IT201900002139U1

IT201900002139U1 - Human pulsatory waveform optical sensor

Info

Publication number: IT201900002139U1
Application number: IT202019000002139U
Authority: IT
Inventors: Konstantin Boleslavovich Tuminas
Original assignee: Konstantin Boleslavovich Tuminas
Priority date: 2019-07-01
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2021-01-01

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo del modello di utilità Utility model field

Il modello di utilità riguarda la medicina, e in particolare la diagnosi funzionale dello stato di un essere umano, e può essere usato nell’esecuzione di esami medici, tra cui analisi di emodinamica, e anche in sistemi per monitorare il grado di stanchezza di individui che manovrano veicoli. The utility model concerns medicine, and in particular the functional diagnosis of the state of a human being, and can be used in the performance of medical examinations, including hemodynamic analyzes, and also in systems to monitor the degree of fatigue of individuals. who maneuver vehicles.

Stato dell’arte del modello di utilità State of the art of the utility model

La forma d’onda pulsatoria che si origina a causa del sangue che passa attraverso le arterie umane porta informazioni relative alla condizione di detto sistema cardiovascolare dell’essere umano. Tali informazioni sono fondamentali per scopi di prevedere l’effetto di fattori ambientali avversi sulle capacità di adattamento del corpo umano. Uno dei metodi più ampiamente usati per registrare la forma d’onda pulsatoria è la sfigmografia. Questo metodo utilizza sensori posti sulla pelle di una persona in aree direttamente sopra le arterie. La forma d’onda pulsatoria è registrata usando metodi meccanici o ottici basati su movimenti di sensori causati dall’aumento del volume arterioso sotto la pelle. The pulsatory wave form that originates due to the blood passing through the human arteries carries information relating to the condition of the human cardiovascular system. This information is essential for the purposes of predicting the effect of adverse environmental factors on the adaptability of the human body. One of the most widely used methods to record the pulse waveform is sphygmography. This method uses sensors placed on a person's skin in areas directly above the arteries. The pulsatory waveform is recorded using mechanical or optical methods based on sensor movements caused by the increase in arterial volume under the skin.

