BR112017011073B1 - Dispositivo vestível para medir uma temperatura timpânica - Google Patents
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Abstract
MONITOR DE FISIOLOGIA PORTÁTIL São aqui descritos dispositivos vestíveis capazes de medir a temperatura corporal de núcleo e outros sinais vitais de um usuário em uma gama de situações. O dispositivo vestível é disposto para ser retido no interior do canal auditivo da orelha, de modo a impedir que o dispositivo vestível se remova inadvertidamente da orelha. Fornecer uma termopilha de infravermelho na extremidade mais interna do inserto de orelha garante que a termopilha de infravermelho seja fornecida o mais próximo possível da membrana timpânica que será utilizada para fornecer uma indicação da temperatura corporal de núcleo.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um monitor de fisiologia e em particular a um monitor de múltiplos parâmetros utilizável de forma portátil para utilização durante aplicações ambulatoriais e não ambulatoriais.
[002] Os indivíduos podem sofrer calor, doenças cardíacas e respiratórias relacionadas quando exercem ou operam em ambientes agressivos, ou se não são capazes de responder às alterações do seu corpo em fisiologia devido a estar física ou mentalmente comprometidos.
[003] Vários aparelhos de monitoramento são utilizados em cuidados de saúde, investigação de medicina desportiva e bem-estar ocupacional para monitorar parâmetros de sinais vitais, mas para monitoramento preciso de sinais vitais estes monitores são tipicamente limitados ao uso não-ambulatorial e assim não se prestam a uma vasta gama de aplicações potenciais onde monitoramento contínuo de sinais vitais durante o uso ambulatorial seria desejável.
[004] Desporto
[005] No desporto e, mais particularmente, no desporto profissional e no atletismo, competição internacional é o derradeiro desafio aos vários sistemas reguladores do corpo: fisiológico; bioquímico; biomecânico e psicológico. Atletas profissionais e de elite constantemente se esforçam para melhorar desempenho onde cada milissegundo conta. Na medicina desportiva, um fisiologista pode medir parâmetros corporais como temperatura corporal, frequência cardíaca, estado de hidratação, VO2 max (capacidade aeróbica máxima) e limiar de lactato para avaliar a condição física, ajudar a informar estratégias, e como parte de uma atividade de pesquisa. Estes parâmetros podem ser medidos em laboratório, mas este nível de monitoramento não é possível no ambiente competitivo do campo onde, contrariamente a um ambiente controlado, condições ambientais, terreno e controladores psicológicos estão constantemente mudando. Esta limitação é devida a técnicas invasivas sendo utilizadas, tais como amostragem de sangue ou sondas que entram no corpo, e / ou impraticabilidade de aparelhos tendo fios conectados a uma máquina de diagnóstico, registrador ou computador, e o tamanho e peso de alguns aparelhos.
[006] No mercado de desporto de consumidor, monitores de frequência cardíaca existem desde a década de 1980 e são amplamente adotados entre usuários de desporto à medida que se esforçam para melhorar os seus níveis de fitness. Recentemente tem havido uma rápida expansão do mercado de usáveis de monitor de fitness com os gostos de pulseiras Fitbit e Jawbone que monitoram apenas atividade, como velocidade, distância, taxa de queima calórica, passos tomados e cadência. Houve também convergência de atividade e monitoramento de frequência cardíaca com relógios inteligentes. Tradicionalmente frequência cardíaca foi medida usando correias de peito detectando os pulsos elétricos do coração, mas pode haver problemas de confiabilidade onde os contatos não têm contato suficiente com a pele. Os relógios inteligentes usam a técnica de oximetria de pulso onde é necessária uma correia apertada para detectar pulso a partir da área do pulso, que é na periferia do sistema cardiovascular. Enquanto esses dispositivos medem a frequência cardíaca com algum sucesso, nenhum outro parâmetro de sinal vital pode ser monitorado hoje usando produtos de mercado de massa.
[007] Cuidados de Saúde
[008] Em cuidados intensivos, são utilizados dispositivos múltiplos para fornecer detecção de parâmetro de sinais vitais, alguns dos quais são muito invasivos. Os parâmetros de sinais vitais normalmente medidos são temperatura corporal de núcleo, frequência cardíaca, pressão arterial, nível de saturação de oxigênio e a taxa respiratória. Com o surgimento de serviços de tele-saúde (destinados a ajudar pessoas com condições crônicas de longo prazo a viverem independentemente em sua própria casa), novas exigências em gestão de saúde tem destacado a necessidade de monitoramento remoto do paciente para permitir a intervenção precoce e evitar exacerbações e admissões / readmissões hospitalares. Por exemplo, todos os anos no Reino Unido, há cerca de 159000 mortes por doenças cardiovasculares (fonte: British Heart Foundation, 2011), 30000 mortes por hipotermia (fonte: BBC News, 2013) e 25000 mortes por doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) (fonte: NHS Choices, 2013).
[009] O risco é agravado por questões comuns entre os idosos devido a mecanismos fisiológicos e funções cognitivas diminuídos, falta de mobilidade, a prevalência de comorbidades, e o uso generalizado de medicamentos com efeitos colaterais fisiológicos.
[0010] O risco é ainda mais complicado com indivíduos com doença mental, particularmente porque doenças mentais são comuns com pessoas idosas. Os pacientes de saúde mental são ainda mais expostos ao risco de doença devido a falhas na detecção e manejo adequado no cuidado, por exemplo, as intervenções específicas para melhorar hidratação oral em idosos com demência permanecem mal estudadas e compreendidas. Há uma tremenda oportunidade de melhorar resultados de saúde e reduzir custos em todo o sistema de cuidado de saúde se indivíduos idosos vulneráveis podem ser facilmente e convenientemente avaliados e dado cuidado atempado, adequado, no momento de necessidade.
[0011] Os recém-nascidos, infantes e crianças de até 4 anos de idade são especialmente sensíveis aos efeitos de altas temperaturas e dependem de outros para regular os seus ambientes e para fornecer líquidos adequados. Eles estão em risco de doença de calor em comparação com os adultos, porque seus sistemas de termorregulação são menos eficientes; eles produzem mais calor (por causa de uma proporção de área de superfície para massa de corpo maior); são menos propensos a beber líquidos adequados durante exercício e no calor; suas temperaturas de corpo aquecem a uma taxa de 3 a 5 vezes mais rapidamente; eles suam menos; eles têm uma taxa metabólica mais elevada; e sua incapacidade de cuidar de si mesmos e controlar seu ambiente. Outros fatores de risco para as crianças que desenvolvem doenças por calor são: falta de exercício; estarem acima do peso ou serem obesos; estarem em desenvolvimento atrasado ou com deficiências cognitivas; e aqueles que têm condições médicas subjacentes (diabetes) estão em maior risco.
[0012] Crianças pequenas são também mais propensas a desidratarem do que os adultos, uma vez que a taxa de rotatividade de fluidos e solutos pode ser até 3 vezes superior à dos adultos. A desidratação é uma das principais causas globais de morbidade e mortalidade entre as crianças. Em todo o mundo, estima-se que 8000 crianças menores de 5 anos morrem todos os dias devido a gastroenterite e desidratação. A gastroenterite por si só representa cerca de 10% de todas as internações hospitalares pediátricas.
[0013] Pessoal Militar, Bombeiros e Primeiros Respondentes
[0014] O pessoal militar e as pessoas que trabalham no serviço de bombeiros e outros primeiros socorristas devem usar equipamento de proteção individual (EPI) para se proteger de ameaças perigosas, tais como agentes químicos, gases, fogo, armas pequenas e até mesmo dispositivos explosivos improvisados. Este EPI pode incluir uma variedade de roupas (hazmat), equipamento de combate a incêndio, armadura e ternos de bomba, entre muitas outras formas. Dependendo do seu design, EPI muitas vezes encapsula o usuário de uma ameaça e cria um microclima, devido a um aumento na resistência térmica e mecanismo de transpiração ineficaz. Isto é agravado por taxas de trabalho aumentadas, altas temperaturas de ambiente e níveis de umidade, e exposição direta ao sol. O efeito líquido é que proteção contra uma ou mais ameaças ambientais traz inadvertidamente a ameaça de calor e estresse cardiovascular.
[0015] Nos casos em que este estresse é causado por esforço físico, ambientes quentes ou usando EPI, pode ser prevenido ou atenuado tomando intervalos de descanso frequentes, mantendo-se hidratado e monitorando cuidadosamente a temperatura corporal e a frequência cardíaca. No entanto, em situações que exigem uma exposição prolongada a um ambiente quente ou usando EPI, é necessário um sistema de refrigeração pessoal como questão de saúde e segurança. Por exemplo, soldados que viajam em veículos de combate podem enfrentar temperaturas de microclima acima de 150 graus Fahrenheit e requerem um sistema de resfriamento motorizado.
[0016] Todos os anos, há mortes de pessoal de serviço durante o treino e visitas operacionais. As mortes altamente publicitadas de 3 soldados do SAS do Reino Unido em julho de 2013, enquanto treinavam nos Brecon Beacons, era um lembrete disso. Os soldados morreram devido a um golpe de calor. De fato, cada ano há cerca de 1900 soldados dos EUA (fonte: Heat disease: Prevenção é melhor defesa, www.army.mil, 2010) e 300 soldados do Reino Unido (fonte: Ministério da Defesa, 2013) que recebem tratamento médico para a doença de calor. Há também doenças cardiovasculares: 1 em cada 12 soldados americanos que morreram no Afeganistão e no Iraque tiveram doença cardíaca, e um quarto destes eram casos graves (fonte: Daily News, 2012).
[0017] No Serviço de Bombeiros, riscos são agravados pelo fato dos bombeiros serem expostos a calor ambiental extremo enquanto usando EPI, e a inevitável desidratação e aquecimento podem ter efeitos críticos, prejudiciais e fatais nos sistemas termorregulador e cardiovascular do corpo.
[0018] Assim, é evidente que a medição de um ou mais dos vários sinais vitais teria utilidade em uma variedade de configurações. Algumas das técnicas atualmente disponíveis para monitorar estes sinais vitais em várias configurações serão agora descritas.
[0019] Monitorar temperatura corporal de núcleo
[0020] O objetivo da termometria é medir a temperatura corporal de núcleo que é a temperatura dos órgãos vitais, por isso é importante identificar as partes do corpo que melhor refletem a temperatura desses órgãos. A temperatura de núcleo pode ser medida no reto; intestinos; esôfago; orelha; corrente sanguínea; tecido; e pele (incluindo axila).
[0021] Tradicionalmente, nas áreas de cuidados de acuidade, temperaturas foram medidas utilizando termômetros de mercúrio em vidro, por via oral. Este método é considerado eficaz em saúde, mas é influenciado por muitas variáveis ambientais e externas, incluindo comer, beber e respirar. Além disso, preocupações estão crescendo sobre os riscos de saúde e segurança, tais como quebra de vidro e a intoxicação potencial por mercúrio. Termômetros de mercúrio em vidro têm sido implicados em episódios de infecção cruzada e surtos de diarreia. Não é adequado para uso durante o exercício devido ao risco de quebra de vidro e intoxicação por mercúrio.
[0022] Os termômetros retais são invasivos, desconfortáveis, limitam o movimento e, por vezes, o esforço, muitas vezes experimentam um atraso em relação à verdadeira cbt (temperatura corporal de núcleo), têm um risco de contaminação cruzada, são afetados pela temperatura do líquido e dos alimentos ingeridos, e são atualmente restritos a uso em um laboratório. Termoacopladores esofágicos não são populares devido à dificuldade de inserir o termistor, irritação nas vias nasais e desconforto geral do sujeito durante monitoramento. Cateteres da artéria pulmonar são extremamente invasivos e não são adequados para uso durante o exercício.
