датчике давления или силы, расположенном в средствах ограничения кровотока, и посредством максимума поглощения, регистрируемого оптическим и/или акустическим датчиком, если таковые существуют.
Средняя скорость следования импульсов, больше всего совместимая с данными каждого из этих датчиков, находится оптимизацией математического алгоритма, под реализацию которого адаптирован процессор ППВУ. Этот алгоритм может представлять собой простой расчет разности методом наименьших квадратов с весами, байесовскую оценку или другой метод оптимизации для нахождения наивероятной оценки.
Пульсовая аритмия
Аритмия является термином, используемым для обозначения изменения интервала между импульсами. Образцы таких изменений представляют собой значимый диагностический инструмент.
Изменения могут получиться из тех же данных, что используются для нахождения средней скорости следования импульсов, снова при необходимости, применяя оптимизированный математический алгоритм.
Артериальное давление
Артериальное давление может быть оценено посредством комбинирования данных из четырех разных типов показаний: скорости распространения пульсовой волны, пульсового наполнения, сфигмоманометра и скорости следования импульсов. Сфигмоманометр сам является производной от двух разных измерений: высокочастотных сигналов от манометра и фотодатчика(ков) крови. Можно также воспользоваться внешними данными, такими как рост, вес, возраст и пол пользователя. Таким образом, чтобы получить самое надежное оценочное значение артериального давления, можно комбинировать пять независимых измерений и некоторые данные посредством математического алгоритма оптимизации, такого как байесовская оценка.
Полученные значения представляют собой систолическое и диастолическое артериальное давление в том месте части тела, в котором измерение проводится. И другая диагностическая информация может быть получена из этих сигналов посредством дополнительных математических моделей. Например, в результате анализа можно вычислить артериальное давление в другой точке тела, такой как верхняя часть руки, чтобы предоставить возможность непосредственного сравнения с измерениями обычным манжетным тонометром. Это может быть вычисление давления в аорте, а также артериальной жесткости.
При необходимости ППМ может включать в себя дополнительно температурный датчик, чтобы обнаружить артерию, подлежащую исследованию.
Каждый тип измерений артериального давления описан ниже.
Скорость распространения пульсовой волны
Скорость распространения пульсовой волны (PWV) может быть получена по времени распространения пульсовой волны (PWTT).
Применение PWV для оценки артериального давления (АД) описано подробно Padill и др. (Padilla J et al., "Pulse Wave Velocity and digital volume pulse as indirect estimators of blood pressure: pilot study on healthy volunteers" Cardiovasc. Eng. (2009) 9: 104-112), которые, в свою очередь, ссылаются на более раннюю работу по аналогичной теме 1995 года и ее конкретное применение для оценки АД в 2000 году. Метод описан в патенте США №5865755, выданном 2 февраля 1999 г. Он основан на исследовании, указывающем, что скорость движения импульса крови по артериям является функцией артериального давления.
В предпочтительном исполнении процессор ППМ адаптирован для получения оценочного значения PWV из сигналов, полученных от электрического датчика и ФПГ датчика. Процессор адаптирован для обработки сигнала от электрического датчика, чтобы предоставить индикацию времени, при котором систола (биение сердца) начинается, и обработки сигнала от фотодатчика, чтобы определить время возникновения пика в оксигенированном сигнале, который показывает время, при котором импульс достигает точки измерения. Интервал между ними представляет собой время распространения импульса от сердца до точки измерения (PWTT). Процессор адаптирован для определения АД относительно этого интервала, который равен обычно 300 мс для измерений в конце запястья или руки.
В предпочтительном исполнении процессор адаптирован под возможность использования двух дополнительных единиц информации для оценки PWV: задержки времени между электрическим сигналом инициализации и инициализацией сердцем систолы; и длины траектории между сердцем и точкой измерения.