Un sensore di pressione (RU2430344, G01L 9/08, pubblicato il 27.09.2011, Bulletin 27) è noto nel settore, il sensore comprendendo un corpo, una membrana circolare di metallo, una cella piezoelettrica di quarzo a forma di disco montata sulla superficie del sostegno di cristallo parallelamente alla membrana con imo spazio tra la cella e la membrana, in cui i punti centrali della cella piezoelettrica a forma di disco e la membrana sono allineati con l’asse longitudinale del sostegno di cristallo, e un elettrodo circolare posto sulla superficie della cella piezoelettrica nella parte centrale della stessa, una base di metallo comprendente una parte inferiore, una sporgenza interna e una scanalatura interna, un anello di supporto di metallo avente un diametro esterno uguale al diametro esterno della membrana, un rivetto con una testa cilindrica piatta, un elemento piatto resiliente con un’apertura centrale con il rivetto che vi passa attraverso, e una vite di regolazione con un’estremità sferica, in cui la vite di regolazione è avvitata in un foro filettato nel centro della parte inferiore della base di metallo coassialmente con essa e la sua estremità sferica è a contatto con la superficie piatta della testa del rivetto formando un collegamento fisso tra il sostegno di cristallo e l’elemento resiliente incastrato in modo fìsso lungo il perimetro tra la sporgenza interna della base e la superficie interna dell’anello di supporto, la superficie inferiore dell’anello di supporto che sostiene la membrana di metallo, in cui la superfìcie cilindrica esterna dell’anello di supporto è accoppiata in un accoppiamento libero (“running fit”) con la superficie della scanalatura interna nella base, detta superficie essendo limitata in profondità alla parte inferiore dalla scanalatura interna, e in cui le super fici superiore e inferiore dell'anello di supporto e la superficie della sporgenza della base sono parallele alla superficie del sostegno di cristallo, in cui la cella piezoelettrica di quarzo a forma di disco è piatta e l’elettrodo circolare è posto sulla superficie della cella piezoelettrica opposta alla membrana. Il sensore comprende inoltre un primo canale pneumatico formato da un filtro pneumatico e una strozzatura di reazione che vengono fatti comunicare tra loro e formati rispettivamente da un canale cilindrico verticale nella parete laterale della base riempito con un materiale di filtro come feltro, e una bobina di arresto di reattore formata da un canale cilindrico orizzontale avente un diametro piccolo, un secondo canale pneumatico formato da un canale cilindrico verticale nella parete laterale della base, parte di detto canale riempito con un materiale di filtro, e un canale cilindrico orizzontale con una valvola di compensazione a molla formata da un cilindro con una scanalatura ad anello lungo la sua superficie e un tappo a pressione, detti canali che vengono fatti comunicare tra loro, in cui l’ingresso del filtro pneumatico e Tingresso del secondo canale pneumatico sono interconnessi con l’apertura di ingresso del corpo, l’uscita della bobina di arresto di reattore e l’uscita del secondo canale pneumatico sono interconnesse con un volume definito da pareti, la parte inferiore della base e la superficie interna della membrana, e detto volume è interconnesso con l’apertura di ingresso del corpo attraverso il secondo canale pneumatico mediante la valvola di compensazione quando il sensore viene riportato alla posizione iniziale. Il sensore piezoelettrico è usato in esami sfigmografici usando un manicotto occlusivo posto sull’avambraccio. A pressure sensor (RU2430344, G01L 9/08, published 09/27/2011, Bulletin 27) is known in the art, the sensor comprising a body, a metal circular membrane, a disc-shaped quartz piezoelectric cell mounted on the surface of the crystal holder parallel to the membrane with a space between the cell and the membrane, where the central points of the disc-shaped piezoelectric cell and the membrane are aligned with the longitudinal axis of the crystal holder, and a circular electrode placed on the surface of the piezoelectric cell in the central part of the cell, a metal base comprising a lower part, an internal protrusion and an internal groove, a metal support ring having an external diameter equal to the external diameter of the membrane, a rivet with a cylindrical head flat, a resilient flat element with a central opening with the rivet passing through it, and an adjustment screw with a ball end in which the adjusting screw is screwed into a threaded hole in the center of the lower part of the metal base coaxially with it and its spherical end is in contact with the flat surface of the rivet head forming a fixed connection between the support of crystal and the resilient element fixedly wedged along the perimeter between the internal projection of the base and the internal surface of the support ring, the lower surface of the support ring which supports the metal membrane, where the external cylindrical surface of the support ring is coupled in a free fit ("running fit") with the surface of the internal groove in the base, said surface being limited in depth to the lower part by the internal groove, and in which the upper and lower surfaces of the support ring and the surface of the base protrusion are parallel to the surface of the crystal support, in which the piezoelet cell disc-shaped quartz tube is flat and the circular electrode is placed on the surface of the piezoelectric cell opposite the membrane. The sensor further comprises a first pneumatic channel formed by a pneumatic filter and a reaction throat which are made to communicate with each other and formed respectively by a vertical cylindrical channel in the side wall of the base filled with a filter material such as felt, and a coil of reactor stop formed by a horizontal cylindrical channel having a small diameter, a second pneumatic channel formed by a vertical cylindrical channel in the side wall of the base, part of said channel filled with a filter material, and a horizontal cylindrical channel with a valve spring compensation formed by a cylinder with a ring groove along its surface and a pressure plug, said channels that are made to communicate with each other, in which the inlet of the pneumatic filter and the inlet of the second pneumatic channel are interconnected with the body inlet opening, reactor choke output and se output condo pneumatic channel are interconnected with a volume defined by walls, the lower part of the base and the inner surface of the membrane, and said volume is interconnected with the inlet opening of the body through the second pneumatic channel by means of the compensation valve when the sensor is returned to the initial position. The piezoelectric sensor is used in sphygmographic examinations using an occlusive sleeve placed on the forearm.