[0023] A pílula de rádio intestinal mede a temperatura do abdômen quando ingerida e transmite de modo sem fio a temperatura corporal de núcleo para um registrador de dados usado na parte externa do corpo à medida que se desloca através do trato digestivo. Estas são muito caras uma vez que as pílulas são descartáveis. Da mesma forma que os termômetros retais, são afetadas pela temperatura do líquido e alimentos ingeridos e experimentam um atraso em relação à verdadeira cbt (que pode ser encontrada mais próxima do hipotálamo no cérebro).
[0024] Os termoacopladores de pele são muito afastados do núcleo, pelo que não são apropriados para medições de temperatura de núcleo. Os termômetros eletrônicos tomam leituras a partir da axila ou oralmente e usam um algoritmo para calcular a temperatura, mas estes nem sempre são considerados clinicamente precisos.
[0025] Os termômetros timpânicos medem a temperatura infravermelha da membrana timpânica (tímpano). Os termômetros de orelha refletem com precisão a temperatura corporal de núcleo, uma vez que o tímpano compartilha o suprimento de sangue com o centro de controle de temperatura no cérebro, o hipotálamo. Portanto, as alterações na temperatura do núcleo são refletidas mais cedo ou mais precisamente no ouvido do que em outros locais. Eles estão se tornando cada vez mais populares como um método para medir a temperatura corporal de núcleo, especialmente em ambientes de saúde em casa e em uso em bebês, uma vez que são muito seguros de usar e considerados medicamente precisos. Atualmente, os termômetros de orelha disponíveis no mercado são concebidos apenas para a gravação de medições individuais e não são usáveis. Tipicamente, um termômetro de orelha inclui uma termopilha que é mantida em posição na abertura do canal auditivo pelo médico e alinhada utilizando um chifre que é temporariamente inserido na entrada do canal auditivo. Como resultado, repetibilidade pode ser pouco confiável, morosa, prejudicial à atividade e levar à contaminação cruzada. Limitações gerais de todos esses dispositivos são que eles geralmente exigem mais de uma pessoa para operá- los, uma vez que são muitas vezes dependentes de aparelhos adicionais; requerem conhecimentos aprofundados para os utilizar eficazmente ou de forma alguma; são muitas vezes demasiado complexos para funcionarem enquanto realizam atividades; nem sempre oferecem monitoramento contínuo e a maioria não são ambulatoriais.
[0026] A publicação do pedido de patente internacional WO2005084531 descreve um monitor de hidratação que compreende um auricular com um sensor de temperatura para medir a temperatura corporal de núcleo do sujeito através da membrana timpânica. O auricular é colocado na concha em uso e posiciona o sensor de temperatura no canal na extremidade aberta do canal auditivo. O auricular é retido na posição principalmente por um clipe sobre o pavilhão aurícular da orelha em uso.
[0027] Monitoramento dos níveis de pulso, pressão de pulso e saturação de oxigênio
[0028] O pulso na parte superior do corpo pode ser tomado na têmpora, pescoço, orelha ou peito. Os dois métodos comuns de medição de pulso são através de um eletrocardiograma (ECG) e oximetria de pulso.
[0029] A oximetria de pulso pode ser medida através de absorvância de luz ou fotopletismógrafo (PPG). A oximetria de pulso através da absorção de luz envolve luz vermelha e próxima de infravermelho sendo transmitida através de um leito de tecido relativamente fino, como o ouvido ou o dedo, onde a proporção de luz vermelha para infravermelha transmitida ou refletida é uma medida das quantidades relativas de hemoglobina e oxihemoglobina no sangue. Um pulso é detectado uma vez que os efeitos de absorvância destas quantidades são diferentes. Um sensor de oximetria de pulso também pode ser usado para determinar a saturação de oxigênio.
[0030] A maioria dos oxímetros de pulso no mercado apresentam um PPG, que oscila devido a uma alteração no volume de sangue com cada batimento cardíaco, detectando, deste modo, um pulso. A forma básica da tecnologia de PPG é mais simples do que a oximetria de pulso, exigindo apenas alguns componentes e um controle menos complicado do circuito de condução. PPG de transmissão de pode ser usado na orelha para coletar dados de PPG, ou sensores de PPG de reflexão podem ser usados na testa acima da sobrancelha ou na têmpora. Possíveis locais para medir pulso com um sensor de PPG durante a atividade ou inatividade são o pulso, dedo, mão, orelha, ombro ou têmpora.
[0031] O pulso também pode ser determinado a partir de outros métodos, tais como um ECG. Um ECG usa eletrodos espaçados sobre o corpo para detectar a atividade elétrica do coração. O transmissor de monitor de frequência cardíaca desenvolvido para aplicações desportivas utiliza dois eletrodos para detectar o diferencial de tensão na pele durante cada batimento cardíaco e envia o sinal continuamente e de modo sem fio para o receptor de relógio de pulso. Embora esses dispositivos sejam comumente usados para monitorar a frequência cardíaca ou de pulso, atualmente não há nenhum dispositivo disponível para monitorar outros indicadores de curso de calor potencial, como temperatura, e nenhum método para determinar um início de doença de calor.
[0032] Monitoramento da taxa respiratória
[0033] A taxa respiratória é considerada como o sinal vital invisível. Os desvios das taxas respiratórias normais são preditores bem estabelecidos de resultados adversos, e indicam a resposta ao tratamento. Pode ser usada para monitorar ou detectar várias condições, incluindo condições respiratórias como asma, traumatismo no tórax ou choque, acidose metabólica, incluindo insuficiência renal e sepse, e unidade de respiração central, incluindo lesão na cabeça, doença neurológica e doença neuromuscular.
[0034] A taxa respiratória é gravemente registrada nos hospitais, uma vez que não é automatizada ao mesmo grau que outros sinais vitais. Os métodos atuais de determinação da taxa respiratória são: máscaras de snorkel onde um elemento movendo livremente em um tubo conectado para a máscara significa cada respiração e é contado por um período de sessenta segundos pelo pessoal de enfermagem para chegar a uma medida de respirações por minuto; sensores em máscaras que adicionam peso a um dispositivo leve; sensores no torso onde o sinal tipicamente sofre de ruído de fundo; e sensores em camas que são caras.
[0035] De acordo com um aspecto da presente invenção é fornecido um dispositivo vestível para medir uma temperatura timpânica. O dispositivo compreende um inserto de orelha. O inserto de orelha compreende uma porção de retenção configurada para ser retida dentro de um canal auditivo e fornecida com uma termopilha de infravermelho em uma extremidade mais interna do inserto de orelha, disposta para medir uma temperatura timpânica durante utilização, e um refletor disposto para refletir sinais de infravermelho a partir de uma membrana timpânica sobre uma superfície sensível da termopilha de infravermelho.
[0036] Assim, um campo de visão da termopilha de infravermelho pode ser focado na membrana timpânica.
[0037] O refletor pode ser um refletor côncavo. O refletor pode ser um espelho.
[0038] A superfície sensível da termopilha de infravermelho pode estar disposta de modo a estar posicionada substancialmente paralela ao canal auditivo em utilização. A superfície sensível da termopilha de infravermelho pode ser disposta para ser posicionada substancialmente perpendicular à membrana timpânica em utilização.
[0039] A porção de retenção pode ser formada a partir de um material de volume e pode ser configurada para estender ao longo e substancialmente encher o canal auditivo em utilização. O inserto de orelha pode compreender ainda um módulo de termopilha de infravermelho compreendendo um alojamento suportando a termopilha de infravermelho. O inserto de orelha pode compreender ainda uma conexão elétrica com fio estendendo através do inserto de orelha para emitir um sinal da termopilha de infravermelho em utilização e um canal de condução de áudio, fornecido por uma passagem de áudio definida pelo menos parcialmente dentro do inserto de orelha e configurada como uma guia de ondas para retransmitir som para a extremidade mais interna do inserto de orelha. Uma saída da passagem de áudio pode ser fornecida em uma extremidade mais interna do inserto de orelha, disposta para abrir no canal auditivo em direção à membrana timpânica, em utilização.
[0040] Acredita-se que isto em si é novo, e assim, de acordo com outro aspecto da presente invenção, é fornecido um dispositivo vestível para medir uma temperatura timpânica. O dispositivo compreende um inserto de orelha. O inserto de orelha compreende uma porção de retenção formada para estender ao longo, substancialmente encher e ser retida dentro de um canal auditivo em utilização; um módulo de termopilha compreendendo um alojamento suportando uma termopilha de infravermelho disposta em uma extremidade mais interna da porção de retenção e disposto para medir uma temperatura timpânica em utilização; uma conexão elétrica com fio estendendo através do inserto de orelha para emitir um sinal da termopilha de infravermelho em utilização; e um canal de condução de áudio, fornecido por uma passagem de áudio definida pelo menos parcialmente dentro do inserto de orelha e configurada como uma guia de ondas para retransmitir som para a extremidade mais interna do inserto de orelha. Uma saída da passagem de áudio é fornecida em uma extremidade mais interna do inserto de orelha, disposta para abrir no canal auditivo em direção à membrana timpânica, em utilização.
[0041] Assim, é fornecido um dispositivo vestível capaz de medir com precisão temperatura corporal de núcleo a partir de uma termopilha posicionada em ou próxima de uma segunda curva do osso, a partir de que é possível obter uma linha de visão direta para a totalidade ou uma parte substancial da membrana timpânica. O dispositivo vestível também é capaz de fornecer som para a membrana timpânica através do inserto de orelha, aumentando o conforto do dispositivo vestível para o usuário.
[0042] A passagem de áudio pode, pelo menos parcialmente, envolver a conexão elétrica com fio. A passagem de áudio pode circundar completamente a conexão elétrica com fio.
[0043] A porção de retenção pode ser configurada para centralizar substancialmente o módulo de termopilha dentro do canal auditivo. A porção de retenção pode ser configurada para dirigir substancialmente o módulo de termopilha em direção à membrana timpânica.
[0044] A passagem de áudio pode ser definida substancialmente concêntrica dentro da porção de retenção.
[0045] A conexão elétrica com fio pode ser uma PCB flexível. A conexão elétrica com fio pode ser um cabo umbilical.
[0046] A passagem de áudio pode ser definida parcialmente dentro do módulo de termopilha. Assim, a saída da passagem de áudio pode ser fornecida no alojamento do módulo de termopilha.
[0047] A passagem de áudio pode ser configurada como uma guia de ondas passiva para retransmitir som a partir de um controlador de áudio ou de um ambiente envolvente.
[0048] O canal de condução de áudio pode compreender um controlador de áudio conectado eletricamente a uma entrada de áudio configurada para acionar o controlador de áudio para saída de som e acoplada ao canal de condução de áudio.
[0049] O dispositivo vestível pode ainda compreender um microfone disposto para receber som a partir do exterior da orelha. A entrada de áudio pode ser fornecida por um sinal derivado do microfone.
[0050] A presente divulgação fornece um dispositivo vestível para medir uma temperatura timpânica. O dispositivo compreende um inserto de orelha configurado para ser retido dentro de um canal auditivo e fornecido com uma termopilha de infravermelho em uma extremidade mais interna do inserto de orelha.
[0051] Assim, é fornecido um dispositivo vestível capaz de medir a temperatura corporal de núcleo de um usuário em uma gama de situações. O dispositivo vestível é disposto para ser retido no interior do canal auditivo da orelha, de modo a impedir que o dispositivo vestível se remova inadvertidamente da orelha. Fornecer uma termopilha de infravermelho na extremidade mais interna do inserto de orelha garante que a termopilha de infravermelho seja fornecida o mais próximo possível da membrana timpânica que será utilizada para fornecer uma indicação da temperatura corporal de núcleo. Esta configuração garante que mais radiação infravermelha é incidente na termopilha de infravermelho em comparação com modelos tendo um sensor de termopilha posicionado longe da extremidade mais interna de qualquer inserto de orelha.