В предпочтительном исполнении процессор адаптирован под анализ акустического сигнала, чтобы извлечь огибающую (аналоговую для поиска в радиосигналах) и использовать порог, заданный автоматически, для идентификации точки, которая показывает инициализацию систолы. На практике это может быть на заданном участке изменения кривой от фона до пика, как показано на фиг. 4 из приложенных чертежей, где вертикальные стрелки показывают время, когда сердце отвечает на физиологический электрический сигнал инициализации и инициирует систолу. Это обычно несколько десятков миллисекунд после электрического сигнала инициализации. В альтернативном исполнении процессор адаптирован под совмещение кривой с формой волны для более робастной оценки.
В альтернативном исполнении временная задержка может быть оценена посредством измерения PWTT до двух разных частей тела, таких как сонная артерия и палец. Временную задержку можно, следовательно, найти из знания обычного отношения длин траекторий от сердца до двух разных частей тела.
В предпочтительном исполнении ППМ адаптирован для хранения временной задержки в энергонезависимой памяти. Временная задержка может быть сохранена автоматически, когда она измерена или введена в память пользователем через вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран, предпочтительно стандартную вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран ППВУ.
В предпочтительном исполнении ППМ адаптирован для хранения в энергонезависимой памяти значение, связанное с длиной траектории между сердцем и точкой измерения. Его может ввести в память пользователь через вспомогательную клавиатуру или сенсорный экран. Введенное значение может быть точной мерой длины или может представлять собой значение, которое приблизительно пропорционально истинной длине, такой как рост пользователя.
Пульсовое наполнение
Пульсовое наполнение может быть получено от фотодатчика крови (ФПГ). Применение ФПГ для оценки АД представлено в отчете X.F. Teng and Y.Т. Zhang at the IEEE EMBS, Cancun, Mexico, September 17-21, 2003. Основной метод представляет собой предмет патента США №5140990, выданный 25 августа 1992 г. Изменение инфракрасного поглощения во время систолы является мерой изменения объема облучаемой артерии, который связан с давлением внутри артерии.
Кроме того, данные могут быть получены из анализа формы пика поглощения во время систолы, такого как анализ общей площади под пиком.
В предпочтительном исполнении для сигнала оксигенированной крови процессор ППМ адаптирован для получения свойств потока крови, таких как относительная амплитуда и период прямой и отраженной волны давления, из формы кривой, например из площади под пиком, его ширины на половине высоты и высоты и ширины плеча. По желанию пользователя процессор ППМ может быть адаптирован для вычисления их отношений, чтобы уменьшить влияние изменений облучения и местоположения относительно части тела. Эти отношения можно применить для характеристики свойств потока крови.
Процессор ППМ предпочтительно адаптировать для анализа сигналов от ФПГ датчика, чтобы предоставить прямую оценку систолического и диастолического артериального давления в точке измерения.
Сфигмоманометрия (Пережимание артерии)
Сфигмоманометрия является отработанным методом для измерения АД, которая применяется более 100 лет. Переменное внешнее давление оказывается манжетой, расположенной вокруг части тела, внутри которой проходит артерия. Давление уменьшает сечение артерии и ограничивает поток крови во время систолы.
Сфигмоманометрию обычно проводят манжетой, которая окружает часть тела, и надувают до давления, при котором весь поток крови останавливается; Давление затем медленно уменьшают. Систолическое АД измеряется посредством нахождения наименьшего давления, которое полностью блокирует поток. Диастолическое АД измеряется посредством нахождения наибольшего давления, которое не вызывает никакое ограничение. Поток обычно регистрируется посредством опытного практикующего врача посредством стетоскопа, чтобы слышать звуки текущей крови (звуки Короткова).
Автоматизированные тонометры детектируют поток либо посредством обнаружения флуктуаций давления в манжете, вызываемой потоком (осциллометрический способ, см., например, Freescale Application Note AN1571, "Digital Blood Pressure Meter"), либо посредством оптически чувствительных малых движений пленки. Значение этих флуктуаций является индикатором степени ограничений. В последнее время ФПГ применяется посредством комбинирования сфигмоманометрии с измерением пульсового наполнения (см. Reisner и др., "Utility of the Photoplethysmogram in Circulatory Monitoring" Anesthesiology 2008; 108: 950-8).