Oltre a sensori a contatto, sono noti nel settore anche sensori di forma d’onda pulsatoria senza contatto. In una pubblicazione (D.A. Usanov, A.V. Skripal, E.O. Kaschavtsev, "Determining Pulse Waveform Based on a Semiconductor Laser Autodyne SignaT, Letters to Technical Physics Journal, 2013, voi. 39, B. 5, pp. 82-87) è divulgato un sensore formato da un’autodina a laser a semiconduttore comprendente un diodo laser su strutture InGaAlP di dimensioni quantistiche con un singolo modo spaziale limitato dalla diffrazione e lunghezza d’onda di radiazione di 654 nm, una sorgente di corrente elettrica stabilizzata per alimentare il laser e un fotorilevatore per misurare la generazione di potenza in uscita del laser. Quando si eseguono esami sfigmografici usando il sensore di cui sopra, la radiazione laser dovrebbe essere diretta alla superficie della pelle nell’area del polso dove rarteria radiale è situata più vicina alla superficie della pelle. Una porzione di radiazione riflessa dalla superficie della pelle ritorna al risonatore laser cambiando quindi la generazione di potenza del laser quando la forma d’onda pulsatoria passa lungo l’arteria. Il cambio della generazione di potenza del laser è registrato usando un fotorilevatore, e il suo segnale d’uscita è inviato a un sistema di elaborazione e salvataggio dati. In addition to contact sensors, non-contact pulsation waveform sensors are also known in the field. In a publication (D.A. Usanov, A.V. Skripal, E.O. Kaschavtsev, "Determining Pulse Waveform Based on a Semiconductor Laser Autodyne SignaT, Letters to Technical Physics Journal, 2013, vol. 39, B. 5, pp. 82-87) a sensor formed by a semiconductor laser autodynia comprising a laser diode on quantum-sized InGaAlP structures with a single diffraction-limited spatial mode and a radiation wavelength of 654 nm, a stabilized electric current source to power the laser and a photodetector to measure the laser output power generation. When performing sphygmographic examinations using the sensor above, the laser radiation should be directed to the surface of the skin in the wrist area where the radial artery is located closest to the surface of the skin. A portion of the radiation reflected from the skin surface returns to the laser resonator thus changing the laser power generation when the pulsatory waveform passes along the artery. The change in laser power generation is recorded using a photodetector, and its output signal is sent to a data processing and storage system.

Gli svantaggi dei dispositivi dell’arte nota di cui sopra includono la complessità strutturale e l’inadeguatezza per l’uso indossabile durante sessioni prolungate di monitoraggio del sistema cardiovascolare, in particolare per il monitoraggio in servizio di persone che manovrano veicoli. The disadvantages of the aforementioned prior art devices include the structural complexity and inadequacy for wearable use during prolonged cardiovascular system monitoring sessions, in particular for in-service monitoring of people operating vehicles.

Nel settore è noto un numero di sensori usati per il monitoraggio di parametri fisiologici del sistema cardiovascolare umano, tra cui la misurazione della concentrazione dell’ossigeno nel sangue; tali sensori sono strutturalmente semplici e possono essere indossati. Tali sensori sono divulgati, ad es. nei seguenti brevetti: US 7263396, A61B 5/00, pubblicato il 28.08.2007; US 8532729, A61B 5/1455, pubblicato il 10.09.2013; US 8588880, A61B 5/ 1455, pubblicato il 19.11.2013. Strutturalmente tali sensori sono clip da orecchio adatti all’attaccatura meccanica a un corpo umano nell’area dell’orecchio, prevalentemente sul lobo dell’orecchio. Tali sensori comprendono sorgenti di radiazione e fotoricevitori, consentendo pertanto misurazioni di permeabilità ottica del tessuto biologico ricco di vasi sanguigni e di registrare la concentrazione di ossigeno nel sangue. A number of sensors are known in the sector used for monitoring physiological parameters of the human cardiovascular system, including the measurement of oxygen concentration in the blood; such sensors are structurally simple and can be worn. Such sensors are disclosed, e.g. in the following patents: US 7263396, A61B 5/00, published on 08.28.2007; US 8532729, A61B 5/1455, issued on 09.10.2013; US 8588880, A61B 5/1455, issued on 19.11.2013. Structurally, these sensors are ear clips suitable for mechanical attachment to a human body in the ear area, mainly on the earlobe. Such sensors include radiation sources and photoreceivers, thus enabling optical permeability measurements of biological tissue rich in blood vessels and recording the oxygen concentration in the blood.

La soluzione dell’arte nota per il presente modello di utilità è un sensore fisiologico indossabile (US 8229532, A61B 5/1455, pubblicato il 24.07.2012) comprendente un modulo emettitore e un modulo fotoricevitore che sono collocati in alloggiamenti collegati cinematicamente, in cui un’uscita del modulo fotoricevitore è un’uscita del sensore, il sensore comprendendo inoltre mezzi per posizionare il modulo fotoricevitore rispetto al modulo emettitore, detti mezzi comprendendo un elemento resiliente che è collegato sia al modulo emettitore sia al modulo fotoricevitore e che consente di spostare il modulo fotoricevitore rispetto al modulo emettitore mentre si assicura la posizione dello stesso andando in battuta su una superficie della pelle di una persona nell’area del padiglione auricolare. The solution of the known art for the present utility model is a wearable physiological sensor (US 8229532, A61B 5/1455, published on 24.07.2012) comprising an emitter module and a photoreceiver module which are placed in kinematically connected housings, in which an output of the photoreceiver module is an output of the sensor, the sensor further comprising means for positioning the photoreceiver module with respect to the emitter module, said means comprising a resilient element which is connected to both the emitter module and the photoreceiver module and which allows to move the photoreceiver module with respect to the emitter module while ensuring its position by touching a surface of the skin of a person in the area of the auricle.