[0052] Uma forma do inserto de orelha pode ser pré- configurada para reter o inserto de orelha dentro do canal auditivo. Deste modo, o inserto de orelha pode ser fabricado de modo a corresponder a uma forma de canal auditivo pré- escaneada, e pode ser moldado individualmente para o usuário. A forma do inserto de orelha pode substancialmente complementar uma forma do canal auditivo.
[0053] Uma forma do inserto de orelha pode ser deformável para reter o inserto de orelha dentro do canal auditivo. Assim, o inserto de orelha pode ser formado a partir de material deformável que é disposto para deformar quando inserido no ouvido. O material deformável pode fornecer um ajuste que é quase tão bom, tão bom ou melhor do que o ajuste conseguido com a forma pré-configurada. A forma do inserto de orelha pode ser deformável para complementar uma forma do canal auditivo.
[0054] O inserto de orelha e a termopilha de infravermelho podem cada ser configurado de tal modo que a termopilha de infravermelho, em utilização, receba sinais de infravermelho de uma membrana timpânica.
[0055] O inserto de orelha pode compreender um refletor disposto para refletir sinais de infravermelho a partir da membrana timpânica sobre uma superfície sensível da termopilha de infravermelho. Assim, a termopilha de infravermelho não precisa ser posicionada diretamente de frente para a área alvo a partir da qual os sinais de infravermelho estão sendo emitidos.
[0056] O refletor pode ser um refletor côncavo. Assim, a superfície ativa da termopilha de infravermelho não precisa ser tão grande como a área alvo a partir da qual os sinais de infravermelho estão sendo emitidos. Alternativamente, o refletor côncavo pode ser utilizado para concentrar os sinais de infravermelho de modo que mesmo uma termopilha de infravermelho relativamente insensível possa ser utilizada para detectar a radiação infravermelha emitida no ouvido interno. O refletor pode ser um espelho.
[0057] A superfície sensível da termopilha de infravermelho pode ser disposta de modo a estar posicionada substancialmente paralela ao canal auditivo. Assim, a termopilha de infravermelho não precisa ser o único sensor posicionado perto da extremidade mais interna do inserto de orelha. Alternativamente, uma PCB na qual a termopilha de infravermelho pode ser montada não precisa quaisquer conexões flexíveis, o que aumentaria complexidade de fabricação, e assim o custo do dispositivo vestível.
[0058] O inserto de orelha pode compreender um canal de condução de áudio entre um exterior do dispositivo e a extremidade mais interna do inserto de orelha, configurado para permitir que um som passe a partir de fora do dispositivo para dentro da orelha através do inserto de orelha. Assim, o som a partir do lado de fora do dispositivo pode ainda ser ouvido pela mesma orelha na qual o dispositivo vestível é inserido. Mesmo nos casos em que há um selo fornecido ao redor do inserto de orelha, o som pode ainda propagar.
[0059] O canal de condução de áudio pode ser uma guia de ondas passiva. O canal de condução de áudio pode permitir a passagem de ar e umidade. Isso permite que o calor ambiente e umidade se transfiram para fora do dispositivo. Isto é particularmente benéfico quando o usuário está realizando uma atividade extenuante, tal como exercício.
[0060] O canal de condução de áudio pode compreender um controlador de áudio conectado eletricamente a uma entrada de áudio e configurado para acionar o controlador de áudio para emitir o som.
[0061] A entrada de áudio pode ser fornecida por um microfone disposto para receber som a partir do exterior da orelha. Deste modo, o canal de condução de áudio é, em algumas modalidades, um canal de comunicação elétrico, e não um canal físico no todo.
[0062] Um membro de vedação pode envolver uma fronteira do inserto de orelha para impedir substancialmente que o ar passe através de uma região entre o inserto de orelha e o canal auditivo.
[0063] Uma forma do inserto de orelha pode ser formada pelo menos parcialmente pelo membro de vedação.
[0064] O dispositivo vestível pode ainda compreender uma porção externa disposta para ser fornecida fora do canal auditivo, em que pelo menos uma parte da porção externa é disposta de modo a ficar adjacente a uma região de concha da orelha. Assim, o dispositivo vestível pode compreender mais do que apenas um inserto de orelha. Alguma parte do dispositivo vestível pode projetar para fora do canal auditivo. Por posicionar uma parte da porção externa adjacente à concha, outros sensores podem ser fornecidos no dispositivo vestível para detectar parâmetros do corpo que são detectáveis a partir da região de concha da orelha.
[0065] O dispositivo vestível pode compreender ainda um sensor de oximetria de pulso configurado para medir pelo menos uma de: uma taxa de pulso, um volume de pulso e um nível de saturação de oxigênio.
[0066] O sensor de oximetria de pulso pode ser fornecido na porção externa do dispositivo. Deste modo, o sensor de oximetria de pulso pode ser disposto para medir as propriedades dos vasos sanguíneos em uma parte da orelha fora do canal auditivo.
[0067] O dispositivo vestível pode compreender ainda um sensor de ECG compreendendo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo. Assim, pode ser fornecido pelo menos um monitor de ECG de 1 derivação.
[0068] O primeiro eletrodo pode ser fornecido na porção externa ou no inserto de orelha e disposto para estar em contato com a orelha. O segundo eletrodo pode ser fornecido em uma porção externa ou em um inserto de orelha de um dispositivo vestível adicional, ou pode ser configurado para ser fornecido atrás, abaixo ou na frente da orelha. Deste modo, os eletrodos do sensor de ECG podem ser posicionados em várias posições relativamente a uma ou ambas as orelhas.
[0069] O dispositivo vestível pode compreender ainda um sensor de respiração. O sensor de respiração pode ser fornecido em uma extremidade mais interna do inserto de orelha. O sensor de respiração pode ser disposto para ser fornecido atrás ou na frente da orelha, de modo que as vibrações respiratórias podem ser medidas através de um osso da mandíbula. O sensor de respiração pode ser posicionado contra a concha.
[0070] O dispositivo vestível pode ser fisicamente acoplado a um sensor de aceleração configurado para medir uma indicação de um movimento do dispositivo.
[0071] Em algumas modalidades, o dispositivo vestível pode compreender tanto um sensor de aceleração e um sensor de oximetria de pulso. Deste modo, o dispositivo vestível pode ser configurado para medir a pressão sanguínea e a taxa respiratória.
[0072] O dispositivo vestível pode compreender ainda um transceptor configurado para transmitir um sinal de sensor para um dispositivo adicional, em que o sinal de sensor é baseado nas medições de pelo menos um da termopilha de infravermelho, o sensor de oximetria de pulso, o sensor de ECG, o sensor de respiração e sensor de aceleração. Deste modo, o dispositivo é disposto para emitir dados analisáveis por um outro dispositivo.
[0073] O dispositivo vestível pode ter a forma de um auricular. O dispositivo vestível pode estar na forma de um dispositivo de monitoramento fisiológico pessoal ou um monitor de fisiologia.
[0074] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia é disposto para compreender também um sensor de pulso para medir continuamente qualquer um de, ou uma combinação de, uma taxa de pulso do sujeito, volume de pulso, nível de saturação de oxigênio e taxa respiratória, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de pulso e calcular alterações na taxa de pulso medida, pressão de pulso, volume de pulso, nível de saturação de oxigênio e taxa respiratória.
[0075] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para compreender ainda um sensor de eletrocardiografia (ECG) para medir continuamente um ECG do sujeito, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de ECG e calcular as alterações no ECG medido.
[0076] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para compreender ainda um sensor de respiração dedicado para medir continuamente uma taxa respiratória do sujeito, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de respiração e calcular as alterações na taxa respiratória medida, bem como ou em vez da taxa respiratória que pode ser determinada pelo sensor de pulso.
[0077] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para compreender ainda um sensor de movimento para medir continuamente um movimento e orientação do sujeito, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de movimento e calcular as alterações no movimento e orientação medidos.
[0078] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para medir a balistocardiografia (BCG), o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de movimento e calcular as alterações na BCG que indica alterações na frequência cardíaca.
[0079] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para medir o tempo de trânsito de pulso (PTT), o processador sendo disposto para aceitar medições a partir de uma combinação de dois ou mais do sensor de pulso, sensor de movimento (BCG) e sensor de ECG, e calcular as alterações no PTT. O tempo de trânsito de pulso é uma medida da velocidade de onda de pulso, que por sua vez é uma estimativa da pressão arterial relativa. Um manguito de pressão arterial pode ser usado além de medições de PTT para calibrar as medições de PTT diastólica e sistólica e fornecer uma estimativa da pressão arterial absoluta.
[0080] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para medir o estado de hidratação, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir do sensor de temperatura e calcular as alterações na temperatura medida para determinar alterações no estado de hidratação (de acordo com o pedido de patente GB2411719B).
[0081] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia pode ser disposto para medir um nível de sedação e / ou de anestesia do sujeito, o processador sendo disposto para aceitar medições a partir de qualquer um de, ou uma combinação do sensor de temperatura, sensor de pulso, sensor de respiração e sensor de movimento e calcular alterações no nível de sedação e / ou anestesia.
[0082] Em uma modalidade preferida da presente invenção, um monitor de fisiologia portátil é disposto para medir continuamente qualquer um de, ou uma combinação de, temperatura corporal de núcleo, taxa de pulso, pressão de pulso (PTT), volume de pulso, nível de saturação de oxigênio, ECG, taxa respiratória, estado de hidratação, nível de sedação, nível de anestesia, e movimento (incluindo BCG) e orientação não invasiva. Todos estes parâmetros fisiológicos são monitorados em tempo real, e medições são emitidas através de um monitor e / ou retorno de áudio para o sujeito, o clínico ou o indivíduo de suporte. Desta forma, um sujeito, clínico ou outro indivíduo pode ver e / ou ouvir o estado atual e de mudança dos seus parâmetros fisiológicos do sujeito. Através do monitoramento ou detecção de alterações relativas destes parâmetros em uma situação de cuidados de saúde, o sujeito / clínico / indivíduo de suporte pode determinar o estado de saúde, o aparecimento de condições de saúde adversas e reações ao tratamento. Em aplicações ambulatoriais de defesa e desporto, alterações relativas podem determinar o estado físico, alterações no desempenho atlético, fadiga, o aparecimento da doença e ajudar a monitorar a recuperação da doença e o estado de aclimatação quando introduzido em novos ambientes.
[0083] A presente invenção é particularmente útil nas áreas de cuidados de saúde, bem-estar profissional e esporte. A incorporação da medição de todos os parâmetros fisiológicos e de sinais vitais acima mencionados em um dispositivo de múltiplos parâmetros conveniente, leve, sem fio e não invasivo tem vantagens significativas em relação à técnica anterior, onde quase todos os parâmetros são atualmente medidos por dispositivos separados, alguns dos quais são invasivos e a maioria dos quais são amarrados por cabos elétricos.