Устройство обнаружения сигналов может использовать любое одно из трех средств ограничения, описанных выше: заполненную флюидом подушечку, полоску или кнопку. Оно использует как флуктуации давления, так и измерение пульсового наполнения, чтобы определить систолические и диастолические давления.
В отличие от обычной сфигмоманометрии поток можно регистрировать в некоторой области давлений в любом порядке и в любых величинах и подставлять в известное математическое уравнение для выполнения измерений артериального давления. Предпочтительно, чтобы процессор был адаптирован для выдачи звуковых или визуальных инструкций пользователю для изменения силы, приложенной к части тела, чтобы покрыть достаточно широкую область давлений и дать лучшее согласование с указанным математическим уравнением. Например, если пользователь нажал недостаточно сильно кнопку, полоску или подушечку, указанные выше, чтобы полностью пережать кровеносный сосуд во время систолы, устройство может быть запрограммировано на выдачу инструкций пользователю для более сильного нажатия средства перекрытия кровотока (или наоборот), чтобы необходимые данные были получены.
По всей видимости, это предоставляет возможность произвольно выбирать давление, оказываемое на средство ограничения кровотока. В процессе отслеживания артериального давления пользователь может изменять давление, оказываемое на кнопку, подушечку или полоску, указанные выше, произвольным образом. Однако данные датчика потока крови могут быть коррелированы с сигналом манометра кнопки, подушечки или полоски для согласования измеренных данных с известным теоретическим отношением между скоростью потока и давлением (см., например, модель, показанную на странице 954 Reisner ("Utility of the Photoplethysmogram in Circulatory Monitoring" Anesthesiology 2008; 108: 950-8)).
Скорость следования импульсов
Скорость следования импульсов можно измерить независимо и можно применить в качестве индикатора артериального давления. AI Jaafreh ("New model to estimate mean blood pressure by heart rate with stroke volume changing influence", Proc 28th IEEE EMBS Annual Intnl Conf 2006) пришел к выводу, что: "Отношение между сердечным ритмом (HR) и средним кровяным давлением (МАД) нелинейно". Статья, кроме того, показывает, как поправка на систолический объем сердца может компенсировать некоторую нелинейность. Систолический объем сердца оценивают независимо (см. ниже), и личные данные тоже можно применить.
Кислород крови
В фотодатчике крови может использоваться ФПГ для оценки уровней кислорода в крови. По меньшей мере четыре переменные могут быть получены из измеренного поглощения при двух длинах волн. Они представляют собой амплитуду регистрируемого сигнала на каждой длине волны во время систолы и между систолами. Стрелка на фиг. 2 показывает одно из значений, которые могут быть получены из них, причем высота пика соответствуют изменению сигнала от оксигенированной крови во время систолы. Установлено, что эти четыре величины можно анализировать для оценки оксигенации крови (см., например, Azmal и др., "Continuous Measurement of Oxygen Saturation Level using Photoplethysmography signal", Intl, Conf. on Biomedical and Pharmaceutical Engineering 2006, 504-7).
Скорость распространения пульсовой волны
Время распространения пульсовой волны можно измерить согласно вышеуказанному и преобразовать в оценочное значение скорости распространения пульсовой волны. Эта информация имеет непосредственно диагностическое значение для врача-терапевта, особенно, если ее принимают во внимание вместе со всеми другими данными, полученными от устройства обнаружения сигналов настоящего изобретения.
Дыхательный цикл
Состояние дыхательного цикла можно получить из нескольких наборов данных, измеримых посредством настоящего изобретения:
скорости следования импульсов (измеренного посредством электрического датчика и фотодатчика крови, см. выше); среднего артериального давления (см. выше); и
амплитуды систолического импульса (измеренного посредством ФПГ, см. выше).
Результаты всех этих измерений можно объединить посредством оптимизированного математического алгоритма, такого как байесовская оценка, чтобы получить самое надежное описание амплитуды и фазы дыхательного цикла.
Скорость потока крови/систолический объем сердца
Объем, выкаченный сердцем за каждый импульс, обычно измеряют посредством ультразвукового сканирования. Площадь сечения аорты установлена по изображению, а скорость потока по доплеровскому сдвигу. Это отработанный и недорогой метод, но доступен только в условиях врачебного кабинета.