L’inconveniente principale della soluzione dell’arte nota è la scarsa accuratezza nel registrare la forma d’onda pulsatoria. The main drawback of the solution of the known art is the poor accuracy in recording the pulsatory waveform.

Nonostante la semplicità strutturale percepita, i sensori ossimetrici indossabili sono dispositivi a pieno titolo che eseguono il compito diagnostico più complesso. La salute del paziente (e in alcuni casi, proprio la loro vita) dipende dalla accuratezza di tali letture di sensore. Le particolarità di utilizzare vari dispositivi per eseguire un metodo diagnostico non invasivo per valutare il contenuto percentuale di ossiemoglobina nel sangue sono discusse dettagliatamente nella pubblicazione di D.A. Rogatkin, "Physical basics of optical oxymetry", Medical physics, 2012, issue 2, pp. 97-114. I requisiti tecnici per lo sviluppo e la produzione di ossimetri ottici sono divulgati nella pubblicazione di standard internazionali ISO 9919:2011, “Medical electrical equipment — Particular requirements for the basic safety and essential performance of pulse oximeter equipment for medical use” (Apparecchiature elettromedicali, — Requisiti particolari per la sicurezza di base e prestazioni essenziali dei pulsossimetri per uso medico) . Despite the perceived structural simplicity, wearable oximetry sensors are full-fledged devices that perform the most complex diagnostic task. The patient's health (and in some cases, their own life) depends on the accuracy of those sensor readings. The particularities of using various devices to perform a non-invasive diagnostic method to assess the percentage content of oxyhemoglobin in the blood are discussed in detail in the publication by D.A. Rogatkin, "Physical basics of optical oxymetry", Medical physics, 2012, issue 2, pp. 97-114. The technical requirements for the development and production of optical oximeters are disclosed in the international standard publication ISO 9919: 2011, "Medical electrical equipment - Particular requirements for the basic safety and essential performance of pulse oximeter equipment for medical use". - Particular requirements for the basic safety and essential performance of pulse oximeters for medical use).

Guidati dai requisiti di elevata accuratezza delle misurazioni sfigmometriche e ossimetriche prese mediante sensori ottici di forma d’onda pulsatoria indossabili, la sicurezza della loro attaccatura ai corpi di persone che sono monitorate per periodi prolungati durante i quali i dispositivi sono indossati in un ampio intervallo di condizioni climatiche e condizioni di luminosità esterna con minimo fastidio, un numero di requisiti obbligatori possono essere riassunti come segue: Guided by the high accuracy requirements of sphygmometric and oximetry measurements taken by wearable pulse waveform optical sensors, the safety of their attachment to the bodies of people who are monitored for prolonged periods during which devices are worn over a wide range of climatic conditions and external light conditions with minimal discomfort, a number of mandatory requirements can be summarized as follows:

• La struttura del sensore deve consentire la sua attaccatura a una parte del corpo umano che non è soggetta a contatto accidentale con il vestiario fornendo al tempo stesso la più elevata concentrazione possibile di vasi sanguigni capillari; • The sensor structure must allow its attachment to a part of the human body that is not subject to accidental contact with clothing while providing the highest possible concentration of capillary blood vessels;

• L’attaccatura del sensore al corpo deve essere la più sicura possibile, senza spostamento involontario a causa del movimento umano, evitando comunque al tempo stesso il più piccolo fastidio dovuto all'interruzione di o impedimento alla circolazione del sangue periferico nell'area di attaccatura. Il peso del sensore deve essere minimale; • The attachment of the sensor to the body must be as secure as possible, without involuntary movement due to human movement, while at the same time avoiding the slightest discomfort due to the interruption of or impediment to peripheral blood circulation in the attachment area . The weight of the sensor must be minimal;

• La struttura del sensore deve il più possibile escludere o ridurre l’effetto dell’esposizione del fotoricevitore da parte di sorgenti di luce esterne, fornendo al tempo stesso il rapporto segnale-rumore più elevato possibile; • The sensor structure must as much as possible exclude or reduce the effect of exposure of the photoreceiver by external light sources, while providing the highest possible signal-to-noise ratio;

• I mezzi per assicurare il sensore al corpo umano devono provvedere ad adattare le posizioni di emettitore e di ricevitore alle particolarità fisiologiche individuali della persona che viene esaminata senza cambiare i parametri di calibrazione del dispositivo o metodi di analisi dei dati per i dati ricevuti. • The means for securing the sensor to the human body must provide for adapting the emitter and receiver positions to the individual physiological characteristics of the person being examined without changing the calibration parameters of the device or data analysis methods for the received data.