[0084] As vantagens para os cuidados de saúde em paciente incluem: conforto e mobilidade melhorados para o doente uma vez que a presente invenção é concebida para fornecer o monitoramento de todos os sinais vitais em um pequeno dispositivo não invasivo sem fio; melhor segurança fornecida pela técnica não invasiva, em oposição à técnica anterior e em particular sondas esofágicas que em casos raros podem causar perfurações fatais; melhor atendimento ao paciente, resultados e número reduzido de visitas hospitalares e tempo de internação hospitalar como resultado de intervenção anterior devido ao monitoramento automático contínuo; uma redução significativa no tempo do pessoal clínico e de enfermagem e, consequentemente, o custo e a contaminação cruzada de infecções como resultado de apenas precisar ajustar a presente invenção com monitoramento automatizado contínuo em um doente uma vez, em oposição à realização de medições periódicas individuais com a arte anterior; e uma redução adicional no custo por não ter que adquirir ou substituir vários aparelhos de único parâmetro da arte anterior para medir todos os sinais vitais de um paciente. Na definição de tele-saúde, pacientes em recuperação ou cronicamente doentes também receberão cuidados melhorados através de monitoramento remoto em casa ou em um lar de cuidados para garantir a intervenção oportuna quando necessário, o que por sua vez irá reduzir as taxas de incidência de emergência e readmissões e seus custos e recursos associados sobre o sistema nacional de saúde, bem como permitir que mais indivíduos vivam uma vida independente em casa.
[0085] Um exemplo adicional do benefício da presente invenção é fornecer uma precisão mais oportuna e melhorada de diagnóstico de condições que têm sintomas que afetam múltiplos parâmetros de sinais vitais, tais como sepsia ou um acidente vascular cerebral. Sepsia tem sintomas que podem se desenvolver rapidamente, incluindo uma temperatura elevada, um batimento cardíaco rápido e respiração rápida. Um acidente vascular cerebral envolve fornecimento de sangue comprometido para o cérebro. A detecção de alterações na frequência cardíaca, ECG, pressão arterial e saturação de oxigênio simultaneamente aumentaria as chances de determinar o início do AVC precoce e prevenir consequências de longo prazo.
[0086] Em ocupações tais como o serviço de bombeiros e os militares, através do monitoramento simultâneo de todos os parâmetros de sinais vitais, fornecendo retorno em tempo real e permitindo a intervenção, a presente invenção evitará doenças e mortalidade por falha termorregulatória, cardíaca e respiratória, especialmente enquanto operando em ambientes hostis. Uma vez que a desidratação afeta tanto os sistemas termorreguladores como cardiovasculares, a presente invenção permitirá um diagnóstico mais rápido de um indivíduo com desidratação grave, o que reduzirá drasticamente a possibilidade de acidente vascular cerebral e consequências fatais. Também fornecerá informações úteis sobre o perfil de atividade do pessoal e no treinamento poderiam ser usadas para melhorar e monitorar melhorias no fitness e desempenho.
[0087] No desporto, embora a presente invenção seja vital na prevenção de condições idênticas às dos trabalhadores ocupacionais em volumes muito maiores de sujeitos, prevê-se que tenha um papel maior que serve como um auxiliar de treinamento para melhorar o fitness, o desempenho e o bem-estar.
[0088] Em uma modalidade preferida, o monitor de fisiologia portátil inclui um auricular ou conjunto de cabeça contendo qualquer um de, ou uma combinação de um sensor de termopilha para medir a temperatura corporal de núcleo através da membrana timpânica (tímpano) e / ou artéria temporal; um sensor de oximetria de pulso(s) para medir a taxa de pulso, volume de pulso, saturação de oxigênio e respiração através da orelha; pelo menos dois sensores de eletrodo para medir ECG; um microfone para medir a taxa respiratória através de vibrações de condução óssea e / ou via respiração; um acelerômetro para medir movimento, orientação e BCG; combinações de dois ou mais do sensor de pulso, sensor de movimento (BCG) e sensor de ECG para calcular alterações no PTT; e um relógio de pulso, telefone inteligente ou outro módulo de indicador visual e / ou audível que forneça ao sujeito e / ou outro indivíduo retorno em tempo real para informá-lo sobre os parâmetros fisiológicos atuais e de mudança, e alertá-lo para que intervenham no início da doença ou em um estado mais grave da doença. Se forem incluídos múltiplos sensores do mesmo tipo, o processador pode ser configurado para fazer a média dos sinais múltiplos ou fornecer dados a partir dos sinais individuais para o sujeito.
[0089] Em uma outra modalidade, o sistema da presente invenção pode ser configurado de tal modo que um relógio de pulso ou telefone inteligente contenha o sensor de oximetria de pulso, com todos os outros sensores contidos no auricular.
[0090] O sensor de termopilha detecta radiação de infravermelho incidente a partir da membrana timpânica e fornece uma saída de tensão equivalente à temperatura corporal de núcleo do sujeito. Isso é então alimentado em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é a temperatura corporal de núcleo do sujeito, incluindo quaisquer avisos de doença de calor, conforme apropriado.
[0091] Em uma modalidade preferida, a saída de tensão do sensor de termopilha é introduzida em um algoritmo adicional de acordo com o pedido de patente GB2411719B e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é o estado de hidratação do sujeito, incluindo quaisquer avisos de desidratação.
[0092] Em uma modalidade preferida, o monitor de fisiologia portátil inclui um elemento de aquecimento elétrico para equilibrar rapidamente a temperatura do sensor de termopilha até a temperatura aproximada do canal auditivo, imediatamente após a inicialização de energia e antes da primeira medição, para estabilizar o sinal da termopilha quando o dispositivo é inserido no canal auditivo.
[0093] O sensor de oximetria de pulso monitora o nível de saturação de oxigênio de um pulso do sujeito através da transmissão de diferentes comprimentos de onda de luz através do tecido. Um fotodetector recebe uma proporção correspondente dos diferentes comprimentos de onda de luz dependendo da absorção de cada comprimento de onda e nível de saturação de oxigênio presente, e fornece uma saída de tensão equivalente. Isso é então alimentado em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é a taxa de pulso, volume de pulso, nível de saturação de oxigênio e taxa respiratória do sujeito, incluindo a detecção da variabilidade da frequência cardíaca / arritmias. Em uma modalidade adicional, a presente invenção pode ser configurada para monitorar o metabolismo do oxigênio, medindo a absorção de luz em vários comprimentos de onda, para distinguir entre as percentagens de hemoglobina oxigenada para hemoglobina total e determinar condições de saúde adversas incluindo privação de oxigênio (hipoxia), deficiência de oxigênio no sangue arterial (hipoxemia) ou deficiência de oxigênio no nível de tecido.
[0094] Como alternativa a, ou em adição ao sensor de oximetria de pulso, outras modalidades da presente invenção podem incorporar um sistema de monitoramento piezoelétrico para medir a taxa de pulso e a pressão da artéria temporal. O sistema compreende um manguito para ocluir a artéria e um microfone de contato piezoelétrico para gravar e analisar os sons de Korotkoff a partir das alterações no domínio do pulso, tempo e frequência.
[0095] Quando colocados no corpo pelo menos dois eletrodos de ECG medem o sistema de condução elétrica do coração e detectam pulsos elétricos gerados por batimentos cardíacos que fornecem uma tensão equivalente à forma de onda dos pulsos. Isso é então alimentado em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é um eletrocardiograma do sujeito.
[0096] O microfone detecta e monitora vibrações da respiração do sujeito através da condução óssea do crânio e ouvido, e / ou ondas sonoras através de uma respiração do sujeito, e fornece uma tensão equivalente à amplitude das vibrações e / ou ondas sonoras. Isso é então alimentado em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é a taxa respiratória e o perfil do sujeito, incluindo o monitoramento e detecção de condições de saúde adversas.
[0097] O acelerômetro (3, 6 ou 9 eixos) detecta um movimento e posição do sujeito e fornece dados equivalentes que são então introduzidos em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador. De preferência, o resultado é a cadência, velocidade, distância, passos dados, orientação, contagem calórica, estado de atividade, nível de atividade, mobilidade e / ou ritmo circadiano incluindo o monitoramento e detecção de condições de saúde adversas. O acelerômetro pode ser um acelerômetro de 3, 6 ou 9 eixos e pode ser utilizado em conjunto com ou substituído por um giroscópio e / ou magnetômetro.
[0098] O acelerômetro pode também ser utilizado para determinar BCG, um método alternativo de medir a frequência cardíaca e um método para determinar PTT, medindo movimentos repetitivos do corpo humano resultantes da injeção súbita de sangue nos vasos com cada batimento cardíaco. Os dados de movimento são alimentados em um algoritmo e o resultado é emitido através do módulo de indicador e alimentado no algoritmo de PTT.
[0099] Determinado com uma combinação de PPG e BCG, ou PPG e ECG, ou todos os três para maior precisão, o PTT pode ser medido para determinar a velocidade de onda de pulso (PWV) que se correlaciona com a pressão sanguínea (BP). PTT fornece uma estimativa da BP relativa, e requer calibração para obter uma estimativa da BP absoluta (valores diastólicos e sistólicos). A calibração pode ser fornecida com um manguito de BP no início ou durante a sessão de monitoramento.
[00100] Em uma outra modalidade da presente invenção, pode ser utilizada uma combinação de PPG, dados do acelerômetro, sensor de oximetria de pulso e / ou sensor de respiração dedicado para estabelecer a capacidade aeróbia máxima (VO2 máx) nos indivíduos em exercício.
[00101] Preferencialmente, o auricular inclui um ou mais canais de fluxo de ar para permitir o fluxo de ar ambiente ao redor do canal auditivo e permitir que o sujeito continue ouvindo o som ambiente. Para evitar um desequilíbrio de audição onde não existem ou não há canais de ar suficientes para permitir o fluxo de ar ambiente e transferência de som ambiente, um ou mais microfones externos, um alto-falante e o processador podem ser configurados para aceitar medições de som ambiente a partir do (s) microfone (s) antes de transmitir ondas sonoras ou vibrações de condução óssea a partir do alto-falante para o ouvido do sujeito. O som ambiente pode ser amplificado antes de ser transmitido para o ouvido para melhorar a capacidade auditiva do sujeito, de forma semelhante a um aparelho auditivo convencional. Um processador de sinal digital (DSP) pode ser usado para melhorar a qualidade do sinal de áudio.
[00102] O dispositivo primário e / ou remoto pode ser configurado para incorporar um ou mais microfones padrão ou de condução óssea além de um alto-falante para capturar entrada de voz e operar como um dispositivo de telefonia, incluindo o uso como um dispositivo de telefonia primário incluindo antenas e circuitos associados, ou um dispositivo escravo para um dispositivo de telefonia primário onde o som é recebido a partir do dispositivo primário e emitido para o sujeito através do dispositivo escravo, ou a voz dos sujeitos é capturada pelo dispositivo escravo e transmitida para o dispositivo primário. O dispositivo primário e / ou remoto pode utilizar um ou mais microfones para também permitir o cancelamento de ruído (isolamento) para reduzir o ruído ambiental. O recurso de cancelamento de ruído pode ser configurado para ser comutável pelo sujeito para alternar entre reprodução de música ou comunicações e ouvir o ambiente circundante.
[00103] Em modalidades alternativas, a presente invenção pode ser configurada como um auricular individual que fornece as funções acima mencionadas juntamente com som mono ao sujeito para comunicação / telefonia e transferência ou som ambiente ao usuário, ou como um par de auriculares para fornecer som estéreo para transmitir adicionalmente o som de áudio (música) para o ouvido do sujeito a partir de música armazenada localmente no auricular ou transmitida de um dispositivo remoto.
[00104] Preferencialmente, o auricular de monitoramento de fisiologia portátil é concebido para encaixar de forma estável na orelha do sujeito e manter uma posição constante. Por exemplo, os sensores, o processador e a eletrônica de suporte podem ser montados dentro de um componente maleável de borracha ou poliuretano ou similar para permitir que se encaixe de forma adaptável em diferentes tamanhos de orelhas dos sujeitos. Em uma outra alternativa, podem ser fornecidos peças de orelha de vários tamanhos para permitir que o sujeito selecione o melhor ajuste e conforto. Em uma alternativa adicional, o auricular pode ser moldado de forma personalizada na orelha do sujeito para um ajuste e conforto ideais.