До того, как ультразвук был легко доступным, удобным и почти неинвазивным методом была оценка времени, затраченного на циркуляцию крови по телу. Это связано со скоростью следования импульсов и объемом, выкаченным за каждый импульс. В методе применяли безопасный химикат с сильно выраженным вкусом, который вводили в вену руки, и измеряли время до того момента, когда он достигал языка пациента и мог быть ощущаем.
Настоящее изобретение предусматривает аналогичное измерение, которое должно быть сделано путем возмущения дыхательного цикла. ППВУ может быть адаптирован для подачи команды пользователю на задержку дыхания. Уровень кислорода в легких начинает падать и оксигенация крови в легких падает с ним. Как только эта кровь достигает точки тела, в которой проводятся измерения, уровень кислорода в крови будет заметно падать. Интервал времени, когда он объединен с допустимыми или введенными данными касательно длины пути, является мерой скорости потока. ППВУ, кроме того, подает пользователю команду на возобновление дыхания и время, затраченное до начала подъема уровня кислорода в крови, можно также измерить.
Удаленная обработка данных
ППМ в состоянии выполнить и вывести на экран измерения любых, или любых комбинаций, или всех "основных физиологических параметров", перечисленных выше без какой-либо внешней обработки данных. Дополнительные свойства и улучшенную точность можно получить посредством внешней обработки данных, используя коммуникационные возможности ППВУ для подключения к Интернету, сотовой телефонной сети или другим средствам связи.
В предпочтительном исполнении каждый ППМ в соответствии с изобретением имеет уникальный, неизменный, машиночитаемый идентификатор. Он может быть предоставлен во время производства или тестирования. Более того, в каждый ППМ предпочтительно включать схему шифрования измеренных данных способом, уникальным для этого устройства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения ППВУ считывает уникальный идентификатор, когда ППМ применяется впервые, и передает этот идентификатор удаленной службе защиты данных (RSDS) через Интернет. RSDS загружает в ППВУ необходимое программное обеспечение, калибровочные данные и ключ дешифрования для извлечения данных из ППМ. Это более надежный путь шифрования соответствующей калибровки устройства обнаружения сигналов и минимизации времени, необходимого для установки и окончательного испытания ППМ в ППВУ. Предпочтительно дополнительно запрограммировать ППВУ на осуществление связи измеренных данных непосредственно с пользователем, например, через визуальный дисплей или вслух. В предпочтительном исполнении связь осуществляется через визуальный дисплей. При необходимости процессор может быть запрограммирован так, чтобы дисплей показывал не только измеренный параметр(ры), но также направление изменения измеренного параметра(ров).
В виде опции программное обеспечение может быть ограниченным во времени, требующим от пользователя повторной валидации с RSDS через некоторый период времени. В виде опции пользователю может быть придется заплатить за лицензию для включения некоторых или всех возможностей.
В альтернативном исполнении ключ дешифрования и калибровочные данные могут быть сохранены посредством RSDS. ППВУ передает зашифрованные начальные данные из ППМ в RSDS для анализа. RSDS, кроме того, возвращает расшифрованные, откалиброванные данные для дополнительной обработки и вывода на экран пользователя.
RSDS может провести дополнительную обработку измеренных данных, чтобы получить большую точность или дополнительные диагностические или индикаторные данные. Эти данные могут быть ретранслированы в ППВУ для вывода на экран пользователя.
ППВУ может быть также запрограммирован посредством RSDS на передачу полученных сигналов или полученных результатов измерений в удаленную вычислительную систему, например пользовательскую, клиническую, поставщика медицинских услуг или страховой компании, где полученные сигналы или результаты измерений могут быть обработаны дистанционно, например, для предоставления более точного анализа или для интерпретации результатов анализа либо автоматически, либо опытным врачом. Если процессор запрограммирован таким образом, то его можно также запрограммировать на прием результатов таких анализов и вывода их на экран пользователя, как описано выше.