Sommario del modello di utilità Summary of the utility model

L'oggetto del modello di utilità è fornire accuratezza aumentata nel registrare la forma d’onda pulsatoria e nel misurare i parametri emodinamici umani raggiungendo il risultato tecnico di un aumento nel valore del rapporto segnale-rumore. The object of the utility model is to provide increased accuracy in recording the pulsatory waveform and in measuring human hemodynamic parameters, achieving the technical result of an increase in the value of the signal-to-noise ratio.

Il risultato tecnico divulgato è raggiunto da un sensore ottico di forme d’onda pulsatoria umana, il sensore ottico comprendendo un modulo emettitore e un modulo fotoricevitore che sono collocati in alloggiamenti collegati cinematicamente, in cui un’uscita del modulo fotoricevitore è un’uscita del sensore, il sensore ottico comprendendo inoltre mezzi per posizionare il modulo fotoricevitore rispetto al modulo emettitore, i mezzi comprendendo un elemento resiliente che è collegato sia al modulo emettitore sia al modulo fotoricevitore e che consente di spostare il modulo fotoricevitore rispetto al modulo emettitore mentre si assicurano le posizioni degli stessi andando in battuta su una superficie della pelle di una persona; in cui una forma esterna della superficie di un sostegno di emettitore è configurata per andare in battuta su una superficie interna di una porzione inferiore del padiglione auricolare della persona e la loro incisura intertragica, in cui il sostegno di emettitore è fatto di un materiale elastico opaco, e in cui i mezzi di posizionamento comprendono una guida lineare avente un asse che si estende parallelamente a un asse ottico che collega l’emettitore e il fotoricevitore assicurando al tempo stesso una posizione coassiale dell'emettitore e del fotoricevitore. The disclosed technical result is achieved by an optical human pulsatory waveform sensor, the optical sensor comprising an emitter module and a photoreceiver module which are placed in kinematically connected housings, in which an output of the photoreceiver module is an output of the sensor, the optical sensor further comprising means for positioning the photoreceiver module relative to the emitter module, the means comprising a resilient element which is connected to both the emitter module and the photoreceiver module and which allows the photoreceiver module to be moved relative to the emitter module while securing the positions of the same by striking a surface of a person's skin; wherein an external shape of the surface of an emitter holder is configured to abut an internal surface of a lower portion of the person's auricle and their intertragic notch, in which the emitter holder is made of an opaque elastic material , and wherein the positioning means comprises a linear guide having an axis extending parallel to an optical axis connecting the emitter and the photoreceiver while ensuring a coaxial position of the emitter and the photoreceiver.

Inoltre, l’emettitore del sensore ottico può comprendere due sorgenti di radiazioni con loro lunghezze d’onda di radiazione λ1 e λ2 selezionate per essere entro gli intervalli spettrali di λ1 = (640-720)nm e λ2 = (960-1040)nm. Furthermore, the emitter of the optical sensor can comprise two radiation sources with their radiation wavelengths λ1 and λ2 selected to be within the spectral ranges of λ1 = (640-720) nm and λ2 = (960-1040) nm .