[00105] Modalidades da presente invenção podem ser utilizadas por quase todos os homens e mulheres, incluindo os deficientes. Várias modalidades podem eventualmente serem produzidas para satisfazer as várias necessidades de: a. Atletas profissionais e amadores e desportistas (e desportistas principiantes); b. Pesquisa em medicina esportiva; c. Fisiologia do exercício; d. Pessoal militar (exército, marinha real e força aérea real, forças especiais); e. policiais; f. Bombeiros; g. Aqueles em saúde ocupacional e em risco de calor por esforço ou doenças cardiovasculares (trabalhadores de padaria, agricultores, trabalhadores da construção civil, mineiros, trabalhadores de caldeiras, trabalhadores de fábricas); h. Idosos e doentes; i. Pacientes médicos (internados e pacientes ambulatoriais pré ou pós-operatórios); j. Telemedicina de saúde; k. Mental e cronicamente doente; l. saúde doméstica, incluindo todos os indivíduos; m. pediatria; e, n. Sujeitos públicos normais
[00106] Modalidades da invenção são descritas adiante em seguida com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de monitoramento de fisiologia portátil; A Figura 2 é um diagrama esquemático de um ecossistema de monitoramento de fisiologia portátil incorporando o sistema da Figura 1; A Figura 3 é um diagrama esquemático de um monitor de fisiologia portátil incorporando o sistema da Figura 1; A Figura 4 é um diagrama de seção transversal de um auricular do monitor da Figura 3; A Figura 5 é diagrama de seção transversal de uma outra modalidade de um auricular do monitor da Figura 3; e, A Figura 6 é diagrama de seção transversal de uma configuração alternativa do auricular da Figura 5. A Figura 7 é um diagrama esquemático de um monitor de fisiologia portátil incorporando uma técnica de calibração. A Figura 8 é um diagrama esquemático de um monitor fisiológico portátil com ângulo de incidência ajustável de um sensor. A Figura 9 é um diagrama de um monitor de fisiologia portátil com um refletor côncavo de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 10 ilustra um monitor fisiológico portátil de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 11 ilustra uma vista explodida e um diagrama montado de uma modalidade alternativa do monitor fisiológico portátil mostrado na Figura 10. A Figura 12 ilustra um diagrama esquemático de um monitor fisiológico de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00107] A Figura 1 é um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema de monitoramento de fisiologia portátil.
[00108] O sistema de monitoramento fisiológico portátil 10 inclui um sensor de temperatura 20, um sensor de oximetria de pulso 30, um sensor de respiração 50, um sensor de movimento 60, um processador 70 e uma exibição 90. De preferência, o sistema de monitoramento de fisiologia portátil também inclui um sensor de ECG 40 e um alto-falante 80.
[00109] O sensor de temperatura 20 é disposto para medir a temperatura corporal de núcleo de um sujeito; o sensor de oximetria de pulso 30 é disposto para medir a taxa de pulso, volume de pulso e nível de saturação de oxigênio de um sujeito; o sensor de ECG 40 é disposto para medir um ECG do sujeito; o sensor de respiração 50 é disposto para medir uma taxa respiratória do sujeito; e o sensor de movimento 60 é disposto para medir um movimento e orientação do sujeito. Todos os sensores são dispostos para comunicar os parâmetros fisiológicos medidos ao processador 70. Após a recepção das medições, o processador é disposto para emitir um ou mais dos parâmetros para o alto-falante 80 e / ou a exibição 90.
[00110] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um ecossistema de monitoramento de fisiologia portátil incorporando o sistema da Figura 1.
[00111] O auricular 100 é disposto para comunicar as medições de parâmetros fisiológicos a dispositivos sem fio de consumidores comuns remotos, tais como um relógio inteligente 120, um telefone inteligente 130, um computador portátil ou de mesa 140 e um computador tablet 150. Para aplicações de monitoramento, tais como monitorar sujeitos ou pacientes em casa ou em um lar de idosos, o auricular 100 também é disposto para comunicar as medições a uma central habilitada com Internet 160 que por sua vez comunica as medições e / ou alertas a uma equipe de monitoramento e resposta remota posicionada para suportar o sujeito ou o paciente, conforme necessário.
[00112] A Figura 3 é um diagrama esquemático de um monitor de fisiologia portátil incorporando parte do sistema da Figura 1. A Figura 4 é um diagrama de seção transversal de um auricular do monitor da Figura 3.
[00113] O monitor de fisiologia portátil inclui um auricular 100 e um dispositivo sem fio remoto tal como um relógio inteligente 120 ou telefone inteligente 130.
[00114] O auricular 100 tem um alojamento 110 geralmente formado por uma única peça que é retida na orelha em utilização e suporta múltiplos sensores e componentes fornecidos no mesmo. Em outras modalidades, o alojamento 110 pode ser montado a partir de várias peças formadas separadamente. No entanto, o alojamento 110 pode ser dividido, de modo teórico, em uma porção interna indicada pela seta marcada I na Figura 4 e uma porção externa indicada pela seta marcada O na Figura 4. A porção interna I é conformada e configurada para ser inserida no canal auditivo e mantida nele em utilização pelo menos em parte por uma cobertura maleável 109, formada geralmente de um material flexível e resiliente tal como uma luva de espuma compressível ou um auricular de silicone moldado, à medida que este interfere com o canal auditivo do usuário. A porção externa O é moldada e configurada para ser inserida na concha da orelha (isto é, a cavidade em forma de taça da orelha situada na entrada do canal auditivo) e retida na mesma em utilização pelo menos em parte pela porção interna I do alojamento 110. Opcionalmente, um clipe sobre a orelha pode ser fornecido que estende a partir da porção externa O a ser presa sobre o pavilhão auricular do usuário em utilização, para reter adicionalmente o auricular 100 no local em utilização.
[00115] O auricular 100 inclui uma termopilha 101 posicionada na extremidade da parte interna I do auricular para medir a temperatura da membrana timpânica como referência da temperatura corporal de núcleo. A termopilha 101 é dimensionada de modo a ser localizada e retida dentro do alojamento no próprio canal auditivo, em vez de em uma entrada para o canal auditivo. Localizando a termopilha perto da membrana timpânica e selando-a dentro do ambiente efetivamente fechado pelo inserto de orelha que interage com e sendo retido no canal auditivo, a termopilha pode ser seguramente retida na posição para detectar a radiação da membrana timpânica mesmo durante o uso ambulatorial e fornecer medições de temperatura corporal de núcleo precisas e de longo prazo de uma forma não invasiva ou minimamente invasiva. A termopilha é preferencialmente inferior a 3 mm por 3 mm no seu plano sensível, ainda mais preferencialmente 2 mm por 2 mm ou menos. Um exemplo de uma termopilha adequada para uso de longo prazo na orelha no auricular 100 é o Sensor de Termopilha de Infravermelho em Pacote de Escala de Chip Ultra Pequeno TMP006 fabricado pela Texas Instruments, Dallas, TX, EUA (http: //www.ti.eom/product/TMP006#descriptions) que tem um tamanho de pacote de apenas 1,6 mm por 1,6 mm. Em algumas modalidades, a termopilha pode ter 2 mm x 2 mm ou menos. A termopilha mede a temperatura de um objeto sem a necessidade de fazer contato com o objeto. Este sensor utiliza uma termopilha para absorver a energia de infravermelho passiva emitida a partir do objeto a ser medido e utiliza a alteração correspondente na tensão de termopilha para determinar a temperatura do objeto. A tensão da termopilha é digitalizada e comunicada ao processador 70 (não mostrado na Figura 4) através de comunicação serial. Quando calibrada e quando o sinal é suavizado por média ao longo de um período de medição de, digamos, uma janela de um minuto, a taxa de erro da termopilha 101 é reduzida e fornece uma precisão de ± 0,1 graus C. A termopilha 101 é fornecida com um termistor embutido (não ilustrado) para medir a temperatura de molde, a qual é também reportada ao processador. O processador pode utilizar a temperatura de molde relatada e opcionalmente a diferença entre a temperatura de molde e a temperatura detectada pela termopilha para reduzir o nível de ruído no sinal reportado pela termopilha, fornecendo uma relação sinal-ruído mais elevada. A utilização de uma termopilha miniaturizada deste tipo permite que a termopilha 101 seja localizada e retida no canal auditivo permitindo uma precisão e uma sensibilidade melhoradas do monitoramento de temperatura corporal de corpo ambulatorial contínuo, fornecendo também espaço para componentes e funcionalidades adicionais no auricular 100 como será descrito abaixo.
[00116] O auricular também inclui um sensor de oximetria de pulso 102, que compreende dois díodos emissores de luz e um fotodetector posicionado próximo um do outro, para medir a taxa de pulso, o volume de pulso e o nível de saturação de oxigênio dos vasos sanguíneos na concha da orelha; um sensor de ECG 103 posicionado para medir o sistema de condução elétrica do coração a partir da concha da orelha; um sensor de respiração 104 para medir as vibrações respiratórias através da orelha interna através da condução óssea; um sensor de acelerômetro 105 posicionado para medir o movimento e a orientação da cabeça de um indivíduo; e um transceptor 106 disposto para comunicar as medições dos parâmetros fisiológicos a um relógio inteligente 120 ou telefone inteligente 130.
[00117] O sensor de oximetria de pulso 102 é posicionado diretamente atrás de uma janela translúcida ou transparente 115, ela própria posicionada na área de concha da orelha.
[00118] Em modalidades alternativas, um sensor de respiração 104 pode ser posicionado atrás do pavilhão auricular para detectar vibrações respiratórias através da mandíbula, que pode ser fornecido em vez de ou em adição ao sensor de respiração 104 mostrado na modalidade da Figura 4 fornecido na extremidade do auricular perto da termopilha 101 para detectar vibrações respiratórias através da membrana timpânica.
[00119] O sensor de ECG 103 compreende dois eletrodos que, em modalidades alternativas, podem ser configurados para ter um na área de concha e um atrás da orelha, ou onde existem dois auriculares usados como um par, um em cada auricular na área de concha.
[00120] Os auriculares 100, relógio inteligente 120 e telefone inteligente 130 incluem todos uma ou mais baterias para fornecer energia. Pelo menos no caso do auricular 100, é preferível que a bateria 107 seja recarregável a partir do interior do auricular através de uma conexão adequada a uma fonte de alimentação ou acoplamento indutivo a uma fonte de alimentação. De modo a conservar a energia da bateria, o transceptor 106 só pode funcionar periodicamente. O auricular 100, o relógio inteligente 120 e o telefone inteligente 130 podem incluir um modo de suspensão para economizar energia quando não estiverem em uso.
[00121] O relógio inteligente 120 e o telefone inteligente 130 incluem um transceptor disposto para receber medições a partir do auricular, um processador para executar cálculos e uma exibição 90 para fornecer ao sujeito retorno sobre o estado de um ou mais dos parâmetros fisiológicos acima mencionados. Preferencialmente, o monitor opera em uma base substancialmente em tempo real. De preferência, o transceptor 106 comunica através de um protocolo de dados sem fio tal como BlueTooth ™ Low Energy ou outro sistema de comunicação sem fio adequado.
[00122] Uma gaze de cera descartável ou lavável 108 evita que a cera e outros objetos estranhos entrem no auricular.
[00123] Uma cobertura maleável 109 em torno do corpo do auricular 100 assegura conforto e um bom ajuste para o sujeito. A cobertura 109 pode ser um molde personalizado ou genérico e pode ser fornecida em tamanhos diferentes para assegurar o melhor ajuste e conforto. A cobertura 109 pode incluir um canal rebaixado para permitir que o som ambiente alcance a orelha interna do sujeito para garantir que não haja perda de audição ou consciência situacional e também permitir a circulação de ar para evitar a acumulação de umidade no canal auditivo durante o exercício. A circulação de ar pode ser a única razão para incluir o canal rebaixado, para permitir a transferência de calor e ar, mesmo em aplicações onde a transmissão de som ambiente não é necessária.