ППВУ может быть также запрограммирован посредством RSDS на предоставление приложениям третьей стороны (обычно известным как "apps") доступа к данным от ППМ. Такое разрешение может быть дано при условии уплаты лицензии или арр, подписанной соответствующими контролирующими органами.
ППВУ может быть также запрограммирован на предоставление информации, связанной с полученным результатом измерения(ий), такой как нормальные области применения или рекомендации к применению.
RSDS может предложить услугу хранения многих результатов измерений от ППМ и анализа тенденций и другой полученной информации для пользователя. Этот может быть связано с услугой автоматического предупреждения в случае любого важного изменения в данных. Кроме того, сигналы или измерения могут быть анонимными и собранными от групп систем или всеми системами ППМ настоящего изобретения так, чтобы их можно было применить для исследовательских целей.
Механическая конструкция
Некоторое число разных датчиков и средств, как указано выше, могут быть включены в ППМ. Они могут быть включены отдельно или в любой комбинации двух или более датчиков. Например, комбинация из датчика для измерения давления, оказываемого подушечкой, полоской или кнопкой, или оказываемого на подушечку, полоску или кнопку, фотодатчика для измерения потока крови в части тела, на которую оказано давление, и электрического датчика для измерения скорости следования импульсов является особенно полезной для предоставления более точных данных для определения артериального давления. В предпочтительном исполнении ППМ объединяет одну или несколько специализированных интегральных схем (СИС), одну или несколько систем измерения, реализованных на микросхеме (MEMS), и/или фотоизлучатели и/или фотодетекторы. Они могут быть объединены как независимые кремневые устройства в отдельной упаковке, или, предпочтительно, некоторые или все из них могут быть включены в одно или несколько кремниевых устройств. Такая интеграция приведет к некоторому преимуществу, заключенному в меньшей стоимости, повышенной надежности, уменьшенном размере и массе и меньшем потреблении электроэнергии.
В предпочтительном исполнении в ППМ использованы другие возможности ППВУ для калибровки и работы.
Четыре варианта осуществления настоящего изобретения далее описываются только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан обобщенный усиленный и отфильтрованный сигнал, полученный посредством электрического датчика;
на фиг. 2 упрощенно показано изменение оксигенированного сигнала крови (верхняя линия), дезоксигенированного сигнала крови (средняя линия) и сигнала окружающего освещения (нижняя линия связи), полученных от датчика ФПГ.
на фиг. 3 показан обычный сигнал формы "тук-тук" биения сердца, полученный от акустического датчика;
на фиг. 4 показана огибающая, полученная из акустического сигнала по фиг. 3;
фиг. 5 представляет собой упрощенную иллюстрацию первого варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6 представляет собой упрощенную иллюстрацию второго варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 7 представляет собой упрощенную иллюстрацию третьего варианта осуществления настоящего изобретения;
фиг. 8 представляет собой упрощенную иллюстрацию четвертого варианта осуществления настоящего изобретения; и
на каждом из фиг. 9, 10 и 11 показана компоновка ППМ по настоящему изобретению, в которой применен оптический датчик.
Следует ясно понимать, что следующее описание этих трех вариантов осуществления представлено исключительно с целью иллюстрации и что объем настоящего изобретения не ограничивается этим описанием; точнее объем изобретения изложен в прилагаемой формуле изобретения.
На фиг. 5 показана детализация модуля, который является одним из вариантов осуществления изобретения и установлен в сотовом телефоне. Гибкий сильфон (1) герметично закрывает конец корпуса модуля (9). Сильфон (1) заполнен инертной прозрачной жидкостью. Сильфон прозрачен в центре и, вокруг прозрачной области, металлизирован, чтобы создать электрический контакт с пальцем. При металлизации можно использовать микропирамидальную или другую шероховатую структуру для улучшения электрического контакта.
Один или несколько фотоизлучателей (2) передают свет (показанный пунктирной линией) через сильфон (1). Один или несколько фотодатчиков (3) детектируют свет, рассеянный обратно от пальца (15), прижатого к сильфону (1).
Манометр (4) измеряет давление в жидкости. Температурный датчик (5) детектирует температуру любого объекта в поле его обзора, которое находится над модулем.
Металлический слой, фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), манометр и температурный датчик - все они подключены к электронному блоку (6) управления и взаимодействия. Кабель (7) от этого блока подключен к процессору сотового телефона посредством стандартного интерфейса I2C. Второй кабель (8) подключает этот блок к контактной площадке (14) на сотовом телефоне, используемой для создания электрического контакта с другим пальцем.
Фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), манометр, температурный датчик и электронный блок могут представлять собой независимые кремниевые чипы или некоторые или все из них могут быть объединены в однокристальную микросхему.
Модуль расположен на корпусе сотового телефона (12) над экраном (11). Контактная площадка (14) для соприкосновения с пальцем другой руки расположена в нижней части корпуса сотового телефона. Пользователь прижимает свой указательный палец (15) к сильфону (1) для проведения измерения. Температурный датчик расположен позади окна (16).
На фиг. 6 показана детализация второго модуля, который является другим вариантом осуществления изобретения и установлен в сотовом телефоне. Неэластичная полоска (21) прикреплена к корпусу (29) модуля. Поверхность полоски металлизирована, чтобы создать электрический контакт с пальцем пользователя.
Один или несколько фотоизлучателей (22) излучают свет (показанный пунктирной линией) рядом с полоской. Один или несколько фотодатчиков (23) детектируют свет, рассеянный назад от пальца.
В корпусе ниже точки крепления одного конца полоски находится щель (24). Луч, образованный этой щелью, деформируется, когда сила приложена к полоске и деформация измеряется прибором растяжения (25). Датчик близости (31) измеряет расстояние от полоски до корпуса модуля. Температурный датчик (26) детектирует температуру любого объекта в поле его обзора, которое находится над модулем.
Металлический слой, фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), манометр, датчик близости и температурный датчик - все они подключены к электронному блоку (30) управления и взаимодействия. Кабель (27) от этого блока подключен к процессору сотового телефона посредством другого стандартного интерфейса I2C. Второй кабель (28) подключает этот блок к контактной площадке (34) на сотовом телефоне, используемой для создания электрического контакта с пальцем другой руки пользователя.
Фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), датчик близости, манометр, температурный датчик и электронный блок могут представлять собой независимые кремниевые чипы или некоторые или все из них могут быть объединены в однокристальную микросхему.
Модуль расположен на корпусе сотового телефона (32) над экраном (33). Контактная площадка (14) для соприкосновения с пальцем другой руки расположена в нижней части корпуса сотового телефона. Пользователь прижимает свой указательный палец (35) к полоске для проведения измерения. Температурный датчик расположен позади окна (36).
На фиг. 7 показана детализация третьего модуля, который является еще одним вариантом осуществления изобретения и установлен в сотовом телефоне. Эластичная полоска (41) прикреплена одним концом к корпусу модуля (49), а другой конец проходит поверх ролика (45) к пружине (44). Внутри пружины находится датчик (не показан) для измерения ее длины. Поверхность полоски металлизирована, чтобы создать электрический контакт с пальцем.
Один или несколько фотоизлучателей (42) излучают свет (показанный пунктирной линией) рядом с полоской. Один или несколько фотодатчиков (43) детектируют свет, рассеянный назад от пальца.
Датчик близости (51) измеряет расстояние от полоски до корпуса модуля. Температурный датчик (46) детектирует температуру любого объекта в поле его обзора, которое находится над модулем.
Металлический слой, фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), датчик длины пружины, датчик близости и температурный датчик - все они подключены к электронному блоку (50) управления и взаимодействия. Кабель (47) от этого блока подключен к процессору сотового телефона посредством другого стандартного интерфейса I2C. Второй кабель (48) подключает этот блок к контактной площадке (54) на сотовом телефоне, используемой для создания электрического контакта с пальцем другой руки пользователя.
Фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), датчик близости, датчик длины пружины, температурный датчик и электронный блок могут представлять собой независимые кремниевые чипы, или некоторые или все из них могут быть объединены в однокристальную микросхему.
Модуль расположен на корпусе сотового телефона (52) над экраном (53). Контактная площадка (54) для соприкосновения с пальцем другой руки расположена в нижней части корпуса сотового телефона. Пользователь прижимает свой указательный палец (55) к полоске для проведения измерения. Температурный датчик расположен позади окна (56).
На фиг. 7 показана детализация четвертого модуля, который является еще одним вариантом осуществления изобретения и установлен в сотовом телефоне. Кнопка (62) вставлена в пластину (61) впотай. Кнопка (62) покоится на датчике силы (63). Один или несколько фотоизлучателей (64) излучают свет (показанный пунктирной линией) через вершину кнопки (62). Один или несколько фотодатчиков (65) детектируют свет, рассеянный назад от пальца, прижатого к кнопке (62). Вершина кнопки (62) металлизирована (не показана).
Металлический слой, фотоизлучатель(ли), фотодатчик(ки), датчик силы - все они подключены к электронному блоку (66) управления и взаимодействия. Кабель (67) от этого блока подключен к процессору сотового телефона посредством другого стандартного интерфейса I2C. Второй кабель (68) подключает этот блок к контактной площадке (73) на сотовом телефоне, используемой для создания электрического контакта с пальцем другой руки пользователя.
Для калибровки устройство ППВУ может быть ориентировано пользователем вверх или вниз, и эту ориентацию можно определить посредством датчиков в устройстве ППВУ. Изменение сигнала датчика силы под действием веса кнопки в этих двух направлениях можно использовать для калибровки датчика силы.
Температурный датчик (69) также может быть внутри кнопки (62) или расположен отдельно и подключен к кнопке (62). Модуль расположен в нижней части корпуса (71) сотового телефона под экраном (72). Контактная площадка (73) для соприкосновения с пальцем другой руки расположена в верхней части корпуса сотового телефона.
На фиг. 9, 10 и 11 показаны три компоновки оптических датчиков, которые должны быть использованы в ППМ настоящего изобретения, чтобы измерить концентрацию анализируемого вещества в крови. Они могут быть включены в состав ППВУ, могут быть подключены к ППВУ или могут быть сконструированы как автономное устройство со своим собственным пользовательским интерфейсом, источником питания и другими электронными и механическими компонентами. На чертежах не показаны средства фотоплетизмографии, или механизм модуляции интенсивности луча света. Три иллюстрации показывают дискретные оптические и другие компоненты; альтернативно датчик может быть реализован как одно или несколько интегрированных оптических устройств, где несколько оптических компонентов сформированы в виде одного блока прозрачного пластика.
На фиг. 9, источник света (81) испускает луч света, который пропускают через фильтр (82), чтобы вырезать ту спектральную область света, которую необходимо использовать. Спектральная область выбрана для предоставления возможности применения недорогих компонентов и материалов и сведения к максимуму чувствительности и избирательности к анализируемому веществу. Луч коллимирован при помощи линзы (83), чтобы светить через часть тела, например палец (84). Светорасщепляющее устройство (85) делит луч между эталонной ячейкой (86) и исследуемой ячейкой (87). Фотодатчики (88) измеряют интенсивность луча после того, как он прошел через свою ячейку. Для усиления разности сигналов между двумя фотодатчиками можно применить дифференциальный усилитель.
На фиг. 10 показана другая реализация, в которой исследуемая ячейка (96), содержащая газообразное анализируемое вещество, имеет одну или несколько стенок, формирующих диафрагму (109), перемещаемую приводом (99).
На фиг. 11 показана другая реализация, в которой источник света и детекторы находятся на одной и той же стороне части тела, причем детекторы чувствительны к свету, рассеянному назад от части тела. Подвижное зеркало (101) отражает свет последовательно на каждое из двух закрепленных зеркал (102) и тем самым на эталонную ячейку или исследуемую ячейку. Один или несколько фотодатчиков (108) измеряют интенсивность луча, который прошел соты.
Все изображенные варианты осуществления ППМ включают в себя один или несколько электронных компонентов (не показаны), которые могут включать в себя: один или несколько манометров, один или несколько аналого-цифровых преобразователей, один или несколько температурных датчиков, уникальный идентификатор и интерфейс к электронным схемам сотового телефона.