L’analisi della forma d’onda pulsatoria umana (sfigmogramma) fornisce la prova della condizione fisiologica generale di una persona così come della condizione del loro sistema cardiovascolare in particolare, ossia, flusso sanguigno verso e dai capillari, tono vascolare ed elasticità, congestione di volume di vasi, elasticità delle pareti di vasi grandi, funzione contrattile del miocardio, ecc. L’esame di una forma d’onda pulsatoria usando sensori ottici di trasmittanza di luce comprende misurare l’attenuazione della radiazione da parte di tessuti ripieni di sangue in vari intervalli spettrali. Questo procedimento comprende registrare contemporaneamente cambiamenti del volume vascolare durante l’onda pulsatoria (forma d’onda dello sfigmogramma) e concentrazione dell’ossiemoglobina nel sangue (trasmissione differenziale a varie lunghezze d’onda). Si deve notare che le emodinamiche sono determinate solo dalla forma d’onda dello sfigmogramma, mentre l’ossigenazione del sangue influisce sull’ampiezza della forma d’onda nell’assumere che il contenuto di ossigeno nel sangue rimanga in generale costante nel corso di un singolo periodo di onda pulsatoria. L’accuratezza delle caratteristiche emodinamiche misurate in particolare e la prestazione del sensore in generale dipendono dal livello di aderenza ai requisiti essenziali per la struttura del sensore e la sua attaccatura al corpo di una persona. Human pulse waveform analysis (sphygmogram) provides evidence of a person's general physiological condition as well as the condition of their cardiovascular system in particular, i.e., blood flow to and from capillaries, vascular tone and elasticity, congestion of volume of vessels, elasticity of the walls of large vessels, contractile function of the myocardium, etc. The examination of a pulsatory waveform using optical light transmittance sensors includes measuring the attenuation of radiation by blood-filled tissues in various spectral ranges. This procedure includes simultaneously recording changes in vascular volume during the pulse wave (sphygmogram waveform) and oxyhemoglobin concentration in the blood (differential transmission at various wavelengths). It should be noted that hemodynamics are determined only by the sphygmogram waveform, while blood oxygenation affects the waveform amplitude in assuming that the oxygen content in the blood generally remains constant over the course of a single pulse wave period. The accuracy of the hemodynamic characteristics measured in particular and the performance of the sensor in general depend on the level of adherence to the essential requirements for the structure of the sensor and its attachment to a person's body.

La struttura del modello di utilità divulgato comprende un numero di nuove soluzioni tecniche (tratti distintivi rivendicati), la cui combinazione raggiungendo il risultato tecnico rivendicato, dette caratteristiche comprendendo quanto segue: The structure of the disclosed utility model comprises a number of new technical solutions (distinctive features claimed), the combination of which reaching the claimed technical result, said features comprising the following:

1) Una forma esterna di una superficie di un sostegno di emettitore è configurata per andare in battuta su una superficie interna di una porzione inferiore del padiglione auricolare di una persona nell’area definita dal trago e dall’an ti trago. Questo rende possibile un’attaccatura sicura del sensore al corpo della persona in un’area non soggetta a contatto indiretto con il vestiario che però comprende una rete di capillari sufficientemente densa. Contrariamente ai sensori dell’arte nota adattati per essere assicurati al lobo dell’orecchio, la struttura del presente modello di utilità fornisce un’attaccatura a una parte cartilaginea del padiglione auricolare, eliminando quindi possibile fastidio (intorpidimento) causato dall’indossare per periodi prolungati il sensore, e fornisce inoltre un livello e qualità più elevati di segnale di sensore di uscita a causa della maggiore densità e diametri di vasi sanguigni nei tessuti del padiglione auricolare nell’area di collocazione del sensore. Inoltre, il centro di gravità del sensore è situato tra l’asse ottico del sensore e la guida dei mezzi di posizionamento. Questa disposizione consente di minimizzare il momento torcente e il suo effetto sul segnale di sensore di uscita mentre il sensore viene indossato (minimizzando i livelli di rumore che emergono a causa di movimenti naturali della testa) mantenendo al tempo stesso l’aspetto estetico gradevole del sensore nel portarlo, il che è particolarmente importante per le donne. 1) An external shape of a surface of an emitter support is configured to abut on an internal surface of a lower portion of a person's auricle in the area defined by the tragus and the anti-tragus. This makes it possible to securely attach the sensor to the person's body in an area not subject to indirect contact with the clothing which, however, includes a sufficiently dense network of capillaries. Contrary to prior art sensors adapted to be secured to the earlobe, the structure of the present utility model provides an attachment to a cartilage part of the auricle, thereby eliminating possible discomfort (numbness) caused by wearing for prolonged periods the sensor, and also provides a higher level and quality of output sensor signal due to the higher density and diameters of blood vessels in the auricle tissues in the sensor placement area. In addition, the center of gravity of the sensor is located between the optical axis of the sensor and the guide of the positioning means. This arrangement allows to minimize the torque and its effect on the sensor output signal while the sensor is being worn (minimizing the noise levels that arise due to natural head movements) while maintaining the pleasing aesthetic appearance of the sensor. in wearing it, which is especially important for women.