[00124] A cobertura maleável 109 pode ser removível e permutável / substituível permitindo a utilização do auricular para monitoramento de sinais vitais para pacientes sucessivos em ambientes de cuidados remotos, residenciais, clínicos e paliativos e em contextos cirúrgicos para pacientes sucessivos em uma situação higiênica, não invasiva ou minimamente invasiva.
[00125] Em uma modalidade da presente invenção um canal de alimentação de áudio 111 pode ser fornecido para permitir que um tubo a partir de um dispositivo gerador de áudio seja conectado ao auricular 100 e transmita o áudio para a orelha interna do sujeito. O canal de alimentação de áudio 111 pode ser formado pelo alojamento 110 e configurado como uma guia de ondas para fornecer som à orelha interna. A saída do canal de alimentação de áudio 111 abrindo para o canal auditivo em uso é disposta adjacente à termopilha 101. Na modalidade mostrada na Figura 4, o canal de alimentação de áudio 111 não é acoplado a qualquer fonte de geração de áudio ativa, mas apenas abre para o ambiente circundante para permitir passagem passiva de som ambiente para facilitar a consciência situacional do usuário.
[00126] A Figura 5 é um diagrama de seção transversal de uma outra modalidade de um auricular do monitor da Figura 3. Como alternativa ao canal de alimentação de áudio 11, áudio ativo pode ser fornecido por um alto-falante 112. O microfone 113 pode ser utilizado em conjunto com o alto- falante 112 para registrar o ruído ambiente e fornecer um cancelamento de ruído ou amplificar o som ambiente para aumentar a audição do sujeito, tal como em um aparelho auditivo. Alternativamente, pode ser fornecido um sinal de áudio, tal como música ou voz, ao alto-falante 112, por exemplo através de uma conexão BlueTooth ™ entre o transceptor 106 e o relógio inteligente 120 ou telefone inteligente 130, e reproduzido para o usuário através do canal de alimentação de áudio 111.
[00127] Quando é fornecido um alto-falante 112, retorno de estado dos parâmetros fisiológicos acima mencionados pode ser fornecido audivelmente bem como ou em vez de através da exibição 90. Quando um nível de parâmetro predeterminado é atingido e / ou intervenção é necessária uma alerta pode soar através do alto-falante 112 e exibição 90.
[00128] A Figura 6 é um diagrama de seção transversal de uma configuração alternativa do auricular da Figura 5. Quando um auricular 100 é usado isoladamente, um alto-falante 112 pode fornecer som mono que é útil para comunicações e estado de retorno. Em uma alternativa, o auricular 100 pode ser configurado como um par de auriculares para fornecer uma saída de som estéreo para reprodução de música ou melhor qualidade de saída de som de comunicações utilizando dois alto-falantes 112. Nesta configuração um cabo / correia 114 pode ligar os dois auriculares e fornecer uma conexão elétrica para compartilhar potência entre os auriculares e permitir compartilhamento otimizado de componentes entre os dois auriculares. A correia 114 também serviria como uma maneira conveniente de evitar a perda de um auricular 100 e poderia fornecer um método de fixação dos auriculares 100 a uma peça de vestuário se for fornecido com um clipe.
[00129] Como a termopilha 101 é um molde de silicone cru, ela será susceptível a sinais de radiação térmica que aparecem praticamente em qualquer lugar dentro de um campo de 180 graus de visão (sujeita a uma ponderação de cos2θ aproximada para a sensibilidade). A temperatura do canal auditivo é tipicamente diferente da membrana timpânica e por isso não é uma medida verdadeira da temperatura corporal de núcleo. Como o objeto alvo, o tímpano, tem um raio ~ 4mm, e o auricular 100 é disposto de tal forma que a termopilha 101 é provável estar a ~ 15mm de distância do tímpano ao longo do canal, isso significaria que o tímpano real comporia uma fração relativamente pequena do campo de visão. Deste modo, para fornecer uma precisão melhorada do sinal de temperatura obtido a partir da termopilha 101, este efeito de temperatura deve ser compensado.
[00130] A Figura 7 é um diagrama esquemático de um monitor de fisiologia portátil incorporando uma técnica de calibração. O auricular 100 pode ser configurado para incorporar termistores 116 posicionados sobre ou perto da superfície externa do auricular para medir a temperatura da parede do canal auditivo em numerosas profundidades, desde a orelha externa até a membrana timpânica, para criar um mapa de gradiente de temperatura do canal auditivo para compensar adicionalmente o calor infravermelho a partir do canal auditivo que pode contaminar o sinal de membrana timpânica recebido pela termopilha 101. Os termistores 116 podem também ser utilizados para ajudar a assegurar que o auricular seja colocado na profundidade correta no canal auditivo em relação à distância da orelha externa, por verificar se a temperatura medida está na faixa de temperatura do canal auditivo em oposição à temperatura ambiental. Os termistores 16 irão, neste caso, também servir para alertar o processador que o dispositivo está situado no canal auditivo do sujeito e as medições corresponderão à orelha. Igualmente alertam o processador quando o auricular é removido do sujeito temporariamente ou no final do uso.
[00131] Alternativamente aos termistores 116, podem ser utilizados sensores capacitivos para a mesma função de detectar se o dispositivo é inserido no canal auditivo e posicionado na profundidade correta. O contato e a condutância dos sensores capacitivos contra a parede do canal auditivo permitiriam esta funcionalidade.
[00132] A Figura 8 é um diagrama esquemático de um monitor de fisiologia portátil com ângulo de incidência ajustável de um sensor de termopilha 101. Para permitir o ajuste do ângulo de termopilha 101 em relação à linha de visão da membrana timpânica para assegurar maior precisão, o auricular 100 pode incorporar uma cabeça pivotante 17 ou outro mecanismo que poderia ser ajustado durante a configuração do dispositivo no sujeito quando o auricular é posicionado no canal auditivo. O processador seria configurado para alertar o indivíduo ou o clínico quando a temperatura mais quente foi medida, indicando o ângulo ótimo da termopilha 101.
[00133] A Figura 9 é um diagrama de um monitor fisiológico portátil com um refletor côncavo de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00134] Nesta modalidade particular, por simplicidade, a termopilha 101 é mostrada isoladamente na sua localização em utilização no canal auditivo em conjunto com um refletor côncavo 18, com o restante dos componentes do auricular não ilustrado. Nesta modalidade particular, a termopilha 101 é fornecida substancialmente paralela à parede do alojamento 110 ou ao eixo do canal de alimentação de áudio 111. Geralmente, a superfície sensível da termopilha 101 não é voltada para a extremidade aberta do alojamento de auricular 110 configurado para ser fornecido adjacente à membrana timpânica de um usuário, mas em vez disso é disposto em um ângulo oblíquo ou ortogonal à mesma. Isto pode servir para reduzir a extensão de seção transversal da termopilha 101 no canal auditivo, fornecendo mais espaço dentro da parte interior I do auricular 100. O auricular 100 é ainda fornecido com um espelho côncavo 118 disposto para dirigir a radiação de infravermelho a partir da membrana timpânica para a termopilha. O espelho côncavo 118 reflete e focaliza raios de radiação de infravermelho a partir da direção da membrana timpânica em direção à superfície sensível da termopilha 101. O espelho côncavo 118 é moldado e serve para restringir o campo de visão àquele geralmente na direção da membrana timpânica em utilização, aumentar a área de coleta da radiação e assim melhora a intensidade do sinal e a precisão das medições de temperatura produzidas pela termopilha 101 em utilização. Quando posicionado no canal auditivo por um inserto de orelha configurado para reter de forma confiável a termopilha e o refletor em posição, isto pode fornecer um sinal confiável da temperatura timpânica, com menos contribuição do sinal do canal auditivo.
[00135] A Figura 10 ilustra um monitor fisiológico portátil de acordo com uma modalidade da presente invenção.
[00136] O monitor fisiológico portátil é na forma de um dispositivo vestível na forma de um auricular 100 compreende um alojamento 110 e uma porção de inserto de orelha 100i coberta por uma porção de retenção 109 configurada para estender para dentro e substancialmente encher a extensão lateral do canal auditivo em virtude de ter sido moldada à forma da orelha do usuário, ou em virtude de ser formada de um material resiliente que se deforma para a forma da orelha do usuário. A porção de retenção 109 é disposta para reter o alojamento 110 no canal auditivo, em utilização. O auricular 100 compreende ainda um módulo de termopilha 100t compreendendo uma porção de alojamento de auricular suportando uma PCB de orelha interna 182, que compreende ela própria uma termopilha 101 e um refletor côncavo 118 substancialmente como descrito com referência à Figura 9 anteriormente. Em outras modalidades, o arranjo de termopilha para captar sinais de infravermelho a partir da membrana timpânica pode diferir da mostrada na Figura 9. A PCB de orelha interna 182 é conectada a uma primeira placa de PCB externa 184 com uma primeira PCB flexível 186 que fornece uma conexão elétrica “umbilical” com fio para a PCB de orelha interna 182. A primeira PCB externa 184 é conectada a uma segunda PCB externa 185 com uma segunda PCB flexível 187. A primeira PCB externa 184 compreende um alto-falante 112, um sensor de oximetria de pulso 102 e um sensor de acelerômetro 105. A segunda PCB externa 185 compreende um microfone ambiente 113. Um canal de alimentação de áudio 111 é fornecido por uma abertura de cavidade de áudio no canal auditivo em utilização por uma saída definida adjacente à termopilha 101 de modo a permitir que o áudio se propague para além da termopilha 101 em direção à membrana timpânica. O canal de alimentação de áudio 111 recebe áudio a partir do alto-falante 112 que é configurado para produzir áudio recebido pelo microfone 113. Será apreciado que o alto- falante 112 pode adicionalmente ou alternativamente produzir áudio recebido a partir de outras fontes. A retenção confiável do módulo de termopilha 100t em posição por um inserto de orelha 100i estendendo dentro e substancialmente enchendo o canal auditivo em utilização permite que a temperatura timpânica seja medida de forma confiável de uma maneira que seja confortável e acessível ao usuário. A disposição da passagem de áudio estendendo através do inserto de orelha e abrindo para dentro do canal auditivo em utilização permite que o som seja fornecido à orelha interna do usuário em utilização. Opcionalmente, a passagem de áudio envolve substancialmente ou em modalidades, envolve ou inclui ou é concêntrica com a conexão elétrica com fio, permitindo uma construção ainda mais compacta e uma melhor utilização do espaço. Tipicamente, o módulo de termopilha 100t é posicionado no canal auditivo em uma posição geralmente centralizada pela porção de retenção 109 de inserto de orelha 100i, com a saída de passagem de áudio sendo então na região do módulo de termopilha 100t, para o lado do mesmo ou para trás do mesmo, de modo a emitir som para o canal auditivo. O posicionamento do módulo de termopilha 100t para obter um sinal principalmente a partir a partir da membrana timpânica não é assim comprometido pela provisão da passagem de áudio, a qual é configurada para abrir para dentro do canal auditivo na região do módulo de termopilha 100t para fornecer som para a orelha interna em utilização. A este respeito, o módulo de termopilha 100t pode ser mantido de forma confiável em uma posição "central" dentro do canal auditivo em ou próximo à segunda curvatura no canal auditivo atrás do qual a membrana timpânica é posicionada. O inserto de orelha e o módulo de termopilha são conformados e dimensionados para poderem ser posicionados perto da segunda curvatura no canal auditivo, o módulo de termopilha, de preferência, tendo menos de 4 mm de diâmetro na sua maior dimensão lateral, ainda mais preferencialmente menos de 3,5 mm de diâmetro. Para permitir o posicionamento preciso do módulo de termopilha, o módulo de termopilha 100t pode estender pelo menos parcialmente para a frente a partir da porção de retenção 109 na extremidade mais interna do inserto de orelha. O inserto de orelha 100i e o módulo de termopilha 100t podem ser de forma oval na região da sua extremidade mais interna. A saída da passagem de áudio é localizada ao lado de, ou adjacente, a posição centrada do módulo de termopilha. A saída de passagem de áudio pode abrir para a parte de trás do módulo de sensor de temperatura, em particular onde a passagem de áudio envolve pelo menos parcialmente a conexão elétrica com fio a partir do módulo de termopilha 100t. Estes arranjos fornecem uma utilização eficaz do espaço para permitir que o som seja fornecido à orelha interna através do canal auditivo que é substancialmente cheio com uma porção de retenção de inserto de orelha 109 para posicionar com precisão o módulo de termopilha 100t para receber um sinal da membrana timpânica.