2) Per evitare l’esposizione all’ambiente del fotoricevitore del sensore causata dalla radiazione da sorgenti esterne, l’emettitore è dotato di un sostegno opaco avente una superficie esterna dell’emettitore che va in battuta sulla superficie interna della porzione inferiore del padiglione auricolare della persona e che contorna la superficie esterna dell’antitrago. Il sostegno procura una riduzione dei livelli di esposizione del fotoricevitore in condizioni di luminosità variabile e riduce la pressione sulla superficie del padiglione auricolare per indossare in modo più confortevole per un tempo prolungato. 2) To avoid exposure of the sensor photoreceiver to the environment caused by radiation from external sources, the emitter is equipped with an opaque support having an external surface of the emitter that touches the internal surface of the lower portion of the auricle of the person and that surrounds the outer surface of the antitragus. The support provides a reduction in the exposure levels of the photoreceiver in varying light conditions and reduces the pressure on the surface of the auricle for wearing more comfortably for an extended time.

3) La struttura del sensore fornisce regolazioni specifiche per l’individuo nel posizionamento relativo dei moduli di emettitore e fotoricevitore, mantenendo allo stesso tempo il loro orientamento usando una guida lineare. 3) The sensor structure provides specific adjustments for the individual in the relative positioning of the emitter and photoreceiver modules, while maintaining their orientation using a linear guide.

Breve Descrizione delle Figure Brief Description of the Figures

Il modello di utilità è descritto con riferimento alle figure allegate. The utility model is described with reference to the attached figures.

Fig. 1 è una vista generale del sensore divulgato, Fig. 1 is a general view of the disclosed sensor,

Fig. 2 è una vista in sezione della struttura del sensore, Fig. 3 è un’illustrazione schematica di un orecchio umano che mostra la posizione di attaccatura per il sensore, Fig. 2 is a sectional view of the sensor structure, Fig. 3 is a schematic illustration of a human ear showing the attachment position for the sensor,

Fig. 4 illustra risutalti di test comparativi del sensore divulgato e del sensore dell’arte nota, i risultati confermando la validità del risultato tecnico rivendicato. Fig. 4 illustrates the results of comparative tests of the disclosed sensor and the sensor of the known art, the results confirming the validity of the claimed technical result.

Fig. 2 comprende i seguenti numeri di riferimento: emettitore 1; sostegno di emettitore 2; alloggiamento di modulo emettitore 3; fotoricevitore 4; alloggiamento di modulo fotoricevitore 5; guida lineare 6; e molle 7. Fig. 2 comprises the following reference numbers: emitter 1; support of emitter 2; emitter module housing 3; photoreceiver 4; housing for photoreceiver module 5; linear guide 6; and springs 7.

Fig. 3 comprende i seguenti numeri di riferimento: trago 8; antitrago 9; incisura intertragica 10 (l’area sfumata corrispondendo all’area di battuta per il sostegno di emettitore 2 del sensore divulgato all’orecchio) ; e lobo dell’orecchio 11. Fig. 3 comprises the following reference numerals: tragus 8; antitragus 9; intertragic notch 10 (the shaded area corresponding to the striking area for the support of the emitter 2 of the sensor disclosed to the ear); and earlobe 11.

Il sensore divulgato comprende un emettitore 1 montato dentro a un sostegno 2 e disposto dentro un alloggiamento 3 di modulo emettitore 1, e un fotoricevitore 4 montato dentro a un sostegno e disposto dentro ad un alloggiamento 5 di modulo fotoricevitore 4. L’emettitore 1 comprende, ad es., un LED rosso e un LED infrarosso che emettono radiazioni entro intervalli spettrali di rispettivamente (640-720)nm e (960-1040)nm, poiché è noto che i coefficienti di estinzione di ossiemoglobina e desossiemoglobina differiscono più marcatamente negli intervalli di cui sopra. Gli alloggiamenti 3 e 5 rispettivamente del modulo emettitore 1 e del modulo fotoricevitore 4 sono fatti di un materiale plastico leggero e durevole, ad es., policarbonato. La struttura del sensore rivendicato consente lo spostamento lineare dellalloggiamento 3 del modulo emettitore 1 rispetto all’alloggiamento 5 del modulo fotoricevitore 4 lungo una guida lineare 6 con il suo asse parallelo all’asse ottico del dispositivo che collega l’emettitore 1 e l’elemento sensibile del foto ricevitore 4. Le molle lineari 7 montate simmetricamente su entrambi i lati della guida lineare 6 per fornire la forza di “attrazione”, in cui l’emettitore 1 è diretto verso il fotoricevitore 4 in qualsiasi posizione a causa dell’azione della guida lineare 6. Il sostegno 2 dell’emettitore 1 è fatto di un materiale elastico opaco, ad es., di silicone al carbonio. Questa forma di realizzazione del sostegno inibisce l’esposizione del fotoricevitore 4 all’ambiente. The disclosed sensor comprises an emitter 1 mounted inside a support 2 and arranged inside an emitter module 1 housing 3, and a photoreceiver 4 mounted inside a support and arranged inside a photoreceiver module housing 5 4. The emitter 1 comprises e.g., a red LED and an infrared LED that emit radiation within spectral ranges of (640-720) nm and (960-1040) nm, respectively, since the extinction coefficients of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin are known to differ more markedly in above intervals. The housings 3 and 5 of the emitter module 1 and the photoreceiver module 4 respectively are made of a light and durable plastic material, e.g., polycarbonate. The claimed sensor structure allows linear displacement of the housing 3 of the emitter module 1 with respect to the housing 5 of the photoreceiver module 4 along a linear guide 6 with its axis parallel to the optical axis of the device connecting the emitter 1 and the element sensor of the photo receiver 4. The linear springs 7 mounted symmetrically on both sides of the linear guide 6 to provide the "attraction" force, in which the emitter 1 is directed towards the photoreceiver 4 in any position due to the action of the linear guide 6. The holder 2 of the emitter 1 is made of an opaque elastic material, eg carbon silicone. This embodiment of the support inhibits the exposure of the photoreceiver 4 to the environment.

Fig. 4 mostra due grafici che illustrano forme d’onda di un paziente che viene esaminato, i dati ricevuti da due sensori con identica struttura ottica/ elettronica ma diverse costruzioni. Un grafico inferiore mostra la forma d’onda pulsatoria ricevuta dall’uscita del sensore dell’arte nota, mentre un grafico superiore mostra la forma d’onda ricevuta usando il sensore rivendicato. Inoltre, una vista ingrandita illustra aree di entrambi i grafici a valori di massimo locale. L’analisi di forme d’onda pulsatoria mostra che il rapporto segnale-rumore per il presente modello di utilità supera quello del sensore dell’arte nota di circa 30 dB. Questa quantità aumentata fornisce un aumento della accuratezza di registrazione dei parametri di emodinamica umana. L’area ingrandita (vista A) mostra chiaramente le caratteristiche della forma d’onda pulsatoria in un’area di massimo locale, mentre nella forma d’onda dell’arte nota (vista B) tali caratteristiche sono completamente mascherate dal rumore. Fig. 4 shows two graphs that illustrate waveforms of a patient being examined, the data received from two sensors with identical optical / electronic structure but different constructions. A lower graph shows the pulsatory waveform received from the sensor output of the prior art, while an upper graph shows the waveform received using the claimed sensor. In addition, a zoomed-in view illustrates areas of both graphs at local maximum values. The analysis of pulsatory waveforms shows that the signal-to-noise ratio for this utility model exceeds that of the prior art sensor by about 30 dB. This increased amount provides an increase in the recording accuracy of human hemodynamic parameters. The enlarged area (view A) clearly shows the characteristics of the pulsatory waveform in an area of local maximum, while in the waveform of the known art (view B) these characteristics are completely masked by the noise.

Pertanto, il sensore ottico della forma d’onda pulsatoria umana divulgato comprende una combinazione di caratteristiche che raggiungono il risultato tecnico di un aumento di accuratezza di misurazione grazie a un aumento del valore del rapporto segnalerumore. Therefore, the disclosed optical human pulse waveform sensor includes a combination of features that achieve the technical result of an increase in measurement accuracy thanks to an increase in the value of the signal-to-noise ratio.

Claims

CLAIMS 1. Optical sensor of human pulsatory waveforms, the optical sensor comprising an emitter module and a photoreceiver module that are placed in kinematically connected housings, in which an output of the photoreceiver module is an output of the sensor, the optical sensor further comprising means for positioning the photoreceiver module with respect to the emitter module, said means comprising a resilient element which is connected both to the emitter module and to the photoreceiver module and which allows the photoreceiver module to be moved with respect to the emitter module while securing their positions by striking a surface of a person's skin; characterized by the fact that an outer shape of a surface of an emitter holder is configured to abut an inner surface of a lower portion of the person's auricle, wherein the emitter holder is made of an opaque elastic material, e in which the positioning means comprise a linear guide having an axis that extends parallel to an optical axis that connects the emitter and the photo receiver while ensuring a coaxial position of the emitter and the photoreceiver.

2. Human pulsatory waveform optical sensor according to claim 1, characterized in that the emitter comprises two radiation sources, and that the radiation wavelengths λ1 and λ2 are selected to be within the spectral ranges of λ1 = (640-720) nm and λ2 = (960-1040) nm.