[00137] A Figura 11 ilustra uma vista explodida e um diagrama montado de uma modalidade alternativa do módulo de termopilha 100t do monitor fisiológico portátil ilustrado na Figura 10 e é substancialmente como descrito com referência à Figura 10, com exceção das diferenças aqui descritas. O alojamento 110 é formado a partir de uma peça de tampa 188 e uma peça de corpo interna 189. Note que apenas o corpo interno do auricular 100 é mostrado. Como pode ser visto, a construção modular da Figura 11 e também o desenho da Figura 10 permitem um processo de fabricação e montagem relativamente simplificados, com um número mínimo de peças.
[00138] A Figura 12 ilustra um diagrama esquemático de uma modalidade de um dispositivo vestível de acordo com um aspecto da presente invenção. O dispositivo vestível 100 compreende um inserto de orelha compreendendo uma porção de retenção 220 formada por moldagem ou a partir de um material resiliente de modo a ser moldada em utilização para conformar e substancialmente encher o canal auditivo do usuário e para estender ao longo do canal auditivo retém o dispositivo vestível 100 dentro do canal auditivo. O inserto de orelha compreende ainda um módulo de termopilha 200 configurado para ser fornecido em uma extremidade mais interna do inserto de orelha. A porção de retenção 220 estende no canal auditivo até o módulo de termopilha 200. O módulo de termopilha 200 compreende um alojamento e é conectado a outros componentes elétricos, por exemplo, uma bateria (não mostrada) através de uma conexão elétrica na forma de um cabo umbilical 210. O módulo de termopilha 200 compreende ainda uma termopilha de infravermelho 101 e um refletor 118 como descrito anteriormente. Um alto-falante 112 é também fornecido como parte do dispositivo vestível 100. O inserto de orelha compreende ainda um canal de condução de áudio fornecido por uma passagem de áudio 230 definida dentro da porção de retenção 220 do inserto de orelha de modo a permitir que o som passe a partir do alto-falante 112 através da porção de retenção 220 e para além do módulo de termopilha 200 em direção à membrana timpânica.
[00139] Nesta modalidade particular, a passagem de áudio 230 circunda o cabo umbilical 210. Esta configuração significa que apenas uma passagem através da porção de retenção do inserto de orelha 220 é necessária para transmitir tanto o som como os sinais a partir da termopilha de infravermelho. A saída da passagem de áudio 230 é também para o lado de e rodeia o módulo de termopilha 200 para abrir para o canal auditivo ligeiramente para a parte traseira da extremidade dianteira do módulo de termopilha 200. Estes arranjos representam uma utilização eficaz do espaço e permitem o posicionamento confiável e preciso da termopilha na orelha interna perto da membrana timpânica, ao mesmo tempo que permite que o som seja fornecido à orelha interna em um ambiente com espaço limitado.
[00140] Quando inserida no canal auditivo de um sujeito, a termopilha 101 detecta a radiação de infravermelho incidente a partir da membrana timpânica e fornece uma tensão equivalente à temperatura corporal de núcleo do sujeito. Preferencialmente, o processador converte isto em uma leitura de temperatura em graus Centígrados ou Fahrenheit.
[00141] Quando posicionado na concha, o sensor de oximetria de pulso 102 detecta o nível de saturação de oxigênio e o volume de um pulso do sujeito através da transmitância da luz vermelha e de infravermelho através do tecido. De preferência, o processador converte isto em uma leitura da taxa de pulso, volume de pulso e nível de saturação de oxigênio. Em algumas modalidades, pode ser utilizado um manguito de pressão sanguínea em conjunto com o sensor de oximetria de pulso para fornecer leituras de pressão de pulso e / ou calibrar o sensor de oximetria de pulso. Preferencialmente, o resultado é a taxa de pulso em batimentos por minuto, pressão de pulso e volume de pulso em milímetros de mercúrio, e saturação de oxigênio como uma percentagem. Em algumas modalidades o resultado pode também emitir um pletismograma.
[00142] Como alternativa a, ou em adição ao sensor de oximetria de pulso 102, modalidades da presente invenção podem incorporar um sistema de monitoramento piezoelétrico para medir a taxa de pulso e a pressão a partir da artéria temporal. O sistema compreende um manguito para ocluir a artéria e um microfone de contato piezoelétrico para gravar e analisar os sons de Korotkoff a partir da alteração no pulso.
[00143] Quando posicionado na concha, o sensor de ECG 103 detecta o sistema de condução elétrica do coração. De preferência, o processador converte isto em uma leitura de ECG em milivolts por segundo.
[00144] Quando inserido em um canal auditivo do sujeito, o microfone de condução óssea 104 detecta vibrações respiratórias através da orelha interna. De preferência, o processador converte isto em uma taxa respiratória em respirações por minuto. O microfone de condução óssea pode ser fornecido dentro e suportado pelo módulo de termopilha 100t, 200.
[00145] O acelerômetro 105 monitora um movimento e orientação do sujeito. De preferência, o processador converte isso em uma leitura de um ou mais da cadência, velocidade, distância, orientação e contagem calórica de um sujeito, e o resultado é em revoluções ou cursos por minuto, quilômetros por hora ou milhas por hora, metros ou quilômetros ou milhas, graus, e calorias ou quilocalorias por hora, respectivamente. Em algumas modalidades, os dados podem também ser utilizados em combinação com a temperatura corporal de núcleo para fornecer uma indicação do ritmo circadiano de um sujeito, em que o resultado é, de preferência, de tempo em horas.
[00146] De preferência, leituras medidas são inseridas para o processador de auricular e periodicamente retransmitidas para o sujeito em tempo real através do alto- falante de auricular 112, se presente e configurado pelo usuário, bem como transmitidas para um dispositivo remoto tal como relógio inteligente 120 e telefone inteligente 130 onde a aplicação de software e processador embutido emite as leituras medidas em uma forma de texto e gráfica para o sujeito através da exibição 90.
[00147] De preferência, o auricular armazena as leituras medidas em sua memória interna até que, ou a menos, tenha emparelhado com um dispositivo remoto, caso em que as leituras medidas são transmitidas de modo sem fio para o dispositivo remoto e armazenadas na memória do dispositivo remoto por um período limitado, acessada através da aplicação de software. Em algumas modalidades, os dados podem ser carregados para a nuvem (internet), onde o sujeito pode armazenar seus dados em uma conta de usuário, além do dispositivo remoto para armazenamento de longo prazo, mais uma vez acessado pela aplicação de software no dispositivo remoto. Em ambos os casos, o sujeito pode, posteriormente, acessar os seus dados de fisiologia a partir de uma ou mais sessões anteriores para análise.
[00148] O dispositivo primário (auricular) não é dependente do dispositivo remoto e o dispositivo remoto não é necessariamente necessário para o sujeito ser informado e / ou alertado das suas medições de sinais vitais, mas se estiver presente será dependente da unidade primária.
[00149] De preferência, os parâmetros fisiológicos do sujeito serão medidos em intervalos específicos, ou em intervalos selecionáveis pelo sujeito a partir de uma lista predeterminada entre, por exemplo, 1 segundo a 15 minutos (1 segundo, 5 segundos, 15 segundos, 30 segundos, 1 minuto, 5 minutos, 15 minutos). Para cada intervalo de tempo, as amostras gravadas durante esse período de tempo terão a média calculada, e a medição média será comunicada ao sujeito e / ou outro indivíduo através de meios de áudio e / ou visuais como descrito acima. Se qualquer parâmetro fisiológico do sujeito como medido pelo dispositivo atinge os limites de segurança de medição, o dispositivo primário e / ou dispositivo remoto irá alertar o sujeito e / ou outro indivíduo imediatamente ao atingir esse limite por meios de áudio e / ou visuais, independentemente do intervalo de tempo escolhido. De um modo preferido, o sujeito e / ou outro indivíduo também terão a capacidade de escolher os seus próprios limites de parâmetros a partir de uma lista predeterminada, o que iria existir dentro do limite de medição do dispositivo primário.
[00150] Dependendo da configuração do auricular e relógio inteligente e / ou outra unidade remota, o sujeito pode ser capaz de escolher entre uma escolha de um som ou vibração de alerta, ou ambos.
[00151] Várias modalidades podem, eventualmente, ser produzidas para servir para as diferentes necessidades de: a. Atletas profissionais e amadores e desportistas homens / mulheres (e pessoas desportistas novatas); b. pesquisa de medicina desportiva; c. fisiologia do exercício; d. militares (Exército, Marinha Real e Força Aérea Real, forças especiais); e. policiais; f. bombeiros; g. aqueles em saúde ocupacional e em risco de doença de calor de esforço ou cardiovascular (trabalhadores de padaria, agricultores, trabalhadores da construção, mineiros, trabalhadores de ambiente de caldeira, trabalhadores de fábrica); h. executivos de empresa; i. idosos e enfermos; j. pacientes clínicos (pacientes hospitalizados e pacientes externos pré ou pós-operatórios); k. telemedicina de cuidados de saúde; l. pacientes mentais e crônicos; m. saúde doméstica, incluindo todos os indivíduos; n. pediatria; e, o. usuários públicos normais.
[00152] Por exemplo, enquanto atletas podem estar interessados em níveis numéricos reais, os usuários públicos podem preferir um indicador na forma de um semáforo ou semelhantes (por exemplo, verde = parâmetro fisiológico normal, âmbar = parâmetro fisiológico um pouco comprometido, vermelho = sujeito atingindo doença). Da mesma forma, pacientes do hospital em si podem não ter interesse em ou compreender seu estado de fisiologia, mas os dados de saída podem ser passados para a equipe médica para análise e intervenção do tratamento ou podem ser alimentados em um sistema de controle para a regulação automática dos parâmetros fisiológicos medidos de um paciente, se for caso disso. Algumas modalidades podem incluir uma memória e sistema de conexão / transmissão para que os dados possam ser registrados ao longo do tempo e transferidos para um computador para uma análise mais detalhada de estado e / ou o desempenho fisiológico.
[00153] Uma modalidade de exemplo da presente invenção que pode ser utilizada por médicos e outro pessoal médico, agentes de segurança ou formadores / treinadores de desportistas é mostrada na Figura 2, em que o auricular 100 pode ter uma funcionalidade adicional e comunicar com uma central ou estação base 160. À medida que a estação base não é necessária para ser portátil, ela pode incluir uma exibição maior e / ou o alto-falante mais potente e um transceptor tendo um maior raio de recepção para permitir que o sujeito avance ainda mais a partir dela e ainda estar em contato. A estação base pode ser usada em conjunto com um relógio inteligente ou outro dispositivo remoto, de modo que tanto um sujeito e o agente de segurança ou outro indivíduo de suporte é capaz de ver os dados dos parâmetros fisiológicos; na verdade, podem até ser fornecidos diferentes tipos de informações, dependendo das necessidades específicas.
[00154] Os dados a partir do acelerômetro e outros sensores acima mencionados podem também ser processados para determinar o ritmo circadiano do sujeito, e esta informação pode ser utilizada para vários fins, incluindo a detecção e controle de demência e desordens de sono e comportamentais. Algumas modalidades podem ainda incluir um sensor de luz ambiente para medir a luz ambiente do ambiente do sujeito e melhor prever ou determinar o ritmo circadiano do sujeito.
[00155] O processador pode executar instruções armazenadas na memória para instanciar um módulo de estimativa de pressão arterial disposto para aceitar as medições a partir de uma combinação de dois ou mais dos seguintes: sensor de pulso, um sensor de movimento para balistocardiografia (BCG) e um sensor de ECG, para calcular as alterações no tempo de trânsito de pulso (PTT), e para gerar a partir do tempo de transição de pulso, uma medida da velocidade de onda de pulso e uma estimativa da pressão sanguínea relativa. Em alternativa, os dados de sensor de pulso bruto, BCG e / ou ECG podem ser enviados a partir do dispositivo vestível para outro dispositivo, tal como um aparelho ou relógio inteligente que pode em si próprio fornecer um módulo de estimativa de pressão arterial.
[00156] O dispositivo também pode ser usado para prever ou determinar o ciclo menstrual de um indivíduo do sexo feminino, incluindo a determinação de tais parâmetros fisiológicos como o dia da ovulação, o período fértil, o período infértil, o início e / ou o fim da menstruação, período da menstruação, dias de início e / ou fim do ciclo, e qualquer outro dia do ciclo. Ao medir a temperatura corporal de núcleo basal diariamente ao mesmo tempo em cada dia, o processador pode ser arranjado para determinar o dia da ovulação a partir da maior diferença em elevação de temperatura corporal de núcleo basal. Com esses dados e o sujeito introduzindo o primeiro dia da menstruação, todos os outros parâmetros podem ser determinados e usados para previsões de menstruações futuras, e agir como um auxiliar de gravidez.
[00157] Os dados a partir do sensor de oximetria de pulso podem ser usados para ajudar no treinamento de fitness de um sujeito, pois é sabido que existem várias zonas de frequência cardíaca em que o benefício máximo de fitness pode ser alcançado para diferentes necessidades de fitness.
[00158] O dispositivo também pode ser usado para prevenir atletas que alcançam a sua 'temperatura de teto' e fadiga, por exemplo, um evento de ultra resistência onde o atleta está executando no seu pico, durante várias horas. Uma indicação de temperatura extrema permitiria ao atleta reduzir o seu esforço e continuar a se exercitar, em vez de atingir a fadiga e ter que deixar de exercitar ou mesmo colapsar. Isso se aplica mesmo se não havia água disponível para reidratação. Portanto, por usar o dispositivo eles não perdem tempo valioso na competição, e podem reduzir o risco de doenças provocadas pelo calor e dano fisiológico.
[00159] Em adição, as medições de temperatura corporal e batimentos cardíacos combinadas com os dados a partir do acelerômetro podem ser utilizadas para determinar o estado de hidratação de um sujeito. Uma vez que um aumento da temperatura corporal de núcleo e frequência cardíaca em carga constante é indicativo de um estado de desidratação, estado de hidratação pode ser previsto e alertas enviados para o relógio de pulso e / ou outro dispositivo remoto para evitar que o sujeito fique desidratado ou que sofra de doenças provocadas pelo calor.
[00160] Deste modo, os vários sinais vitais monitorados utilizando o auricular 100 podem ser combinados e um número de formas diferentes para fornecer uma indicação de um estado de saúde ou exercício do usuário.
[00161] Em uma outra modalidade, particularmente em cuidados de saúde com auriculares de múltiplos usos, o auricular pode incorporar uma cobertura de lente descartável ou que pode ser limpa e / ou filtros especificamente concebidos para ajustar ao receptor para evitar que sujidade ou tecido do corpo e cera penetrem e acumulem no auricular e contaminação cruzada quando utilizado em múltiplos sujeitos.
[00162] Será apreciado que em algumas modalidades da invenção, funções descritas como sendo realizadas por um processador localizado fora do auricular, por exemplo, em um relógio inteligente ou aparelho, em vez disso podem ser realizadas por um processador fornecido como parte do dispositivo vestível, e em particular, como parte do dispositivo auricular. Onde um processador é fornecido no dispositivo vestível, também irá ser apreciado que uma memória pode também ser fornecida para armazenar instruções executáveis pelo processador.
[00163] Por exemplo, o dispositivo vestível pode compreender um módulo de estimativa de pressão arterial disposto para aceitar medições a partir de uma combinação de dois ou mais dos seguintes: sensor de pulso, um sensor de movimento para balistocardiografia (BCG) e um sensor de ECG, para calcular as alterações no tempo de trânsito de pulso (PTT), e para gerar a partir do tempo de transição de pulso, uma medida da velocidade de onda de pulso e uma estimativa da pressão sanguínea relativa. Um processador no dispositivo vestível pode ser usado para realizar os passos necessários para o módulo de estimativa de pressão arterial.
[00164] Ao longo da descrição e das reivindicações desta especificação, as palavras "compreende" e "contém"e as variações das mesmas significam "incluindo mas não limitado a", e não se destinam a (e não) excluem outros radicais, aditivos, componentes, inteiros ou passos. Ao longo da descrição e das reivindicações desta especificação, o singular abrange o plural a menos que o contexto exija de outra forma. Em particular, onde o artigo indefinido é usado, a especificação deve ser entendida como contemplando a pluralidade, bem como a singularidade, a menos que o contexto exija de outra forma.
Claims (32)
1. Dispositivo vestível para medir uma temperatura timpânica, o dispositivo compreendendo um inserto de orelha (100i) e uma termopilha de infravermelho (101), o dispositivo caracterizado por compreender: o inserto de orelha (100i) compreendendo: uma porção de retenção (109) configurada para ser retida dentro de um canal auditivo e um alojamento (110) suportando a termopilha de infravermelho (101) em uma extremidade mais interna do inserto de orelha (100i), disposta para medir uma temperatura timpânica em uso; e um refletor (118) disposto para refletir sinais de infravermelho a partir de uma membrana timpânica sobre uma superfície sensível da termopilha de infravermelho (101), em que a superfície sensível da termopilha de infravermelho (101) é disposta para ser posicionada em um ângulo oblíquo ou ortogonal a uma extremidade aberta do alojamento do inserto de orelha configurado para ser fornecido adjacente a membrana timpânica, em uso.
2. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o refletor (118) é um refletor côncavo.
3. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o refletor (118) é um espelho.
4. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a superfície sensível da termopilha de infravermelho (101) é disposta para ser posicionada paralela ao canal auditivo em utilização.
5. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a porção de retenção (109) é formada para estender ao longo e encher o canal auditivo em utilização, e em que o inserto de orelha compreende ainda: uma conexão elétrica com fio estendendo através do inserto de orelha (100i) para emitir um sinal da termopilha de infravermelho (101) em utilização; e um canal de condução de áudio, fornecido por uma passagem de áudio (230) definida pelo menos parcialmente dentro do inserto de orelha (100i) e configurada como uma guia de ondas para retransmitir som para a extremidade mais interna do inserto de orelha (100i), em que uma saída da passagem de áudio (230) é fornecida em uma extremidade mais interna do inserto de orelha (100i), disposta para abrir no canal auditivo para a membrana timpânica, em utilização.
6. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a passagem de áudio (230) envolve pelo menos parcialmente a conexão elétrica com fio.
7. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a passagem de áudio (230) completamente envolve a conexão elétrica com fio.
8. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de que a passagem de áudio (230) é definida parcialmente dentro do módulo de termopilha (200).
9. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizado pelo fato de que a passagem de áudio (230) é configurada como uma guia de ondas passiva para retransmitir som a partir de um controlador de áudio ou um ambiente circundante.
10. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o canal de condução de áudio compreende: um controlador de áudio conectado eletricamente a uma entrada de áudio configurada para acionar o controlador de áudio para saída de som e acoplada ao canal de condução de áudio.
11. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um microfone (113) disposto para receber som a partir de fora da orelha, em que a entrada de áudio é fornecida por um sinal derivado do microfone (113).
12. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a forma do inserto de orelha (100i) é pré-configurada para reter o inserto de orelha dentro do canal auditivo.
13. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a forma do inserto de orelha (100i) complementa uma forma do canal auditivo.
14. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que uma forma do inserto de orelha (100i) é deformável para reter o inserto de orelha dentro do canal auditivo.
15. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a forma do inserto de orelha (100i) é deformável para complementar uma forma do canal auditivo.
16. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um membro de vedação que circunda uma fronteira do inserto de orelha (100i) para impedir que o ar passe através de uma região entre o inserto de orelha e o canal auditivo.
17. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que uma forma do inserto de orelha é formada pelo menos parcialmente pelo membro de vedação.
18. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: uma porção externa disposta para ser fornecida fora do canal auditivo, em que pelo menos uma parte da porção externa é disposta de modo a ser adjacente a uma região de concha da orelha.
19. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sensor de oximetria de pulso configurado para medir pelo menos uma de: uma taxa de pulso, um volume de pulso, taxa respiratória e um nível de saturação de oxigênio.
20. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 19, quando dependente da reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o sensor de oximetria de pulso (102) é fornecido na porção externa do dispositivo.
21. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um sensor de ECG (103) compreendendo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo.
22. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 21, quando dependente da reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o primeiro eletrodo é fornecido na porção externa ou no inserto de orelha e disposto para estar em contato com a orelha.
23. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 22, caracterizadopelo fato de que o segundo eletrodo é fornecido em uma porção externa ou em um inserto de orelha de um dispositivo vestível adicional, ou é configurado para ser fornecido por trás, por baixo ou na frente da orelha.
24. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizadopelo fato de que compreende ainda: um sensor de respiração (104).
25. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que o sensor de respiração (104) é fornecido na extremidade mais interna do inserto de orelha (100i).
26. Dispositivo vestível, de acordo com a reivindicação 24, caracterizadopelo fato de que o sensor de respiração (104) é disposto de modo a ser fornecido atrás ou na frente da orelha, de modo que as vibrações respiratórias são medidas através de um osso da mandíbula, em utilização.
27. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 26, caracterizadopelo fato de que é acoplado fisicamente a um sensor de aceleração (105) configurado para medir uma indicação de um movimento do dispositivo.
28. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizadopelo fato de que compreende ainda: um transceptor configurado para transmitir um sinal de sensor para um dispositivo adicional, em que o sinal de sensor é baseado nas medições de pelo menos um de termopilha de infravermelho (101), o sensor de oximetria de pulso (102), o sensor de ECG (103), o sensor de respiração (104) e o sensor de aceleração (105).
29. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um módulo de estimativa de pressão arterial disposto para aceitar medições a partir de uma combinação de dois ou mais de: sensor de pulso, um sensor de movimento para balistocardiografia (BCG) e um sensor de ECG (103), para calcular mudanças no tempo de trânsito de pulso (PTT), e para gerar a partir do tempo de transição de pulso, uma medida da velocidade de onda de pulso e uma estimativa da pressão sanguínea relativa.
30. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, caracterizado pelo fato de que o dispositivo vestível é um auricular.
31. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado pelo fato de que o dispositivo vestível é um dispositivo de monitoramento fisiológico pessoal.
32. Dispositivo vestível, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, caracterizado pelo fato de que a termopilha (101) tem 2 mm por 2 mm ou menos.
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| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06U | Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: procedure suspended [chapter 6.21 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
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| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 25/11/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |