RU2096985C1

RU2096985C1 - Gage and method for recording energy with low noise level

Info

Publication number: RU2096985C1
Application number: RU9393058378A
Authority: RU
Inventors: Мохамед К. Диаб; Эсмайэл Киани-Азарбай-Джани
Original assignee: Мэсимо Корпорейшн
Priority date: 1991-03-21
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has bearing surface for supporting material under study with inlet opening. The material under study is positioned on the bearing surface so that it covers the opening and partially fills its cavity. It leads to reducing distortion of compressed material above the opening. Power supply source is-set to maintain power delivery through the material and inlet opening to detector. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 23 cl, 25 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам и способу регистрации энергии, прошедшей через исследуемый материал. Более конкретно, это изобретение относится к снижению уровня шумов в сигналах посредством улучшенного механизма регистрации. The invention relates to devices and a method for recording energy that has passed through a test material. More specifically, this invention relates to reducing noise in signals through an improved registration mechanism.

Энергия часто передается через среду или отражается от среды для определения ее характеристики. Например, в области медицины, вместо того, чтобы извлекать материал из тела пациента для исследования его, можно направить энергию света или звука на тело пациента, а прошедшую (или отраженную) энергию можно измерить для получения информации о материале, через который прошел свет или звук. Этот вид невнедряющегося измерения более удобен для пациента и его можно быстро осуществить. Energy is often transmitted through the medium or reflected from the medium to determine its characteristics. For example, in the field of medicine, instead of extracting material from the patient’s body to study it, you can direct the energy of light or sound to the patient’s body, and the transmitted (or reflected) energy can be measured to obtain information about the material through which the light or sound passed . This type of non-invasive measurement is more convenient for the patient and can be quickly carried out.

Часто требуется невнедряющееся физиологическое отслеживание функций человеческого тела. Например, во время хирургической операции часто отслеживаются кровяное давление, поступление кислорода в организм человека или насыщение крови кислородом. Такие измерения часто осуществляются с помощью невнедряющихся методов, где оценки делаются посредством измерения отношения падающего света к свету, прошедшему (или отраженному) через участок тела, например, через палец или мочку уха или лоб. Often a non-implantable physiological tracking of the functions of the human body is required. For example, during a surgery, blood pressure, oxygen supply to the human body, or oxygen saturation of the blood are often monitored. Such measurements are often carried out using non-implementing methods, where estimates are made by measuring the ratio of incident light to light transmitted (or reflected) through a portion of the body, for example, through a finger or earlobe or forehead.

Прохождение оптической энергии, проходящей через тело, сильно зависит от толщины материала, через который проходит свет, или от оптической длины пути. Обычно многие части тела пациента являются мягкими и сжимаемыми. Например, палец содержит кожу, мышцы, ткани, кости, кровь и т.д. Хотя кость относительно несжимаема, ткани, мышцы и т.д. легко сжимаются при давлении на палец, как это часто бывает при движении пальца. Таким образом, если направить энергию света на палец, а при движении пациента меняется форма пальца от сжатия его, оптическая длина пути меняется. Поскольку обычно пациент передвигается хаотично, то и сжатие пальца также происходит хаотично. Это приводит к тому, что и оптическая длина пути меняется хаотично, а это приводит к трудностям в интерпретации измеряемого сигнала. The passage of optical energy passing through the body is highly dependent on the thickness of the material through which the light passes, or on the optical path length. Typically, many parts of the patient’s body are soft and compressible. For example, a finger contains skin, muscles, tissues, bones, blood, etc. Although the bone is relatively incompressible, tissue, muscle, etc. easily compress with pressure on the finger, as is often the case with the movement of the finger. Thus, if you direct the energy of light to the finger, and when the patient moves, the shape of the finger changes from squeezing it, the optical path length changes. Since usually the patient moves randomly, then the compression of the finger also occurs randomly. This leads to the fact that the optical path length varies randomly, and this leads to difficulties in interpreting the measured signal.

Были разработаны многие типы мониторов в попытках получить четкий и различимый сигнал, когда энергия проходит через среду, например, через палец или другой участок тела. В обычных оптических датчиках светоизлучающий диод (СИД) размещается на одной стороне среды, тогда как фотодетектор размещается на противоположной стороне среды. Многие оптические датчики предыдущих разработок спроектированы для использования в тех случаях, когда пациент относительно неподвижен, поскольку, как описано выше, вызванные движением шумы сильно искажают измеряемый сигнал. Обычно датчики конструируются таким образом, чтобы максимально увеличить контакт между СИД и средой и между фотодетектором и средой для обеспечения сильной оптической связи между ними, тем самым генерируя выходной сигнал большой интенсивности. Таким образом, сильный четкий сигнал можно передавать через среду, когда пациент в основном неподвижен. Many types of monitors have been developed in attempts to obtain a clear and distinguishable signal when energy passes through a medium, for example, through a finger or other part of the body. In conventional optical sensors, a light emitting diode (LED) is placed on one side of the medium, while a photo detector is placed on the opposite side of the medium. Many optical sensors of previous designs are designed for use in cases where the patient is relatively motionless, because, as described above, the noise caused by movement strongly distorts the measured signal. Typically, sensors are designed to maximize contact between the LED and the medium and between the photodetector and the medium to provide strong optical coupling between them, thereby generating a high-intensity output signal. Thus, a strong clear signal can be transmitted through the medium when the patient is basically motionless.

Например, в патенте США N 4.880.306, выданном Джейбу и др. описывается оптический датчик для импульсного оксиметра и монитор для определения насыщения крови кислородом, содержащий корпус с плоской нижней поверхностью, имеющий центральный выступ, в котором смонтирован ряд СИД и оптический детектор. Когда датчик размещается на тканях пациента, СИД и детектор прижимаются к телу для обеспечения улучшенной оптической связи датчика с кожей. В другой реализации (фиг. 4, а и 4,б в патенте Джейба) СИД и детектор располагаются внутри центральной камеры, обычно горизонтально размещенной относительно тканей, на которых помещается датчик. Набор зеркал и призм направляет свет от СИД на ткани через полимерный уплотнитель, находящийся внутри камеры, причем уплотнитель обеспечивает контакт с тканями для хорошей оптической связи. For example, U.S. Patent No. 4,880,306 to Jab et al. Describes an optical sensor for a pulse oximeter and a monitor for detecting oxygen saturation of a blood, comprising a housing with a flat bottom surface having a central protrusion in which a row of LEDs and an optical detector are mounted. When the sensor is placed on the patient’s tissues, the LED and the detector are pressed against the body to provide improved optical communication between the sensor and the skin. In another implementation (Fig. 4, a and 4, b in the Jabe patent), the LEDs and the detector are located inside the central chamber, usually horizontally placed relative to the tissues on which the sensor is placed. A set of mirrors and prisms directs light from the LED to the tissue through a polymer seal located inside the chamber, the seal providing contact with the tissues for good optical communication.

В патенте США N 4.825.879, выданном Тану и др. описывается оптический датчик, выполненный в форме буквы Т, где вертикальный стержень и горизонтальная поперечина используются для обеспечения оптического контакта между источником света и оптическим датчиком и пальцем. Источник света размещен в отверстии на одной стороне вертикального стержня, тогда как датчик размещен в отверстии на другой стороне вертикального стержня. Стержень съюстирован относительно пальца и согнут так, что источник света и датчик находятся на противоположных сторонах пальца. Затем поперечина обертывается вокруг пальца для закрепления, что обеспечивает контакт источника света и датчика с пальцем. US Pat. No. 4,825,879 to Tanu et al. Describes an optical sensor made in the form of the letter T, where a vertical rod and a horizontal cross member are used to provide optical contact between the light source and the optical sensor and the finger. The light source is placed in the hole on one side of the vertical rod, while the sensor is placed in the hole on the other side of the vertical rod. The shaft is aligned relative to the finger and bent so that the light source and the sensor are on opposite sides of the finger. Then the cross member is wrapped around the finger for fastening, which provides contact between the light source and the sensor with the finger.

В патенте США N 4.380.240, выданном Йебсису и др. описывается оптический датчик, где источник света и детектор включены в каналы внутри немного деформируемой монтажной структуры, прикрепленной к ленте. Кольцевые клейкие ленты размещены над источником и детектором. Источник света и детектор неподвижно прикреплены к поверхности тела посредством с усилием натянутых клейких лент. Альтернативный вариант реализации обеспечивает уплотнение под давлением путем всасывания участка тела для контакта с источником света и детектором. U.S. Patent No. 4,380,240, issued to Yebsis et al., Describes an optical sensor where a light source and a detector are included in channels within a slightly deformable mounting structure attached to the tape. Ring adhesive tapes are placed above the source and detector. The light source and detector are fixedly attached to the surface of the body by means of tensioned adhesive tapes. An alternative implementation provides a seal under pressure by suction of a portion of the body for contact with the light source and the detector.

В патенте США N 4.865.038, выданном Ричу и др. описывается оптический датчик, имеющий чрезвычайно тонкое сечение для гибкости. СИД и фотодетектор на красителе размещены на гибкой плате печатной схемы и внедрены в эпоксидную основу. Прокладка, имеющая круглые отверстия, размещенные соосно с СИД и фотодетектором, помещена на открытой плате схемы. Прозрачная верхняя крышка помещена над прокладкой и уплотнена посредством нижней крышки, помещенной под платой схемы, что герметизирует датчик от загрязнения. Для того, чтобы закрепить устройство, можно добавить жесткий гребень. Гибкость устройства позволяет зажиматься ему в теле, что заставляет эпоксидную основу над СИД и фотодетектор выдаваться через отверстия в прокладке и давить на верхнюю крышку для обеспечения хорошего оптического контакта с телом. US Pat. No. 4,865,038 to Rich et al. Describes an optical sensor having an extremely thin section for flexibility. The dye LED and photo detector are located on a flexible printed circuit board and embedded in an epoxy base. A gasket having round holes arranged coaxially with the LED and photo detector is placed on an open circuit board. A transparent top cover is placed above the gasket and sealed by a bottom cover placed under the circuit board, which seals the sensor from contamination. In order to fix the device, you can add a hard comb. The flexibility of the device allows it to be clamped in the body, which causes the epoxy base over the LED and the photodetector to protrude through the holes in the gasket and press on the top cover to ensure good optical contact with the body.

В патенте N 4.907.594, выданном Музу, описывается оптический датчик, где прорезиненная оболочка с двумя стенками укреплена на пальце. Насос размещается на кончике пальца так, что можно образовать камеру, находящуюся под давлением, между 2-мя стенками. Это приводит СИД и фотодетектор, находящиеся во внутренней стенке, в контакт с пальцем. The patent N 4.907.594, issued to the Muse, describes an optical sensor, where a rubberized shell with two walls is mounted on a finger. The pump is placed at the tip of the finger so that it is possible to form a chamber under pressure between 2 walls. This brings the LED and photo detector located in the inner wall into contact with the finger.

Каждый из описанных выше оптических датчиков предназначен для получения сильного измеряемого сигнала на входе фотодетектора путем оптимизации контакта между СИД, пациентом и датчиком. Однако эта оптимизация приводит к тому, что сжимаемые участки тела пациента входят в контакт с давящими на них поверхностями при движении. Это может привести к резким изменениям толщины материала, через который проходит энергия света, т.е. к изменениям оптической длины пути. Изменения оптической длины пути могут создавать значительные искажения в измеряемом сигнале, что затрудняет получение необходимой информации или делает это невозможным. Each of the optical sensors described above is designed to produce a strong measurable signal at the input of the photodetector by optimizing the contact between the LEDs, the patient and the sensor. However, this optimization leads to the fact that the compressible areas of the patient’s body come into contact with the pressing surfaces during movement. This can lead to sharp changes in the thickness of the material through which the light energy passes, i.e. to changes in optical path length. Changes in the optical path length can create significant distortions in the measured signal, which makes it difficult to obtain the necessary information or makes this impossible.

Задача изобретения создание датчика регистрации сигнала, обеспечивающего прохождение сигнала через исследуемый материал и измерение его с исключением шумов, вызванных движением этого материала, т.е. создание датчика, обеспечивающего точное измерение сигнала, проходящего различные длины пути в материале. The objective of the invention is the creation of a signal registration sensor that ensures the passage of the signal through the material under study and its measurement with the exception of noise caused by the movement of this material, i.e. creation of a sensor that provides accurate measurement of the signal passing through various path lengths in the material.

Изобретение представляет собой датчик для использования в измерениях поглощения (или отражения) энергии как внедряющимся, так и невнедряющимся способами. Корпус датчика имеет форму, в основном соответствующую материалу, на котором производятся измерения, например, участку тела пациента пальцу, мочке уха, лбу, пальцу ноги, любому органу или части тканей. Корпус имеет входное отверстие в камеру. Детектор, например, фотодетектор, смонтирован внутри камеры, обычно на дне камеры. Материал, на котором производятся измерения, размещается на корпусе так, что любой сжимаемый участок материала размещается в непосредственном соприкосновении с камерой. Таким образом, сжимаемая часть материала либо находится над камерой, либо входит в нее. Камера имеет достаточную глубину, так, что любой материал, входящий в камеру, не контактирует с чем-либо, вызывающим сжатие. The invention is a sensor for use in measurements of absorption (or reflection) of energy in both non-invasive and non-invasive ways. The sensor housing has a shape mainly corresponding to the material on which measurements are taken, for example, a portion of the patient’s body, finger, earlobe, forehead, toe, any organ or part of tissue. The housing has an inlet to the camera. A detector, such as a photo detector, is mounted inside the camera, usually at the bottom of the camera. The material on which measurements are made is placed on the housing so that any compressible portion of the material is placed in direct contact with the camera. Thus, the compressible part of the material is either located above the camera or is included in it. The chamber has sufficient depth so that any material entering the chamber does not come into contact with anything causing compression.

Источник света, например СИД, прикреплен к материалу напротив фотодетектора. СИД излучает световую энергию, которая распространяется через материал и поглощается им по оптической длине пути или по толщине материала, через который проходит свет. Ослабленный сигнал световой энергии проходит из материала в камеру. Когда свет проходит через материал, он рассеивается материалом и таким образом поступает в камеру под самыми разными углами. Фотодетектор формирует электрический сигнал, его интенсивность. Электрический сигнал вводится в устройство обработки, которое анализирует сигнал для получения информации относительно среды, через которую прошла энергия. A light source, such as an LED, is attached to the material opposite the photodetector. An LED emits light energy that propagates through the material and is absorbed by it along the optical path length or through the thickness of the material through which the light passes. The attenuated light energy signal passes from the material into the chamber. When light passes through the material, it is scattered by the material and thus enters the chamber at very different angles. The photodetector generates an electrical signal, its intensity. An electrical signal is input to a processing device that analyzes the signal to obtain information on the medium through which the energy has passed.

Датчик согласно изобретению не входит в непосредственный контакт с фотодетектором и материалом. Хотя это приводит к оптической связи меньшей, чем оптимальная и таким образом к меньшей интенсивности выходного сигнала, это позволяет легко сжимаемым участкам материала, через которые проходит световая энергия, оставаться в камере и не сжиматься. Это приводит к меньшим нарушениям оптической длины пути между источником света и детектором. Поскольку СИД обычно съюстирован относительно камеры и фотодетектора, сигнал световой энергии проходит через участок материала, находящийся над камерой или расположенный внутри камеры. Камера дает возможность сжимаемой части материала оставаться в основном несжатой даже во время движения, поскольку ничто внутри камеры не входит в физический контакт с материалом, через который проходит световая энергия. Таким образом, толщина материала или длина оптического пути стабилизируется, что улучшает исключение шума из измеряемого сигнала. Интенсивность сигнала, принимаемого фотодетектором, можно повысить путем излучения света с более высокой интенсивностью СИД для компенсации потерь в камере и потерь из-за плохой оптической связи. Таким образом, датчик согласно данному изобретению формирует сильный, четкий сигнал, в котором шумы, вызванные движением, или артефакты движения, значительно снижены. The sensor according to the invention is not in direct contact with the photodetector and the material. Although this leads to an optical coupling that is less than optimal and thus to a lower output signal intensity, this allows easily compressible sections of the material through which the light energy passes to remain in the chamber and not be compressed. This leads to less disturbance in the optical path length between the light source and the detector. Since LEDs are usually aligned relative to the camera and photodetector, the light energy signal passes through a portion of material located above the camera or located inside the camera. The chamber allows the compressible portion of the material to remain largely uncompressed even during movement, since nothing inside the chamber comes into physical contact with the material through which the light energy passes. Thus, the material thickness or the optical path length is stabilized, which improves the exclusion of noise from the measured signal. The intensity of the signal received by the photodetector can be increased by emitting light with a higher LED intensity to compensate for losses in the camera and losses due to poor optical communication. Thus, the sensor according to this invention generates a strong, clear signal in which noise caused by movement or motion artifacts are significantly reduced.

В другом варианте этого изобретения СИД можно установить внутри камеры, обычно на дне камеры. Материал размещается над датчиком, а фотодетектор прикрепляется к материалу напротив камеры. Камеры служат для того, чтобы не сжимались легко сжимаемые участки материала, через которые проходит световая энергия, даже во время движения. Другой вариант реализации, имеющий СИД внутри камеры, это датчик, в котором узел с коллиматорной линзой также включен в состав камеры. Узел с линзой размещен достаточно глубоко внутри камеры так, что любой участок материала, который исследуется и проникает в камеру, не контактирует с узлом линзы. Узел коллиматорной линзы фокусирует световой пучок от СИД на материале, что уменьшает рассеивание сигнала, поступающего в камеру и на поверхность фотодетектора, а это позволяет более эффективно использовать фотодетектор. In another embodiment of this invention, LEDs may be mounted inside the camera, typically at the bottom of the camera. Material is placed above the sensor, and a photo detector is attached to the material opposite the camera. The cameras serve to prevent easily compressible sections of the material through which light energy passes, even during movement. Another embodiment having an LED inside the camera is a sensor in which a node with a collimator lens is also included in the camera. The lens assembly is located deep enough inside the camera so that any portion of the material that is examined and penetrates the camera does not come into contact with the lens assembly. The collimator lens assembly focuses the light beam from the LED on the material, which reduces the scattering of the signal entering the camera and the surface of the photodetector, and this allows more efficient use of the photodetector.

Еще в одном варианте реализации изобретения фотодетектор установлен внутри камеры, обычно на дне камеры. Материал размещается непосредственно рядом с датчиком, а СИД прикрепляется к материалу напротив камеры. Собирающая свет линза размещается внутри камеры, над фотодетектором, оставляя достаточно места внутри камеры для того, чтобы любой легко сжимаемый материал мог войти в камеру, не сжимаясь и не контактируя с линзой. Линза собирает свет рассеянный материалом, и направляет этот свет на поверхность фотодетектора, что приводит к более сильному измеряемому сигналу. In yet another embodiment, a photo detector is mounted inside the camera, typically at the bottom of the camera. Material is placed directly next to the sensor, and an LED is attached to the material opposite the camera. The light-collecting lens is located inside the camera, above the photodetector, leaving enough space inside the camera so that any easily compressible material can enter the camera without being compressed and not in contact with the lens. The lens collects the light scattered by the material, and directs this light to the surface of the photodetector, which leads to a stronger measured signal.

На фиг.1 показана схематично среда, содержащая N различных составляющих; на фиг. 2 показан идеальный плетисмографический сигнал, который мог бы быть измерен оптически датчиком согласно изобретению при использовании в импульсной оксиметрии; на фиг.3 реальный сигнал, измеряемый оптическим датчиком согласно изобретению при использовании в импульсной оксиметрии; на фиг.4 - датчик согласно изобретению, имеющий одну камеру, вид в перспективе; на фиг. 5 оптический датчик согласно изобретению, сечение, показывающее камеру на фиг.4, содержащую детектор; на фиг.6 датчик, имеющий детектор, расположенный на оболочке материала корпуса, сечение; на фиг.7 датчик, содержащий собирающую свет линзу, сечение; на фиг.8 датчик, имеющий внутри СИД, сечение; на фиг.9 датчик, включающий коллиматорную линзу, сечение; на фиг.10 датчик, где СИД и детектор не съюстированы относительно центральной оси камеры, сечение; на фиг.11 датчик, имеющий камеру с двумя частями, вид в перспективе другого варианта реализации изобретения; на фиг.12 датчик, содержащий камеру с двумя частями, внутри которых размещен детектор, сечение на фиг.11; на фиг.13 датчик, содержащий переднюю собирающую линзу в камере с двумя частями, сечение на фиг.11; на фиг.14 датчик согласно изобретению, имеющий камеру с тремя частями, вид в перспективе; на фиг.15 датчик, содержащий камеру с тремя частями, внутри которых помещен детектор, сечение на фиг.14; на фиг.16 -датчик, содержащий коллиматорную линзу, сечение на фиг.14; на фиг.17 датчик согласно изобретению, специально сконструированный для использования на пальце, вид в перспективе; на фиг. 18 схематически показан палец, имеющей ноготь, кожу, кости, ткани, мышцу, кровь и т.д. на фиг.19 - датчик, сечение на фиг.17; на фиг. 20 датчик, продольное сечение на фиг.17; на фиг.21 датчик, содержащий переднюю собирающую линзу, сечение на фиг.17; на фиг.22 датчик согласно изобретению, предназначенный для измерений коэффициента отражения, сечение; на фиг.23 датчик, который используется для невнедряющихся измерений, когда материал способен сжиматься более чем с одной стороны, сечение. Датчик имеет два корпуса, каждый из которых имеет камеру для размещения детектора или источника энергии, что снижает артефакты движения; на фиг.24 датчик, имеющий в основном коническую камеру с отражающей поверхностью, которая концентрирует энергию или сводит ее в воронку и направляет на поверхность детектора, находящегося внутри камеры, что улучшает измеряемый сигнал, сечение; на фиг. 25 схематическое изображение одной системы, которая может использовать датчик согласно изобретению. Figure 1 shows schematically a medium containing N different components; in FIG. 2 shows an ideal plethysmographic signal that could be measured optically with a sensor according to the invention when used in pulse oximetry; figure 3 real signal measured by the optical sensor according to the invention when used in pulse oximetry; figure 4 - sensor according to the invention, having one camera, a perspective view; in FIG. 5, an optical sensor according to the invention, a cross section showing the camera of FIG. 4, comprising a detector; in Fig.6 a sensor having a detector located on the shell of the housing material, cross section; 7 a sensor containing a light-collecting lens, section; on Fig a sensor having a cross-section inside the LED; in Fig.9 sensor, including a collimator lens, section; figure 10 sensor, where the LED and the detector are not aligned relative to the Central axis of the camera, section; 11, a sensor having a camera with two parts, a perspective view of another embodiment of the invention; on Fig sensor containing a camera with two parts, inside of which the detector is placed, the cross section of Fig.11; in Fig.13 a sensor containing a front collecting lens in a chamber with two parts, a cross section in Fig.11; on Fig the sensor according to the invention, having a camera with three parts, a perspective view; on Fig sensor containing a camera with three parts, inside of which the detector is placed, the cross section on Fig; in Fig.16 - the sensor containing the collimator lens, section in Fig.14; on Fig the sensor according to the invention, specially designed for use on the finger, a perspective view; in FIG. 18 schematically shows a finger having a nail, skin, bones, tissues, muscle, blood, etc. on Fig - sensor, section on Fig; in FIG. 20 sensor, longitudinal section in FIG. on Fig sensor containing the front collecting lens, section on Fig; on Fig the sensor according to the invention, intended for measurements of reflectance, section; on Fig the sensor, which is used for non-intrusive measurements, when the material is capable of being compressed from more than one side, cross-section. The sensor has two housings, each of which has a camera to accommodate a detector or an energy source, which reduces artifacts of movement; on Fig a sensor having a basically conical chamber with a reflective surface that concentrates energy or reduces it into a funnel and directs to the surface of the detector located inside the chamber, which improves the measured signal, cross section; in FIG. 25 is a schematic illustration of one system that can use a sensor according to the invention.

Исследование материала часто бывает полезным, когда трудно или дорого получить и исследовать образец материала. Например, при физиологических измерениях часто желательно отслеживать состояние пациента, не беря на анализ его кровь или частей тканей. Для определения данных о материале, через который проходит энергия можно использовать известные характеристики поглощения энергии, проходящей через материал. Энергию направляют на материал, а измеряется энергия, либо прошедшая через материал, либо им отраженная. Material research is often useful when it is difficult or expensive to obtain and examine a sample of material. For example, in physiological measurements it is often desirable to monitor the patient’s condition without taking his blood or parts of the tissues for analysis. To determine the data on the material through which the energy passes, you can use the known absorption characteristics of the energy passing through the material. Energy is directed to the material, and the energy is measured, either passed through the material or reflected by it.

Амплитуда измеряемого сигнала в высшей степени зависит от толщины материала, через который проходит энергия, или от оптической длины пути. Схематическая среда 1 содержит N различных составляющих от А₁ до А_N как показано на фиг.1. Энергия, прошедшая через среду 1, ослабляется приблизительно согласно уравнению:

где ε_i это коэффициент поглощения i-ой составляющей; x_i - толщина i-ой составляющей, через которую проходит световая энергия или оптическая длина пути i-ой составляющей; и с_i концентрация i-ой составляющей в толщине x_i.The amplitude of the measured signal is highly dependent on the thickness of the material through which the energy passes, or on the optical path length. Schematic medium 1 contains N different components from A ₁ to A _N as shown in FIG. The energy that has passed through medium 1 is attenuated approximately according to the equation:

where ε _i is the absorption coefficient of the i-th component; x _i is the thickness of the i-th component through which the light energy or optical path length of the i-th component passes; and with _{i, the} concentration of the i-th component in the thickness x _i .

Поскольку поглощение энергии сильно зависит от толщин составляющих от А₁ до А_N, которые составляют среду 1, то при изменении толщины среды 1, например, из-за движения и, следовательно, толщины отдельных составляющих от А₁ до А_N, изменяются и характеристики поглощения среды 1.Since energy absorption strongly depends on the thicknesses of the components from A ₁ to A _N that make up the medium 1, when the thickness of the medium 1 changes, for example, due to the movement and, therefore, the thickness of the individual components from A ₁ to A _N , the characteristics also change absorption medium 1.

Часто среда 1 подвержена случайным или хаотическим движениям. Например, если она представляет собой легко сжимаемый участок тела пациента, а пациент совершает движения, то среда 1 сжимается хаотически, а значит хаотически меняются толщины отдельных слоев от X₁ до X_N составляющих от А₁ до А_N. Эти хаотические движения могут вызвать сильные отклонения измеряемого сигнала и могут сильно затруднить определение желательного сигнала, и не связанного с шумами, вызванными движением, или с артефактами движения.Often environment 1 is subject to random or chaotic movements. For example, if it is an easily compressible part of the patient’s body, and the patient makes movements, then medium 1 shrinks randomly, which means that the thicknesses of the individual layers from X ₁ to X _N components from A ₁ to A _N change randomly. These chaotic movements can cause strong deviations of the measured signal and can greatly complicate the determination of the desired signal, and not associated with noise caused by movement, or with artifacts of movement.

Например, на фиг.2 показан идеальный желательный сигнал, обозначенный у и измеренный при одном применении данного изобретения, а именно при импульсной оксиметрии. На фиг.3 показан более реальный измеряемый колебательный процесс S, также измеряемый методом импульсной оксиметрии, содержащий идеальный сигнал у плюс шумы, вызванные движением n, т.е. S Y+n. Легко видеть, как артефакты движения заменяют желательную часть сигнала Y. For example, figure 2 shows the ideal desired signal, designated y and measured with one application of the present invention, namely with pulse oximetry. Figure 3 shows a more real measured oscillatory process S, also measured by pulse oximetry, containing the ideal signal y plus the noise caused by the movement n, i.e. S Y + n. It is easy to see how motion artifacts replace the desired part of the Y signal.

На фиг. 4 вид в перспективе оптического датчика 2 согласно изобретению, который в значительной степени уменьшает действие артефактов движения на измеряемый сигнал. На фиг.5 показано сечение оптического датчика 2, проведенное по линии 4-4 на фиг.4. Для ясности в перспективе на фиг.4 материал 3, на котором должны производиться измерения, не показан рядом с датчиком 2. Однако материал 3, показанный на фиг.4 и 5 показывает, что корпус 4, имеющий верхнюю часть 5, днище 6, передний конец 7 и задний конец 8, сделан из материала, который желательно должен быть жестким и светонепроницаемым. Понятно, что датчик 2 можно изготовить из материалов, которые могут быть жесткими, упругими, светонепроницаемыми или прозрачными. In FIG. 4 is a perspective view of an optical sensor 2 according to the invention, which greatly reduces the effect of motion artifacts on the measured signal. Figure 5 shows a cross section of the optical sensor 2, drawn along the line 4-4 in figure 4. For clarity, in perspective, in Fig. 4, the material 3 on which measurements are to be taken is not shown next to the sensor 2. However, the material 3 shown in Figs. 4 and 5 shows that the housing 4 having the upper part 5, the bottom 6, the front the end 7 and the rear end 8 are made of a material which desirably needs to be rigid and opaque. It is understood that the sensor 2 can be made of materials that can be rigid, resilient, opaque or transparent.

Отверстие 9 образовано в верхней части 5 корпуса 4. Обычно отверстие 9 размещается в точке между одной четвертой и половиной длины корпуса 4. Отверстие 9 может быть любой формы, включая, но не ограничиваясь этим, круг, квадрат или треугольник, и образует вход в камеру 10, которая также может быть любой формы. Боковое сечение (не показано) камеры 10 обычно имеет ту же форму, что и отверстие. Центральная ось 11 камеры 10 определяется линией, съюстированной перпендикулярно отверстию 9 и проходящей в основном через центральную часть этого отверстия. A hole 9 is formed in the upper part 5 of the housing 4. Typically, the hole 9 is located at a point between one fourth and half the length of the housing 4. The hole 9 can be of any shape, including, but not limited to, a circle, square or triangle, and forms the entrance to the chamber 10, which may also be of any shape. A lateral section (not shown) of the chamber 10 usually has the same shape as the hole. The central axis 11 of the chamber 10 is defined by a line aligned perpendicular to the hole 9 and passing mainly through the central part of this hole.

Источник света 12 обычно светоизлучающий диод (СИД), прикреплен к материалу 3, съюстированному вдоль центральной оси 11 камеры 10 напротив этой камеры. Обычно клейкий материал, например медицинская лента, используется для прикрепления СИД 12 к материалу 3. Детектор 13, например, фотодетектор, размещен внутри камеры 10. Центральная часть фотодетектора 13 обычно съюстирована относительно центральной оси 11 камеры 10 и находится на днище 6 камеры 10. Фотодетектор можно установить внутри камеры 10 посредством разных способов, включая, но не ограничиваясь этим, применение клейкого вещества, прессовой посадки или прозрачной эпоксидной смолы, которые пропускают свет в широком диапазоне представляющих интерес длин волн. Обычно независимо от того, каким образом фотодетектор 13 размещается внутри камеры 10, нижняя поверхность 6 камеры делается светонепроницаемой, например, посредством прессовой посадки или посредством краски. The light source 12 is usually a light emitting diode (LED) attached to the material 3 aligned along the central axis 11 of the chamber 10 opposite this chamber. Typically, an adhesive material, such as medical tape, is used to attach the LED 12 to the material 3. A detector 13, for example, a photodetector, is located inside the camera 10. The central part of the photodetector 13 is usually aligned relative to the central axis 11 of the camera 10 and is located on the bottom 6 of the camera 10. Photodetector can be installed inside the chamber 10 by a variety of methods including, but not limited to, the use of an adhesive, press fit, or transparent epoxy that transmit light over a wide range of interest in wavelengths. Usually, regardless of how the photodetector 13 is placed inside the camera 10, the lower surface 6 of the camera is made opaque, for example by means of a press fit or by means of paint.

Часто бывает, что материалы 3, на которых производятся измерения поглощения, как минимум отчасти легко сжимаемы. Любая легко сжимаемая часть материала 3 размещена в непосредственном соприкосновении с камерой 10. Область, окружающая отверстие 9, поддерживает материал, примыкающий к камере 10. Камера достаточно широка, так что любая сжимаемая часть материала 3, помещенная над отверстием 9, может войти в камеру. Таким образом, материал 3 может находиться над камерой 10 или слегка проникать в нее и тем самым он оказывается защищен от пертурбаций, сжимающих материал, например, от давления, вызванного прикосновением к материалу. It often happens that the materials 3 on which absorption measurements are made are at least partly easily compressible. Any easily compressible part of the material 3 is placed in direct contact with the chamber 10. The area surrounding the hole 9 supports the material adjacent to the chamber 10. The chamber is wide enough so that any compressible part of the material 3 placed above the hole 9 can enter the chamber. Thus, the material 3 can be located above the chamber 10 or slightly penetrate into it, and thereby it is protected from perturbations compressing the material, for example, from pressure caused by touching the material.

Камера 10 имеет достаточную глубину, так что фотодетектор 13 и днище 6 камеры не приходят в соприкосновение с легко сжимаемой частью материала 3, даже если материал подвержен движению. Таким образом, вдоль центральной оси 11 камеры 10 ничего не приходит в физический контакт с легко сжимаемой частью материала 3 и ничто не заставляет его сжиматься. При небольшом сжатии или при отсутствии сжатия материала 3 в этой области существенно стабилизируется толщина его или оптическая длина пути световой энергии, проходящей через материал 3. The chamber 10 has sufficient depth so that the photodetector 13 and the bottom 6 of the chamber do not come into contact with an easily compressible part of the material 3, even if the material is subject to movement. Thus, along the central axis 11 of the chamber 10, nothing comes into physical contact with the easily compressible part of the material 3 and nothing forces it to contract. With little compression or in the absence of compression of the material 3 in this region, its thickness or the optical path length of the light energy passing through the material 3 is substantially stabilized.

СИД 12 излучает свет на известной длине волны. Свет проходит через материал 3, а ослабленный сигнал поступает в камеру 10 и принимается фотодетектором 13. Когда свет, излучаемый СИД, проходит через материал 3 он рассеивается материалом и поступает в камеру 10 под самыми различными углами. Таким образом, некоторая часть света падает на светонепроницаемые стенки 14 камеры и поглощается. Хотя сигнал проходит большее оптическое расстояние прежде, чем достигнет фотодетектора 13, находящегося на днище камеры 6, чем в случае, если бы фотодетектор 13 непосредственно примыкал к материалу 3, получающееся ухудшение интенсивности сигнала компенсируется за счет стабилизации оптической длины пути и за счет соответствующего снижения шумов в измеряемом сигнале. Фотодетектор 13 формирует электрический сигнал, являющийся показателем интенсивности световой энергии, падающей на фотодетектор. Электрический сигнал вводится в устройство обработки, которое анализирует сигнал с целью определения характеристик материала 3, через которое прошла световая энергия. LED 12 emits light at a known wavelength. Light passes through the material 3, and the attenuated signal enters the chamber 10 and is received by the photodetector 13. When the light emitted by the LED passes through the material 3, it is scattered by the material and enters the chamber 10 at various angles. Thus, some of the light falls on the opaque walls 14 of the chamber and is absorbed. Although the signal travels a greater optical distance before it reaches the photodetector 13 located on the bottom of the camera 6 than if the photodetector 13 is directly adjacent to the material 3, the resulting decrease in signal intensity is compensated for by stabilizing the optical path length and by correspondingly reducing noise in the measured signal. The photodetector 13 generates an electrical signal, which is an indicator of the intensity of light energy incident on the photodetector. An electrical signal is input to a processing device that analyzes the signal in order to determine the characteristics of the material 3 through which the light energy has passed.

Помогает улучшить качество сигнала и светонепроницаемость корпуса 4, поглощающего окружающий свет, который мог бы наложиться на сигнал, измеряемый фотодетектором 13. Кроме того, светонепроницаемое днище 6 камеры 10 защищает фотодетектор от окружающего света, который может затенить желательный сигнал, измеряемый фотодетектором. Таким образом, фотодетектор 13 может осуществлять точные измерения интенсивности ослабленного сигнала. It helps to improve the quality of the signal and the opacity of the enclosure 4, which absorbs ambient light, which could overlap with the signal measured by the photodetector 13. In addition, the opaque bottom 6 of the camera 10 protects the photodetector from ambient light, which can obscure the desired signal measured by the photodetector. Thus, the photodetector 13 can accurately measure the intensity of the attenuated signal.

Альтернативный вариант реализации камеры 10 показан в переднем сечении на фиг.7. Оболочка 15 корпуса 4 накрывает днище 6 камеры 10. Фотодетектор 13 установлен на оболочке 15 внутри камеры 10. Фотодетектор 13 съюстирован относительно СИД 12. Фотодетектор имеет электрическую связь с устройством обработки через малое отверстие (не показано) в оболочке 15. Оболочка защищает фотодетектор от окружающего света, который может серьезно ухудшить точность сигнала, измеряемого фотодетектором. Днище 6 камеры 10 может быть образовано посредством оболочки или без нее в любом варианте реализации датчика согласно изобретению. An alternative implementation of the camera 10 is shown in front section in Fig.7. The shell 15 of the housing 4 covers the bottom 6 of the camera 10. The photodetector 13 is mounted on the shell 15 inside the camera 10. The photodetector 13 is aligned with the LED 12. The photodetector is in electrical communication with the processing device through a small hole (not shown) in the shell 15. The shell protects the photodetector from the environment light, which can seriously impair the accuracy of the signal measured by the photodetector. The bottom 6 of the chamber 10 can be formed with or without a shell in any embodiment of the sensor according to the invention.

На фиг.7 показано переднее сечение другого варианта реализации датчика 2 изобретения, где передняя собирающая линза 16 размещена внутри камеры 10 между материалом 3, который находится над камерой или входит в нее, и фотодетектором 13. Линза 16 имеет одну в основном плоскую поверхность 17, съюстированную параллельно относительно отверстия 9 на верхней части 5 корпуса 4 и расположена достаточно глубоко внутри камеры 10, так что любой материал 3, входящий в камеру, не приходит в контакт с плоской поверхностью 17 линзы 16. Другая поверхность 18 линзы 16 в основном выпуклая и имеет вершину, направленную к фотодетектору 13, расположенному на днище 6 камеры. Линза 16 может удерживаться в камере 10 посредством ряда средств, включая, но не ограничиваясь этим, оптическое клейкое вещество, удерживающее кольцо или прессовую посадку. Камера 10 действует таким же образом, как описано выше, для того, чтобы стабилизировать оптическую длину пути и уменьшить артефакт движения. Передняя собирающая линза 16 собирает большое количество света, проходящего через материал 3, и направляет на фотодетектор. Это формирует более сильный измеряемый сигнал. 7 shows a front section of another embodiment of a sensor 2 of the invention, where the front collecting lens 16 is located inside the camera 10 between the material 3, which is located above the camera or enters it, and the photodetector 13. The lens 16 has one basically flat surface 17, aligned parallel to the hole 9 on the upper part 5 of the housing 4 and is located deep enough inside the camera 10, so that any material 3 entering the camera does not come into contact with the flat surface 17 of the lens 16. The other surface 18 of the lens 16 is basically the ram is convex and has a vertex directed towards the photodetector 13 located on the bottom 6 of the camera. The lens 16 may be held in the chamber 10 by a number of means, including, but not limited to, an optical adhesive, a retaining ring, or a press fit. The camera 10 acts in the same manner as described above in order to stabilize the optical path length and reduce the artifact of movement. The front collecting lens 16 collects a large amount of light passing through the material 3 and directs it to a photo detector. This forms a stronger measured signal.

На фиг. 8 показан другой вариант реализации датчика 2 согласно данному изобретению, где фотодетектор 13 и СИД 12 взаимно меняют свои положения. СИД размещается внутри камеры 10, обычно на днище 6, и в основном съюстирован относительно центральной оси 11. СИД можно закрепить внутри камеры 10 разными методами, включая, но не ограничиваясь этим прессовую посадку, клейкое вещество или прозрачную эпоксидную смолу, которые пропускают свет в диапазоне представляющих интерес длин волн, например, около длины волны, на которой излучает СИД. Материал 3 расположен на корпусе 4, который содержит сжимаемую часть материала, непосредственно примыкающую к камере 10. Фотодетектор 13 установлен на материале 3 напротив СИД 12, так что СИД, фотодетектор и камера съюстированы вдоль центральной оси 11 камеры. Обычно фотодетектор 13 крепится светонепроницаемым материалом. Например, он может крепиться к материалу 3 посредством светонепроницаемой ленты, что ограничивает ухудшение сигнала, вызванное окружающим светом, при этом фотодетектор электрически подсоединен к устройству обработки. In FIG. 8 shows another embodiment of the sensor 2 according to the present invention, where the photodetector 13 and the LED 12 mutually change their positions. The LEDs are located inside the chamber 10, typically on the bottom 6, and are generally aligned relative to the central axis 11. The LEDs can be fixed inside the chamber 10 by various methods, including but not limited to press fit, adhesive or transparent epoxy, which transmit light in a range wavelengths of interest, for example, near the wavelength at which the LED emits. The material 3 is located on the housing 4, which contains a compressible portion of the material directly adjacent to the camera 10. The photodetector 13 is mounted on the material 3 opposite the LED 12, so that the LED, photodetector and camera are aligned along the central axis 11 of the camera. Typically, the photodetector 13 is mounted with opaque material. For example, it can be attached to material 3 by means of an opaque tape, which limits signal degradation caused by ambient light, while the photodetector is electrically connected to the processing device.

Датчик 2 согласно изобретению функционирует в основном идентично реализации датчика, имеющего фотодетектор 13, размещенный в камере 10. Камера 10 стабилизирует оптическую длину пути, давая возможность легко сжимаемым участкам материала 3 находиться над камерой или входить в нее, что стабилизирует оптическую длину пути и значительно снижает артефакты движения. Это условие сохраняется независимо от того, находится внутри камеры фотодетектор или СИД. The sensor 2 according to the invention functions basically identically to the implementation of a sensor having a photodetector 13 located in the chamber 10. The camera 10 stabilizes the optical path length, allowing easily compressible portions of the material 3 to be above the camera or enter it, which stabilizes the optical path length and significantly reduces artifacts of movement. This condition is maintained regardless of whether the photodetector or LED is inside the camera.

На фиг.9 показан разрез другого варианта датчика 2 согласно изобретению, где СИД 12 расположен внутри камеры 10. Узел коллиматорной линзы 19 размещен внутри камеры между материалом 3, находящимся над камерой или входящим в нее, и СИД 12. Коллиматорные линзы хорошо знакомы специалистам и, поэтому узел линзы схематически представлен на фиг.9. Коллиматорная линза 19 размещена достаточно глубоко внутри камеры 10, так что любой материал 3, проникающий в камеру, не входит в соприкосновение с линзой. Линза 19 может удерживаться в камере 10 посредством ряда методов, включая, но не ограничиваясь этим, оптическое клейкое вещество, кольцо, удерживающее линзу, или прессованную посадку. Камера 10 функционирует таким же образом, как описано выше, для стабилизации оптической длины пути и для снижения артефактов движения. Коллиматорная линза 19 фокусирует свет, излучаемый СИД 12, на материал 3 над камерой 10, что уменьшает рассеивание сигнала, поступающего на поверхность фотодетектора 13. Это позволяет более эффективно использовать фотодетектор. Figure 9 shows a section of another embodiment of the sensor 2 according to the invention, where the LED 12 is located inside the camera 10. The node of the collimator lens 19 is placed inside the camera between the material 3 above or inside the camera and the LED 12. The collimator lenses are well known to specialists and therefore, the lens assembly is schematically represented in FIG. 9. The collimator lens 19 is located deep enough inside the camera 10, so that any material 3 penetrating the camera does not come into contact with the lens. The lens 19 may be held in the chamber 10 by a variety of methods including, but not limited to, an optical adhesive, a lens retaining ring, or an extruded fit. The camera 10 functions in the same manner as described above to stabilize the optical path length and to reduce motion artifacts. The collimator lens 19 focuses the light emitted by the LED 12 onto the material 3 above the camera 10, which reduces the scattering of the signal entering the surface of the photodetector 13. This allows a more efficient use of the photodetector.

На фиг. 10 показан другой вариант реализации датчика 2 изобретения, где СИД 12 и фотодетектор 13 не съюстированы вдоль центральной оси 11 камеры 10. Свет рассеивается внутри материала 3, и поэтому как минимум часть света, излучаемого СИД, достигает фотодетектор. Пока свет, излучаемый СИД 12 и рассеиваемый материалом, поступает на фотодетектор 13 с интенсивностью, достаточной для проведения измерений, СИД и фотодетектор не нужно юстировать. Когда юстировка СИД 12 и фотодетектора 13 вдоль одной и той же оси направляет свет, излучаемый СИД, непосредственно на фотодетектор 13, нет необходимости применять датчик изобретения. В некоторых случаях разъюстировка может быть даже полезна. Понятно, что это условие сохраняется для любого варианта реализации датчика согласно изобретению. Кроме того, понятно, что фотодетектор, заполняющий ширину камеры 10, полезен в том смысле, что большее количество света, направляемого в камеру, будет падать на поверхность фотодетектора, что дает более сильный измеряемый сигнал. Однако приемлем фотодетектор 13 любых размеров, принимающий энергию, достаточную для формирования адекватно сильного измеряемого сигнала. Понятно, что это условие сохраняется для любого варианта реализации датчика согласно изобретению. In FIG. 10 shows another embodiment of the sensor 2 of the invention, where the LEDs 12 and the photodetector 13 are not aligned along the central axis 11 of the camera 10. The light is scattered inside the material 3, and therefore at least part of the light emitted from the LEDs reaches the photodetector. As long as the light emitted from the LED 12 and scattered by the material enters the photo detector 13 with an intensity sufficient for measurement, the LED and photo detector do not need to be adjusted. When the alignment of the LEDs 12 and the photodetector 13 along the same axis directs the light emitted by the LEDs directly to the photodetector 13, there is no need to use the sensor of the invention. In some cases, misalignment may even be useful. It is understood that this condition is maintained for any embodiment of the sensor according to the invention. In addition, it is understood that a photo detector filling the width of the camera 10 is useful in the sense that more light directed into the camera will fall on the surface of the photo detector, which gives a stronger measured signal. However, a photodetector 13 of any size that accepts energy sufficient to form an adequately strong measured signal is acceptable. It is understood that this condition is maintained for any embodiment of the sensor according to the invention.

Вид в перспективе другого варианта реализации датчика 20 согласно изобретению, содержащего камеру 21 с несколькими частями, показан на фиг.1. На фиг.12 показано сечение датчика 20 изобретения, сделанного вдоль линии 11-11 на фиг.11. Для ясности перспективного вида на фиг.11 материал 22, на котором производятся измерения, не показан рядом с датчиком 20. Однако материал 22 показан примыкающим к датчику 20 на фиг.12. A perspective view of another embodiment of a sensor 20 according to the invention, comprising a camera 21 with several parts, is shown in FIG. On Fig shows a cross section of the sensor 20 of the invention, made along the line 11-11 in Fig.11. For clarity of the perspective view in FIG. 11, the material 22 on which measurements are made is not shown next to the sensor 20. However, the material 22 is shown adjacent to the sensor 20 in FIG. 12.

На фиг. 11 и 12 корпус 23, имеющий верхнюю часть 24, днище 25, передний конец 26 и задний конец 27, выполнен из материала, желательно жесткого и светонепроницаемого. Однако понятно, что датчик 20 может быть выполнен из материалов, которые могут быть жесткими, упругими, светонепроницаемыми или прозрачными. Отверстие 28 произвольной формы образовано в отношении датчика 2 на фиг.4-10. Отверстие 28 образует доступ к стабилизирующей части 29 камеры 21. Боковое сечение (не показано) стабилизирующей части 29 камеры 21 обычно имеет ту же форму, что и отверстие 28. Центральная ось 30 камеры 21 определяется линией, съютированной в основном перпендикулярно отверстию 28 и проходящей в основном через центральную часть отверстия и камеры. In FIG. 11 and 12, the housing 23 having an upper portion 24, a bottom 25, a front end 26 and a rear end 27 is made of a material, preferably rigid and opaque. However, it is understood that the sensor 20 may be made of materials that may be rigid, resilient, opaque, or transparent. An arbitrary shape hole 28 is formed with respect to the sensor 2 in FIGS. 4-10. The hole 28 forms access to the stabilizing part 29 of the chamber 21. The lateral section (not shown) of the stabilizing part 29 of the chamber 21 is usually the same as the hole 28. The central axis 30 of the chamber 21 is defined by a line, which is mainly perpendicular to the hole 28 and extends into mainly through the center of the hole and chamber.

Монтажная часть 31 размещена, непосредственно примыкая к стабилизирующей части 29 и ниже нее, соединяясь со стабилизирующей частью посредством кромки 32. Монтажная часть 31 находится на центральной оси 30 стабилизирующей части 29 и обычно имеет меньшую ширину. Стенки 33 монтажной части в основном параллельны центральной оси 30. Монтажная часть 31 может проходить через днище 25 корпуса 23, как показано на фиг.12, или же она может проходить прямо над днищем 25, оставляя оболочку (не показано) материала корпуса на днище камеры. The mounting portion 31 is disposed directly adjacent to and below the stabilizing portion 29, connecting to the stabilizing portion via an edge 32. The mounting portion 31 is located on the central axis 30 of the stabilizing portion 29 and is usually narrower. The walls 33 of the mounting portion are generally parallel to the central axis 30. The mounting portion 31 may extend through the bottom 25 of the housing 23, as shown in FIG. 12, or it may extend directly above the bottom 25, leaving a shell (not shown) of the housing material on the bottom of the chamber .

Фотодетектор 34 размещен в монтажной части 31 камеры, обычно у днища, причем центральная часть фотодетектора 34 в основном съюстирована относительно центральной оси 30 камеры 21. Монтажная часть камеры имеет достаточную глубину, так что фотодетектор 34 не проникает в стабилизирующую часть 29 камеры. Фотодетектор 34 может закрепляться внутри камеры 21 путем ряда различных методов, включая, но не ограничиваясь этим, применение клейкого вещества, прессовой посадки или прозрачной эпоксидной смолы, которая пропускает свет в широком диапазоне интересующих нас длин волн. Обычно днище 25 камеры делается светонепроницаемым с помощью краски или ленты, например, или путем оставления оболочки (не показано) корпуса 23 на днище камеры. Фотодетектор 34 имеет электрическое соединение с устройством обработки аналогично фотодетектору 13 в предыдущем варианте реализации датчика 2 согласно изобретению. A photodetector 34 is located in the camera mounting portion 31, typically at the bottom, with the central portion of the photodetector 34 being substantially aligned relative to the central axis 30 of the camera 21. The mounting portion of the camera has sufficient depth so that the photodetector 34 does not penetrate the camera stabilizing portion 29. The photo detector 34 can be fixed inside the camera 21 by a number of different methods, including, but not limited to, the use of an adhesive, press fit or transparent epoxy resin, which transmits light in a wide range of wavelengths of interest to us. Typically, the bottom of the camera 25 is made opaque with paint or tape, for example, or by leaving a shell (not shown) of the housing 23 on the bottom of the camera. The photodetector 34 is electrically connected to the processing device similarly to the photodetector 13 in the previous embodiment of the sensor 2 according to the invention.

Поглощающий энергию материал 22 размещается над корпусом 23, как показано на сечении фиг.12. Часть материала 22 может располагаться над камерой 21. Кроме того, стабилизирующая часть 29 камеры достаточно широка, так что любая легко сжимаемая часть материала может проникать внутрь стабилизирующей части камеры 21. The energy absorbing material 22 is placed above the housing 23, as shown in the section of FIG. Part of the material 22 may be located above the chamber 21. In addition, the stabilizing part 29 of the chamber is wide enough so that any easily compressible part of the material can penetrate into the stabilizing part of the chamber 21.

Стабилизирующая часть 29 камеры имеет достаточную глубину, так что часть материала 22, проникающая внутрь стабилизирующей части не входит в соприкосновение с элементами внутри этой части, которые могут вызвать сжатие материала. The stabilizing part 29 of the chamber is of sufficient depth so that the part of the material 22 penetrating into the stabilizing part does not come into contact with the elements inside this part, which can cause compression of the material.

Светодиод (СИД) 35 прикреплен к материалу 22 напротив отверстия 28. СИД съюстирован вдоль центральной оси 30 для оптимизации количества энергии света, падающего непосредственно через материал на фотодетектор 34. Однако понятно, что положение фотодетектора и СИД можно заменить, как обсуждалось в соответствии с фиг. 8. Кроме того, коллиматорная линза (не показана) может быть добавлена к камере 21, как описывалось в отношении фиг.9. Коллиматорная линза может удерживаться в камере аналогично собирающей линзе 36, описанной ниже. СИД 35 и фотодетектор могут быть несъюстированными, как описывалось в связи с фиг.10. A light emitting diode (LED) 35 is attached to the material 22 opposite the hole 28. The LED is aligned along the central axis 30 to optimize the amount of energy of light incident directly through the material on the photodetector 34. However, it is understood that the position of the photodetector and LED can be replaced, as discussed in accordance with FIG. . 8. In addition, a collimator lens (not shown) can be added to the camera 21, as described with respect to FIG. 9. The collimator lens can be held in the camera similarly to the collecting lens 36 described below. LED 35 and photodetector may be misaligned as described in connection with FIG. 10.

Когда свет, излучаемый СИД 35, проходит через материал 22, он рассеивается материалом и тем самым передается в камеру 21 в широком диапазоне углов падения. Таким образом, некоторая часть света падает на светонепроницаемые стенки 37 и 33 камеры 21 и поглощается. Однако успешная юстировка фотодетектора 34 и СИД 35 вдоль центральной оси 30 заставляет большую часть света падать на поверхность фотодетектора. Поскольку материал 22 остается в основном в несжатом состоянии над стабилизирующей частью 29 и внутри него, толщина, через которую проходит свет, или оптическая длина пути, в основном стабилизируется. Таким образом, точность измеряемого сигнала улучшается за счет подавления артефактов движения благодаря камере 21. When the light emitted by the LED 35 passes through the material 22, it is scattered by the material and thereby transmitted to the camera 21 over a wide range of incidence angles. Thus, some of the light falls on the opaque walls 37 and 33 of the chamber 21 and is absorbed. However, the successful alignment of the photodetector 34 and LED 35 along the central axis 30 causes most of the light to fall on the surface of the photodetector. Since the material 22 remains essentially uncompressed above and inside the stabilizing part 29, the thickness through which the light passes, or the optical path length, is basically stabilized. Thus, the accuracy of the measured signal is improved by suppressing motion artifacts due to the camera 21.

В другом варианте реализации датчика 20 передняя собирающая линза 36 вставлена внутрь камеры 21, как показано на сечении фиг.13. Линза поддерживается на кромке 32 между стабилизирующей и монтажной частями. Линзу можно удерживать на месте посредством ряда методов, включая, но не ограничиваясь этим, оптическое клейкое вещество, удерживающее кольцо или прессовую посадку. Линза 36 имеет в основном плоскую поверхность 38, съюстированную относительно кромки 32 между стабилизирующей и монтажной частями и в основном выпуклой поверхностью 39, входящей в монтажную часть 31 камеры 21. Стабилизирующая часть 29 камеры достаточно глубока, чтобы линза 36 не входила в контакт с любым сжимаемым материалом 22, который мог бы внедриться в камеру 21. In another embodiment of the sensor 20, the front collecting lens 36 is inserted inside the camera 21, as shown in the section of FIG. 13. The lens is supported on the edge 32 between the stabilizing and mounting parts. The lens can be held in place by a variety of methods, including, but not limited to, optical adhesive, ring retainer, or press fit. The lens 36 has a substantially flat surface 38, aligned relative to the edge 32 between the stabilizing and mounting parts and a generally convex surface 39 included in the mounting portion 31 of the chamber 21. The stabilizing portion 29 of the chamber is deep enough so that the lens 36 does not come into contact with any compressible material 22, which could be embedded in the chamber 21.

Линза 36 собирает свет, падающий на плоскую поверхность 38. Большое количество света, падающего на эту поверхность под углами, под которыми свет мог бы поглотиться стенками 37 и 33 камеры, если линза отсутствовала, теперь направляется к фотодетектору. Таким образом, большее процентное отношение света, прошедшего через материал 22, падает на фотодетектор 34, что приводит к более сильному измеряемому сигналу. Lens 36 collects light incident on a flat surface 38. A large amount of light incident on this surface at angles at which light could be absorbed by the walls 37 and 33 of the camera, if the lens was absent, is now directed to the photo detector. Thus, a greater percentage of the light transmitted through the material 22 is incident on the photodetector 34, which leads to a stronger measured signal.

Вид в перспективе другого варианта реализации датчика 40 изобретения, содержащего камеру 41, имеющую части 42, 43 и 44, показан на фиг.14. Датчик 40 имеет корпус 45 с верхней частью 46, днищем 47, передним концом 48 и задним концом 49. Обычно корпус 45 выполнен из твердого светонепроницаемого материала. Однако его можно выполнить из других материалов, которые могут быть твердыми, или, например, упругими, светонепрозрачными или прозрачными. Вид в сечении камеры 41 данного варианта реализации показан на фиг.15. Для понимания вида в перспективе на фиг.14 материал 50, на котором производятся измерения, показан не примыкающим к датчику 40. Однако материал 50 показан в сечении на фиг.14. Отверстие 51 произвольной формы образовано в корпусе 45 аналогично отверстиям 9 и 28, описанным выше. Отверстие 51 образует доступ к стабилизирующей части 42 камеры 41. Боковое сечение (не показано) стабилизирующей части 42 камеры обычно имеет ту же форму, что и отверстие 51. Стенки 52 стабилизирующей части в основном перпендикулярны относительно плоскости отверстия 51. Центральная ось 53 камеры определяется линией, расположенной перпендикулярно плоскости отверстия 51 и проходящей в основном через центральную часть этого отверстия и камеры 41. A perspective view of another embodiment of a sensor 40 of the invention comprising a chamber 41 having portions 42, 43 and 44 is shown in FIG. The sensor 40 has a housing 45 with an upper portion 46, a bottom 47, a front end 48 and a rear end 49. Typically, the housing 45 is made of a solid opaque material. However, it can be made from other materials, which may be solid, or, for example, resilient, opaque or transparent. A cross-sectional view of the chamber 41 of this embodiment is shown in FIG. To understand the perspective view of FIG. 14, the material 50 on which measurements are taken is shown not adjacent to the sensor 40. However, the material 50 is shown in cross section in FIG. A hole 51 of arbitrary shape is formed in the housing 45 similarly to the holes 9 and 28 described above. The hole 51 forms access to the stabilizing part 42 of the chamber 41. The lateral section (not shown) of the stabilizing part 42 of the chamber usually has the same shape as the opening 51. The walls 52 of the stabilizing part are generally perpendicular to the plane of the opening 51. The central axis 53 of the chamber is defined by the line located perpendicular to the plane of the hole 51 and passing mainly through the Central part of this hole and the chamber 41.

Промежуточная часть 43 камеры примыкает к стабилизирующей части 42. Верхняя кромка 54 образована между промежуточной и стабилизирующей частями камеры 41. Промежуточная часть 43 расположена по той же самой центральной оси 53, что и стабилизирующая часть. Стенки 55 направлены под углом так, что нижняя кромка 56 промежуточной части 43 имеет меньшие размеры, чем верхняя кромка 54. The intermediate part 43 of the chamber is adjacent to the stabilizing part 42. The upper edge 54 is formed between the intermediate and stabilizing parts of the chamber 41. The intermediate part 43 is located on the same central axis 53 as the stabilizing part. The walls 55 are angled so that the lower edge 56 of the intermediate portion 43 is smaller than the upper edge 54.

Нижняя часть 56 промежуточной части 43 ведет в монтажную часть 44 камеры 41. Монтажная часть расположена по той же самой центральной оси 53 стабилизирующей и промежуточной частей и обычно имеет меньшую ширину, чем у стабилизирующей и промежуточной частей 42 и 43. Стенки 57 монтажной части 44 обычно параллельны центральной оси 53. Таким образом, любое сечение монтажной части 44, проведенное перпендикулярно центральной оси камеры 41, имеет обычно ту же форму, что и нижняя кромка 56 промежуточной части. Монтажная часть может проходить через днище 47 корпуса 45. В качестве альтернативы, монтажная часть 44 может проходить над днищем 47 корпуса, оставляя оболочку (не показано) корпуса у этого днища. The lower part 56 of the intermediate part 43 leads to the mounting part 44 of the chamber 41. The mounting part is located on the same central axis 53 of the stabilizing and intermediate parts and usually has a smaller width than the stabilizing and intermediate parts 42 and 43. The walls 57 of the mounting part 44 are usually parallel to the central axis 53. Thus, any section of the mounting portion 44, perpendicular to the central axis of the chamber 41, usually has the same shape as the lower edge 56 of the intermediate portion. The mounting portion may extend through the bottom 47 of the housing 45. Alternatively, the mounting portion 44 may extend above the bottom 47 of the housing, leaving a shell (not shown) of the housing at that bottom.

Фотодетектор 58 размещается внутри монтажной части 44 камеры, обычно у днища 47. Центральная часть фотодетектора съюстирована относительно центральной оси 53. Монтажная часть 44 камеры достаточно глубока, так что фотодетектор 58 не проникает внутрь стабилизирующей части 42 камеры 41. Фотодетектор можно закрепить внутри камеры с помощью ряда разных способов, включая, но не ограничиваясь этим, клейкое вещество, прессовую посадку или прозрачную эпоксидную смолу, пропускающую свет в широком диапазоне длин волн. Обычно днище 47 камеры делается непрозрачным посредством прессовой посадки, краски или, например, ленты. Фотодетектор 58 электрически связан с устройством обработки аналогично фотодетекторам 13 и 34 предыдущих вариантов датчика согласно изобретению. The photodetector 58 is located inside the camera mounting portion 44, typically at the bottom 47. The central part of the photodetector is aligned relative to the central axis 53. The camera mounting portion 44 is sufficiently deep so that the photodetector 58 does not penetrate the stabilizing portion 42 of the camera 41. The photodetector can be mounted inside the camera using a number of different methods, including, but not limited to, an adhesive, press fit, or transparent epoxy that transmits light over a wide wavelength range. Typically, the bottom 47 of the chamber is made opaque by means of a press fit, paint or, for example, tape. The photodetector 58 is electrically connected to the processing device in a manner similar to the photodetectors 13 and 34 of the previous sensor embodiments according to the invention.

Когда часть поглощающего энергию материала 50 размещена над датчиком 40, как показано на сечении фиг.15, она может находиться над камерой 41. Кроме того, стабилизирующая часть 42 камеры достаточно широкая, так что легко сжимаемые части материала 50 могут входить в стабилизирующую часть камеры. Стабилизирующая часть 42 камеры достаточно глубока, так что легко сжимаемая часть материала 50, входящая в стабилизирующую часть, не контактирует с элементами внутри камеры, что могло бы вызвать сжатие материала, даже при движении материала. Камера 41 предохраняет сжимаемый материал 50 от контакта, который мог бы изменить длину оптического пути. When a portion of the energy absorbing material 50 is placed above the sensor 40, as shown in the section of FIG. 15, it can be located above the chamber 41. In addition, the stabilizing part 42 of the chamber is wide enough so that easily compressible parts of the material 50 can enter the stabilizing part of the chamber. The stabilizing part 42 of the chamber is deep enough so that the easily compressible part of the material 50 included in the stabilizing part is not in contact with the elements inside the chamber, which could cause compression of the material, even when the material is moving. The chamber 41 protects the compressible material 50 from contact, which could change the length of the optical path.

СИД 59 закреплен на материале 50 напротив отверстия 51. СИД съюстирован относительно центральной оси 53 для оптимизации света, падающего непосредственно через материал 50 на фотодетектор 58. Понятно, что положения фотодетектора и СИД могут быть взаимозаменимы, как указывалось в случае на фиг. 8. Кроме того, можно добавить к камере 41 коллиматорную линзу (не показано), как отмечалось в случае на фиг.9. Коллиматорная линза может удерживаться в камере аналогично собирающей линзе, описанной ниже. СИД 59 и фотодетектор 58 могут быть несъюстированы, как описано в отношении на фиг.10. The LED 59 is mounted on the material 50 opposite the hole 51. The LED is aligned relative to the central axis 53 to optimize the light incident directly through the material 50 on the photodetector 58. It is understood that the positions of the photodetector and LEDs can be interchangeable, as indicated in the case of FIG. 8. In addition, a collimator lens (not shown) can be added to the chamber 41, as noted in the case of FIG. 9. The collimator lens can be held in the camera similarly to the collecting lens described below. LED 59 and photodetector 58 may be misaligned as described in relation to FIG. 10.

По мере того, как свет, излучаемый СИД 59, проходит через материал 50, он рассеивается материалом и таким образом поступает в камеру 41 под самыми разными углами. Некоторая часть света падает на прозрачные стенки 52, 55 и 57 камеры и поглощается. Однако успешная юстировка фотодетектора 58 и СИД 59 относительно центральной оси 53 направляет значительную часть света на поверхность фотодетектора. Поскольку материал 50 остается в основном несжатым над стабилизирующей частью и внутри нее, толщина материала, через которую проходит свет, или оптическая длина пути, существенно стабилизируется. Таким образом, точность измеряемого сигнала улучшается путем подавления артефактов движения. Кроме того, точность измеряемого сигнала улучшает непрозрачное днище 47 монтажной части 42, которое защищает фотодетектор 58 от окружающего рассеянного света. As the light emitted from the LED 59 passes through the material 50, it is scattered by the material and thus enters the chamber 41 at very different angles. Some of the light falls on the transparent walls 52, 55 and 57 of the camera and is absorbed. However, the successful alignment of the photodetector 58 and the LED 59 relative to the central axis 53 directs a significant portion of the light to the surface of the photodetector. Since the material 50 remains essentially uncompressed above and inside the stabilizing part, the thickness of the material through which the light passes, or the optical path length, is substantially stabilized. Thus, the accuracy of the measured signal is improved by suppressing motion artifacts. In addition, the accuracy of the measured signal improves the opaque bottom 47 of the mounting portion 42, which protects the photo detector 58 from ambient stray light.

В другом варианте реализации датчика 40 изобретения собирающая линза 60 добавляется к промежуточной части 43 камеры 41, как показано на сечении фиг. 16. Линза 60 поддерживается в промежуточной части и может удерживаться в нем посредством ряда способов, включая, но не ограничиваясь этим, оптическое клейкое вещество, удерживающее линзу, кольцо или прессовую посадку. Линза имеет в основном плоскую поверхность 61, съюстированную относительно верхней кромки 54 промежуточной части 43 камеры и в основном выпуклую поверхность 62, проходящую внутри промежуточной части камеры. Стабилизирующая часть 42 камеры 41 имеет достаточную глубину, так что линза 60 не входит в контакт с легко сжимаемым материалом 50, который находится над камерой или проникнув в нее. In another embodiment of the sensor 40 of the invention, a collecting lens 60 is added to the intermediate portion 43 of the chamber 41, as shown in FIG. 16. The lens 60 is supported in the intermediate portion and can be held therein by a number of methods, including, but not limited to, an optical adhesive holding the lens, ring, or press fit. The lens has a substantially flat surface 61 aligned with respect to the upper edge 54 of the intermediate portion 43 of the chamber and a substantially convex surface 62 extending inside the intermediate portion of the chamber. The stabilizing portion 42 of the chamber 41 is of sufficient depth so that the lens 60 does not come into contact with the easily compressible material 50, which is located above the chamber or penetrating into it.

Линза собирает свет, падающий на плоскую поверхность 61. Большая часть света, падает на эту поверхность под углами, под которыми свет поглощался бы стенками 52, 55 и 57 камеры, если бы линза отсутствовала, в данном варианте этот свет направляется на фотодетектор 58. Таким образом, большая часть света, проходящего через материал 50, падает на фотодетектор, что приводит к более сильному измеряемому сигналу. The lens collects light incident on the flat surface 61. Most of the light falls on this surface at angles at which the light would be absorbed by the walls 52, 55 and 57 of the camera, if there was no lens, in this embodiment, this light is directed to a photo detector 58. Thus thus, most of the light passing through the material 50 is incident on the photodetector, resulting in a stronger measured signal.

Понятно, что стенки 55 промежуточной части в каждой из описанных выше вариантов не обязательно иметь наклон для того, чтобы уйти от ширины стабилизирующей части к ширине монтажной части. Стенки промежуточной части можно съюстировать в основном параллельно центральной оси и разместить на расстоянии, которое определит ширину промежуточной части, меньшей по сравнению с шириной стабилизирующей части, но большей, чем ширина монтажной части. It is understood that the walls 55 of the intermediate part in each of the options described above do not have to be tilted in order to go from the width of the stabilizing part to the width of the mounting part. The walls of the intermediate part can be aligned mainly parallel to the central axis and placed at a distance that determines the width of the intermediate part, smaller than the width of the stabilizing part, but greater than the width of the mounting part.

На фиг. 17 показан вид в перспективе другого датчика 63 согласно изобретению, специально предназначенного для использования с пальцем, например, с пальцем руки или ноги. Данный пример относится к пальцу руки, хотя этот пример в равной степени может относиться и к любой другой части тела. На фиг.18 схематически показан палец 64, содержащий ноготь, кожу, кости, ткани, мышцы, кровь и т.д. Составляющие подушечки 65 пальца, такие как жир и ткани, легко сжимаются при движении пальца пациента. In FIG. 17 is a perspective view of another sensor 63 according to the invention, specifically designed for use with a finger, such as a finger or toe. This example applies to the finger, although this example can apply equally to any other part of the body. On Fig schematically shows a finger 64 containing a nail, skin, bones, tissues, muscles, blood, etc. Component pads 65 of the finger, such as fat and tissue, are easily compressed by the movement of the patient’s finger.

Даже легкое движение пальца 64 может значительно изменить толщину составляющих пальца, что приводит к появлению в измеряемом сигнале больших отклонений, вызванных движением, что часто затемняет желательную часть измеряемого сигнала, из которой можно получить информацию относительно пациента. Even a slight movement of the finger 64 can significantly change the thickness of the components of the finger, which leads to the appearance of large deviations caused by movement in the measured signal, which often obscures the desired part of the measured signal from which information regarding the patient can be obtained.

Возвращаясь к фиг.17, корпус 66 датчика, названный в данном варианте реализации прокладкой, в основном имеет полуцилиндрическую форму и желательно выполнен из жесткого или полужесткого, непрозрачного материала, например, из черной пластмассы. Прокладка 66 может быть выполнена из других материалов, например, жестких, упругих, непрозрачных и прозрачных. Прокладка 66 имеет верхнюю часть 67, днище 68, передний конец 69, задний конец 70, гребень 71 и боковые стенки 72, которые изгибаются кверху от гребня 71 с образованием U-образной формы в сечении, как показано на фиг.19. Returning to FIG. 17, the sensor housing 66, referred to as a gasket in this embodiment, is generally semi-cylindrical and is preferably made of a rigid or semi-rigid, opaque material, for example black plastic. The gasket 66 may be made of other materials, for example, rigid, elastic, opaque and transparent. The gasket 66 has an upper portion 67, a bottom 68, a front end 69, a rear end 70, a ridge 71, and side walls 72 that bend upward from the ridge 71 to form a U-shape in cross section, as shown in FIG. 19.

В отношении фиг.17 и 19, имеется входное отверстие 73 в камеру 74, размещенное между от одной четверти до половины длины прокладки 66, считая от переднего конца 69 прокладки, как показано на продольном сечении фиг.20. Отверстие 73 может быть произвольной формы, включая, но не ограничиваясь этим, круг, квадрат или треугольник. Камера 74 также может быть произвольной формы, включая, но не ограничиваясь этим, круг, квадрат или треугольник в сечении. With respect to FIGS. 17 and 19, there is an inlet 73 into the chamber 74 located between one quarter to half the length of the gasket 66, counting from the front end 69 of the gasket, as shown in longitudinal section of FIG. The hole 73 may be of any shape, including, but not limited to, a circle, square, or triangle. The chamber 74 may also be of arbitrary shape, including, but not limited to, a circle, square, or triangle in cross section.

Камера может иметь одну или большее число частей, как показано выше. Несмотря на то, что камера 74 в данном варианте реализации состоит из трех частей и имеет стабилизирующую часть 75, промежуточную часть 76 с покатыми стенками и монтажную часть 77, съюстированных относительно общей центральной оси 78, легко понять, что хорошая альтернатива это любая камера 74, которая защищает от сжатия часть пальца 64, через которую проходит световая энергия во время измерения поглощения. Оболочка (не показана) прокладки 66 может накрывать днище 68 камеры, как было показано выше относительно варианта датчика, показанного на фиг.6. A camera may have one or more parts, as shown above. Despite the fact that the camera 74 in this embodiment has three parts and has a stabilizing part 75, an intermediate part 76 with sloping walls and a mounting part 77 aligned relative to the common central axis 78, it is easy to understand that any camera 74 is a good alternative. which protects against compression the portion of the finger 64 through which light energy passes during the absorption measurement. A shell (not shown) of the gasket 66 may cover the bottom of the chamber 68, as shown above with respect to the sensor embodiment shown in FIG. 6.

Фотодетектор 79 размещен внутри камеры 74, обычно у днища 68 монтажной части 77. Фотодетектор можно закрепить с помощью клейкого вещества, прессовой посадки или прозрачной эпоксидной смолы, которая пропускает свет в широком диапазоне интересующих нас длин волн. Обычно днище 68 камеры делается непрозрачным с помощью ленты или краски, например, так что окружающий рассеянный свет не воздействует на фотодетектор 79. The photodetector 79 is located inside the chamber 74, usually at the bottom 68 of the mounting part 77. The photodetector can be fixed using adhesive, press fit or transparent epoxy resin, which transmits light in a wide range of wavelengths of interest to us. Typically, the bottom of the camera 68 is made opaque with tape or paint, for example, so that ambient ambient light does not affect the photo detector 79.

Палец 64 помещен на прокладке 66, причем подушечка 65 пальца непосредственно примыкает к отверстию 73 и к камере 74. Кроме того, подушечка 65 пальца может помещаться над камерой. Отверстие 73 и стабилизирующая часть 75 камеры достаточно широки, так что любая легко сжимаемая часть пальца, например, часть подушечки пальца, может войти в камеру. Стабилизирующая часть камеры достаточно глубокая, так что любая часть пальца, которая проникает в стабилизирующую часть 75, не входит в контакт с элементами стабилизирующей части, которые могли бы вызвать сжатие пальца 64, даже если он перемещается. The finger 64 is placed on the gasket 66, and the finger pad 65 is directly adjacent to the hole 73 and to the chamber 74. In addition, the finger pad 65 can be placed above the camera. The opening 73 and the stabilizing part 75 of the camera are wide enough so that any easily compressible part of the finger, for example, part of the fingertip, can enter the camera. The stabilizing part of the chamber is deep enough so that any part of the finger that penetrates the stabilizing part 75 does not come into contact with the elements of the stabilizing part, which could cause compression of the finger 64, even if it moves.

СИД 80 прикреплен к пальцу обычно против отверстия 73, как правило посредством клейкого вещества, например, медицинской ленты. СИД 80 съюстирован вдоль центральной оси 78 для оптимизации количества света, прошедшего непосредственно через палец 64 на фотодетектор 79. Положения фотодетектора 79 и СИД 80 могут взаимно меняться, как описывалось в отношении фиг.8. Кроме того, коллиматорная линза (не показана) может быть добавлена к камере 74 также, как отмечалось в отношении фиг.9. Коллиматорная линза может удерживаться в камере 74 аналогично передней собирающей линзе 81, описанной ниже. СИД 80 и фотодетектор 79 могут быть не съюстированы, как говорилось в отношении фиг.10. The LED 80 is attached to the finger, usually against the hole 73, usually by means of an adhesive substance, for example, medical tape. The LED 80 is aligned along the central axis 78 to optimize the amount of light transmitted directly through the finger 64 to the photodetector 79. The positions of the photodetector 79 and LED 80 can be interchanged, as described with respect to FIG. In addition, a collimator lens (not shown) can be added to the camera 74 as well, as noted in relation to Fig.9. The collimator lens can be held in the chamber 74 similarly to the front collecting lens 81 described below. LED 80 and photodetector 79 may not be aligned, as discussed in relation to FIG. 10.

СИД 80 излучает импульс энергии света, который проходит через палец 64 и поступает в камеру 74. Камера защищает от сжатия часть пальца, через которую проходит световая энергия. Таким образом, оптическая длина пути света через палец 64 значительно стабилизируется, артефакты движения значительно снижаются в измеряемом сигнале. Понятно, что в датчике для пальца 63 согласно данному изобретению для защиты части пальца от сжатия и тем самым для снижения артефактов движения с равным успехом можно использовать односекционную камеру, описанную на фиг. от 4 до 10, и двухсекционную камеру, описанную на фиг. от 11 до 13. The LED 80 emits a pulse of light energy, which passes through the finger 64 and enters the camera 74. The camera protects against compression the part of the finger through which the light energy passes. Thus, the optical path length of light through the finger 64 is significantly stabilized, the artifacts of movement are significantly reduced in the measured signal. It is understood that in the finger sensor 63 according to the invention, the single-section camera described in FIG. from 4 to 10, and the two-section camera described in FIG. from 11 to 13.

На фиг.17, 19 и 20 показан вид в перспективе, переднее сечение и продольное сечение, соответственно, одного варианта датчика 63 для пальца. Изгиб прокладки 66 скоррелирован относительно среднего изгиба пальца 64, так что боковые стенки 72 образуют полукруглую опору для пальца. Прокладка 66 имеет длину приблизительно 25 мм между передним концом 69 и задним концом 70, так что часть пальца 64 между его кончиком 82 и приблизительно его первым суставом 83 (показан на фиг.18) лежит между передним и задним концами датчика 63. Изгиб прокладки в основном определяется линией 84 (показана на фиг.19), расположенной касательно к боковой стенке 72 под углом от 30

до 50

относительно горизонтали.17, 19 and 20 show a perspective view, a front section and a longitudinal section, respectively, of one embodiment of a finger sensor 63. The bend of the gasket 66 is correlated with respect to the average bend of the finger 64, so that the side walls 72 form a semicircular finger support. The gasket 66 has a length of approximately 25 mm between the front end 69 and the rear end 70, so that part of the finger 64 between its tip 82 and approximately its first joint 83 (shown in FIG. 18) lies between the front and rear ends of the sensor 63. The gasket bends in mainly determined by line 84 (shown in FIG. 19) located tangentially to side wall 72 at an angle of 30

up to 50

relative to the horizontal.

Размещение отверстия 73 в точке между одной третью и половиной длины прокладки 66 заставляет самый толстый участок сжимаемой части пальца или подушечку пальца 65 находиться над камерой 74 и внутри нее. Таким образом, часть пальца 64 с большей частью материала защищена от сжатия камерой. Placing the hole 73 at a point between one third and half the length of the gasket 66 causes the thickest portion of the compressible portion of the finger or the pad of the finger 65 to be above and inside the chamber 74. Thus, part of the finger 64 with most of the material is protected from being compressed by the camera.

В варианте датчика 63 для пальца, показанном на фиг.17, 19, 20 и 21 отверстие 73 обычно круглое, а камера имеет три части 75, 76 и 77, как показано на сечении фиг.19. Выбранные размеры датчика 63 для пальца, показанного на фиг.17, 19, 20 и 21, включают в себя стабилизирующую часть 75 камеры, которая в основном цилиндрическая и имеет диаметр приблизительно 7 мм. Кроме того, стабилизирующая часть 75 камеры достаточно глубока, так что любая часть пальца 64, которая проникает в камеру, остается по существу свободной от пертурбаций, даже если палец движется. Оптимальная глубина стабилизирующей части составляет приблизительно 2 мм. Монтажная часть 77 камеры 74 также цилиндрическая и имеет диаметр приблизительно 5 мм. Промежуточная часть 76 камеры имеет переменный диаметр, с покатыми стенками 85, так что верхняя кромка 86 имеет диаметр приблизительно 7 мм, а нижняя кромка 87 диаметр приблизительно 5 мм. Детектор 79 имеет диаметр до 5 мм в днище 68 монтажной части 77 камеры 74. In the embodiment of the finger sensor 63 shown in FIGS. 17, 19, 20 and 21, the hole 73 is usually round and the camera has three parts 75, 76 and 77, as shown in the section of FIG. 19. The selected dimensions of the finger sensor 63 shown in FIGS. 17, 19, 20 and 21 include a stabilizing portion 75 of the chamber, which is generally cylindrical and has a diameter of approximately 7 mm. In addition, the stabilizing portion 75 of the chamber is sufficiently deep so that any portion of the finger 64 that penetrates the chamber remains substantially free of perturbations, even if the finger moves. The optimum depth of the stabilizing part is approximately 2 mm. The mounting portion 77 of the chamber 74 is also cylindrical and has a diameter of approximately 5 mm. The intermediate portion 76 of the chamber has a variable diameter, with sloping walls 85, so that the upper edge 86 has a diameter of approximately 7 mm and the lower edge 87 of a diameter of approximately 5 mm. The detector 79 has a diameter of up to 5 mm in the bottom 68 of the mounting portion 77 of the chamber 74.

В другом варианте датчика 63 для пальца передняя собирающая линза 81 может быть добавлена к датчику для пальца изобретения, как показано на фиг.21. Линза функционирует как описано выше в отношении фиг.7, 13 и 16, собирая свет, падающий на линзу, который поглощался бы стенками 88, 85 и 89 камеры, если бы линза 81 отсутствовала. Таким образом, большее количество света, прошедшего через палец, направляется на фотодетектор 79, что приводит к более сильному измеряемому сигналу. In another embodiment of the finger sensor 63, a front collecting lens 81 may be added to the finger sensor of the invention, as shown in FIG. The lens functions as described above with respect to FIGS. 7, 13 and 16, collecting light incident on the lens, which would be absorbed by the walls 88, 85 and 89 of the camera if the lens 81 were absent. Thus, a greater amount of light transmitted through the finger is directed to the photodetector 79, which leads to a stronger measured signal.

Другие варианты датчика согласно изобретению могут быть специально сконструированы и изготовлены для использования с мочкой уха или с другим тонким участком тела, например, с ноздрей или губой, с применением описываемых здесь принципов. Также с использованием аналогичных принципов можно сделать датчик, использующий свойства затухания при отражении энергии от среды, а не пропускании энергии через среду. Other sensor options according to the invention can be specifically designed and manufactured for use with an earlobe or other thin area of the body, such as the nostril or lip, using the principles described here. Also using similar principles, you can make a sensor that uses the attenuation properties when reflecting energy from the medium, rather than transmitting energy through the medium.

Датчик 90, специально предназначенный для измерения отраженной энергии, показан в сечении на фиг.22. Корпус 91 размещен, примыкая к материалу 92, на котором должны проводиться измерения коэффициента отражения. Фотодетектор 93 и СИД 94 размещены внутри корпуса. В варианте, показанном на фиг.22, фотодетектор 93 расположен внутри камеры 95, а СИД размещен внутри камеры 96. Хотя на чертежах показаны односекционные камеры 95 и 96, они могут иметь любую удобную форму и размеры. Камеры 95 и 96 действуют так, чтобы стабилизировать оптическую длину пути, как описывалось выше, путем защиты от сжатия любой сжимаемой части материала, находящегося над камерами или входящего в них. A sensor 90, specifically designed to measure reflected energy, is shown in section in FIG. The housing 91 is placed adjacent to the material 92, which should be measured reflectance. A photodetector 93 and an LED 94 are located inside the housing. In the embodiment shown in FIG. 22, the photodetector 93 is located inside the camera 95, and the LED is located inside the camera 96. Although the single-section cameras 95 and 96 are shown in the drawings, they can be of any convenient shape and size. The chambers 95 and 96 act to stabilize the optical path length, as described above, by protecting against compression any compressible portion of the material located above the chambers or entering them.

Передняя собирающая линза (не показана) может быть добавлена к камере 95, имеющей внутри фотодетектор 93, как описывалось выше в отношении фиг.7, 13 и 16. Кроме того, коллиматорную линзу (не показана) можно добавить к камере 96, имеющей СИД 94 внутри, как описывалось выше в отношении фиг.9. Камеры 95 и 96 могут быть образованы с помощью оболочки (не показана) корпуса 91 или без ее помощи, как описывалось выше в отношении фиг.6. A front collecting lens (not shown) can be added to the camera 95 having a photodetector 93 inside, as described above with respect to FIGS. 7, 13 and 16. In addition, a collimator lens (not shown) can be added to the camera 96 having the LED 94 inside, as described above with respect to Fig.9. Chambers 95 and 96 may be formed with or without a shell (not shown) of the housing 91, as described above with respect to FIG. 6.

В других вариантах (не показаны) датчика 90 для измерения коэффициента отражения фотодетектор 93 может выдаваться из корпуса, а СИД 94 может размещаться внутри камеры 96, или же СИД 94 может выдаваться из корпуса, а фотодетектор может размещаться внутри одной камеры. В любом варианте камера (камеры) может иметь любое количество секций любой пригодной формы. In other embodiments (not shown) of the sensor 90 for measuring reflection coefficient, the photodetector 93 may be protruded from the housing, and the LED 94 may be disposed within the camera 96, or the LED 94 may be protruded from the housing, and the photodetector may be disposed within the same camera. In any embodiment, the camera (s) may have any number of sections of any suitable shape.

Вид датчика 90, работающего на отражение, можно с успехом использовать на материалах, когда фотодетектор и СИД не могут быть размещены на противоположных сторонах материала 92, например, в случае лба. Однако, датчик 90, измеряющий коэффициент отражения, можно применять везде, где нужно проводить невнедряющиеся измерения, например, в случае губы, мочки уха или пальца. The view of the reflection sensor 90 can be successfully used on materials when the photodetector and LEDs cannot be placed on opposite sides of the material 92, for example, in the case of the forehead. However, the sensor 90, which measures the reflection coefficient, can be used wherever non-intrusive measurements are needed, for example, in the case of a lip, earlobe or finger.

На фиг.23 показывается сечение другого датчика 97 согласно изобретению, где два корпуса 98 и 99 размещены, примыкая к материалу 100, на котором должны проводиться измерения. Корпуса 98 и 99 расположены на противоположных сторонах материала 100. Фотодетектор 101 размещен в камере 102 в корпусе 98. СИД 103 размещен в камере 104 в корпусе 99. Фотодетектор 101 и СИД 103 в основном съюстированы вдоль центральной оси 105. Хотя на чертеже показаны двухсекционные камеры 102 и 104, они могут иметь любую пригодную форму и размеры. Независимо от того, какая форма используется, камеры 102 и 104 работают для того, чтобы стабилизировать оптическую длину пути и тем самым снижать воздействия артефактов движения на измеряемый сигнал. On Fig shows a cross section of another sensor 97 according to the invention, where two cases 98 and 99 are placed adjacent to the material 100, which should be measured. The housings 98 and 99 are located on opposite sides of the material 100. The photodetector 101 is located in the chamber 102 in the housing 98. The LED 103 is located in the chamber 104 in the housing 99. The photodetector 101 and LED 103 are mainly aligned along the central axis 105. Although two-section cameras are shown in the drawing 102 and 104, they may have any suitable shape and size. No matter what form is used, cameras 102 and 104 work in order to stabilize the optical path length and thereby reduce the effects of motion artifacts on the measured signal.

Как отмечалось выше, датчик 97 может быть слегка модифицирован с помощью передней собирающей линзы (не показано), добавленной к камере 102 с фотодетектором 101 внутри. Коллиматорная линза (не показана) может добавляться к камере 104 с СИД 103 внутри. Кроме, того камеры могут быть образованы с помощью оболочки (не показана) корпуса 98 и 99 или без нее. Датчик 97 особенно оптимален, когда материал 100, сжимаемый более чем с одной стороны, поскольку каждая камера 102 и 104 поддерживает и предохраняет от сжатия любую сжимаемую часть материала, которая расположена над камерами или входит в них. As noted above, the sensor 97 can be slightly modified with a front collecting lens (not shown) added to the camera 102 with a photo detector 101 inside. A collimator lens (not shown) may be added to the camera 104 with the LED 103 inside. In addition, the cameras can be formed with or without a shell (not shown) of the housing 98 and 99. The sensor 97 is particularly optimal when the material 100 is compressible on more than one side, since each camera 102 and 104 supports and prevents any compressible part of the material that is located above or enters the cameras from being compressed.

Фиг. 24 показывает сечение другого датчика 106 изобретения, где камера 107 со стенками 108 образована для концентрации или "стягивания в воронку" энергии с направлением ее на поверхность фотодетектора 109. Отверстие 110 образовано в корпусе 111, причем это отверстие ведет в основном к конической камере 107. Корпус 111 размещен, примыкая к материалу 112, на котором должны проводиться измерения, а камера 107 размещена, непосредственно примыкая к легко сжимаемой части материала. Фотодетектор 109 размещен внутри камеры 107, обычно у днища камеры. СИД 113 размещен на материале 112, в основном напротив фотодетектора 109 и будучи съюстирован с ним. FIG. 24 shows a cross section of another sensor 106 of the invention, where a chamber 107 with walls 108 is formed to concentrate or “pull into a funnel” energy and direct it to the surface of the photodetector 109. A hole 110 is formed in the housing 111, this opening leading mainly to the conical chamber 107. The housing 111 is placed adjacent to the material 112 on which measurements are to be taken, and the chamber 107 is placed adjacent to the easily compressible part of the material. A photodetector 109 is located inside the camera 107, usually at the bottom of the camera. The LED 113 is located on the material 112, mainly opposite the photodetector 109 and being aligned with it.

Как уже отмечалось, часть материала 112 поддерживается областью, окружающей отверстие 110. Кроме того, отверстие и камера достаточно широки, так что любая легко сжимаемая часть материала 112 может проникнуть в камеру 107 не сжимаясь, что предохраняет эту часть материала от сжатия, даже во время движения материала. Это значительно стабилизирует оптическую длину пути и улучшает точность сигнала, измеряемого фотодетектором. As already noted, part of the material 112 is supported by the area surrounding the hole 110. In addition, the hole and the chamber are wide enough so that any easily compressible part of the material 112 can penetrate into the chamber 107 without being compressed, which protects this part of the material from compression, even during material movement. This significantly stabilizes the optical path length and improves the accuracy of the signal measured by the photodetector.

Для дальнейшего улучшения точности при измерениях с помощью датчика 106 отражающим материалом, таким как металл с высоким коэффициентом отражения, покрывают стенки 108 камеры 107. Это заставляет отражаться свет, рассеянный материалом 112 и падающий на стенки камеры. Коническая форма заставляет свет концентрироваться в основном на фотодетекторе 109. To further improve the accuracy of measurements with the sensor 106, reflective material, such as high reflectance metal, covers the walls 108 of the chamber 107. This causes light to be scattered by the material 112 and incident on the walls of the chamber. The conical shape causes the light to concentrate mainly on the photo detector 109.

В зависимости от формы фотодетектора, камера 107 может оптимально иметь такой контур, чтобы максимально увеличить концентрацию света на фотодетектор 109. Если фотодетектор 109 плоский, лучше всего иметь камеру в основном с гиперболическим сечением. Однако если фотодетектор сферический или слегка изогнутый, как это часто бывает в связи с процессами его производства, лучше всего, чтобы камера имела коническое сечение с неизогнутыми стенками 108. Depending on the shape of the photodetector, the camera 107 may optimally have such a contour as to maximize the concentration of light on the photodetector 109. If the photodetector 109 is flat, it is best to have a camera with a mainly hyperbolic cross section. However, if the photodetector is spherical or slightly curved, as is often the case with its production processes, it is best for the camera to have a conical section with non-curved walls 108.

Как уже описывалось в отношении других вариантов датчика изобретения, датчик 106 можно модифицировать с включением в него передней собирающей линзы (не показана). В качестве альтернативы СИД 113 можно разместить внутри камеры 107 вместо фотодетектора 109. Когда СИД находится в камере, коллиматорную линзу (не показана) можно разместить внутри камеры 107. Два корпуса с двумя в основном коническими камерами можно использовать на одной или другой стороне материала 112. Единый корпус 11 с двумя в основном коническими камерами 107, размещенными рядом друг с другом, также может применяться для измерений на отражение. Кроме того, фотодетектор 109 и СИД 113 не обязательно нужно юстировать вдоль центральной оси. As already described with respect to other sensor options of the invention, the sensor 106 can be modified to include a front collecting lens (not shown). Alternatively, the LEDs 113 can be placed inside the camera 107 instead of the photodetector 109. When the LEDs are in the camera, a collimator lens (not shown) can be placed inside the camera 107. Two housings with two basically conical cameras can be used on one or the other side of the material 112. A single housing 11 with two mainly conical chambers 107 placed next to each other can also be used for reflection measurements. In addition, the photo detector 109 and LED 113 need not be aligned along the central axis.

Фиг. 25 показывает блок-схему одной системы, которая может использовать датчик изобретения для проведения невнедряющихся измерений (оптических) со сниженными помехами, вызываемыми артефактами движения. Система, показанная на фиг.25, это импульсный оксиметр, где используется датчик 63 для пальца, а также два измеряемых сигнала на разных длинах волн, один из которых обычно красного света, а другой обычно инфракрасного света, причем сигналы поочередно пропускаются через палец 64. Затем сигналы, измеренные фотодетектором, обрабатываются для определения количества кислорода, имеющегося в теле. Эта оценка производится путем определения насыщения гемоглобина в крови, которая содержит как обогащенный, так и обедненный кислородом гемоглобин. FIG. 25 shows a block diagram of one system that can use the sensor of the invention to perform non-intrusive measurements (optical) with reduced interference caused by motion artifacts. The system shown in FIG. 25 is a pulse oximeter using a finger sensor 63, as well as two measured signals at different wavelengths, one of which is usually red light and the other usually infrared light, the signals being alternately passed through finger 64. Then, the signals measured by the photodetector are processed to determine the amount of oxygen present in the body. This assessment is made by determining the saturation of hemoglobin in the blood, which contains both enriched and oxygen-depleted hemoglobin.

Один СИД 114, излучающий на длинах волн красного света и другой СИД 115, излучающий на длинах волн инфракрасного света. Они размещены, примыкая к пальцу 64. Датчик 63 для пальца размещен под пальцем, а отверстие 73 и камера 74 размещены непосредственно примыкая к подушечке пальца 65. Фотодетектор 79 в днище 68 камеры 74 соединен с одним каналом общей схемы обработки сигнала, включая усилитель 116, который в свою очередь, соединен с полосовым фильтром 117. Полосовой фильтр 117 пропускает сигнал в синхронизированный демодулятор 118, имеющий ряд выходных каналов. Один выходной канал предназначен для сигналов, соответствующих видимым длинам волн, а другой выходной канал предназначен для сигналов, соответствующих инфракрасным длинам волн. One LED 114 emitting at wavelengths of red light and another LED 115 emitting at wavelengths of infrared light. They are placed adjacent to the finger 64. The finger sensor 63 is placed under the finger, and the hole 73 and the camera 74 are placed directly adjacent to the finger pad 65. The photodetector 79 in the bottom 68 of the camera 74 is connected to one channel of the general signal processing circuit, including amplifier 116, which in turn is connected to a band-pass filter 117. The band-pass filter 117 passes a signal to a synchronized demodulator 118 having a number of output channels. One output channel is for signals corresponding to visible wavelengths, and another output channel is for signals corresponding to infrared wavelengths.

Каждый из выходных каналов синхронизированного демодулятора 118 для сигналов, соответствующих как видимым, так и инфракрасным длинам волн, подсоединен к отдельным трактам, причем каждый тракт содержит дальнейшие схемы обработки сигнала. Каждый тракт содержит элемент удлинения смещения постоянного тока 119 и 120, например, дифференциальный усилитель, усилитель с программируемой регулировкой усиления 121 и 122 и фильтра нижних частот 123 и 124. Выход каждого фильтра нижних частот 123 и 124 усиливается во втором усилителе с программируемой регулировкой усиления 125 и 126, а затем подается на вход мультиплексора 127. Each of the output channels of the synchronized demodulator 118 for signals corresponding to both visible and infrared wavelengths is connected to separate paths, each path containing further signal processing circuits. Each path contains a DC bias extension element 119 and 120, for example, a differential amplifier, a programmable gain amplifier 121 and 122, and a low-pass filter 123 and 124. The output of each low-pass filter 123 and 124 is amplified in a second programmable gain amplifier 125 and 126, and then fed to the input of multiplexer 127.

Мультиплексор 127 подсоединен к аналого-цифровому преобразователю 128, который в свою очередь, соединен с микропроцессором. Образуются линии управления между микропроцессором 129 и мультиплексором 127, микропроцессором 129 и аналого-цифровым преобразователем 128 и микропроцессором 129 и каждым усилителем с программируемой регулировкой усиления 121, 122, 125 и 126. Микропроцессор 129 имеет дополнительные линии управления, одна из которых ведет к дисплею 130, а другая ведет к возбудителю СИД 131, расположенному в петле обратной связи с двумя СИД 114 и 115. A multiplexer 127 is connected to an analog-to-digital converter 128, which in turn is connected to a microprocessor. Control lines are formed between the microprocessor 129 and the multiplexer 127, the microprocessor 129 and the analog-to-digital converter 128 and the microprocessor 129 and each amplifier with programmable gain control 121, 122, 125 and 126. The microprocessor 129 has additional control lines, one of which leads to the display 130 and the other leads to the pathogen LED 131 located in the feedback loop with two LEDs 114 and 115.

Каждый из СИД 114 и 115 поочередно излучает энергию, которая поглощается пальцем 64 и принимается фотодетектором 79. Фотодетектор формирует электрический сигнал, который соответствует интенсивности световой энергии, падающей на его поверхность. Усилитель 116 усиливает этот электрический сигнал для легкости его обработки. Затем полосовой фильтр 117 удаляет нежелательные высокие и низкие частоты. Синхронизированный демодулятор 118 разделяет электрический сигнал на электрические сигналы, соответствующие компонентам световой энергии красного и инфракрасного света. Заранее определенное опорное напряжение V_ref вычитается элементом удаления смещения постоянного тока 119 и 120 из каждого отдельного сигнала для удаления в основном постоянного поглощения, которое соответствует поглощению, когда отсутствуют артефакты движения. Тогда первые усилители с программируемой регулировкой усиления 121 и 122 усиливают каждый сигнал для облегчения манипуляций. Фильтры нижних частот 123 и 124 интегрируют каждый сигнал для удаления нежелательных высокочастотных компонентов, а вторые усилители с программируемой регулировкой усиления 125 и 126 усиливают каждый сигнал для облегчения дальнейшей их обработки.Each of the LEDs 114 and 115 alternately emits energy that is absorbed by the finger 64 and is received by the photodetector 79. The photodetector generates an electrical signal that corresponds to the intensity of the light energy incident on its surface. Amplifier 116 amplifies this electrical signal for ease of processing. The bandpass filter 117 then removes the unwanted high and low frequencies. The synchronized demodulator 118 splits the electrical signal into electrical signals corresponding to the light energy components of red and infrared light. The predetermined reference voltage V _ref is subtracted by the DC bias removal element 119 and 120 from each individual signal to remove mainly constant absorption, which corresponds to absorption when there are no motion artifacts. Then the first amplifiers with programmable gain control 121 and 122 amplify each signal to facilitate manipulation. Low pass filters 123 and 124 integrate each signal to remove unwanted high-frequency components, and second programmable gain amplifiers 125 and 126 amplify each signal to facilitate further processing.

Мультиплексор 127 действует как аналоговый переключатель между электрическими сигналами, соответствующими энергии красного и инфракрасного света, давая возможность сначала сигналу, соответствующему красному свету, поступать в аналого-цифровой преобразователь 128, а затем сигналу, соответствующему инфракрасному свету, поступить в этот преобразователь. Это исключает необходимость применять множественные аналого-цифровые преобразователи. Аналого-цифровой преобразователь 128 вводит данные в микропроцессор 129 для расчета насыщения кислородом в соответствии с известными методами, например, такими, которые описаны в заявке на патент США N 660060, озаглавленный "Аппарат и метод для обработки сигнала", поданной 7 марта 1991 г. назначенной фирмой "Вайтел Сигналс, Инк". Микропроцессор 129 из центра управляет мультиплексором 127, аналого-цифровым преобразователем 128, и 1-ми и 2-ми усилителями с программируемой регулировкой усиления 121, 125, 122 и 126 для красного и инфракрасного канала. Кроме того, микропроцессор 129 управляет интенсивностью СИД 114 и 115 через возбудитель СИД в серво-петле для того, чтобы поддерживать среднюю интенсивность, принимаемую фотодетектором 79, в соответствующем диапазоне. Multiplexer 127 acts as an analog switch between electrical signals corresponding to the energy of red and infrared light, allowing first the signal corresponding to red light to enter the analog-to-digital converter 128, and then the signal corresponding to infrared light to enter this converter. This eliminates the need for multiple analog-to-digital converters. An analog-to-digital converter 128 enters data into a microprocessor 129 to calculate oxygen saturation in accordance with known methods, such as those described in US Patent Application No. 660060, entitled "Apparatus and Method for Signal Processing", filed March 7, 1991. appointed by Whiteel Signals, Inc. A microprocessor 129 from the center controls the multiplexer 127, the analog-to-digital converter 128, and the 1 and 2 amplifiers with programmable gain control 121, 125, 122 and 126 for the red and infrared channels. In addition, the microprocessor 129 controls the intensity of the LEDs 114 and 115 through the LED driver in the servo loop in order to maintain the average intensity received by the photo detector 79 in a suitable range.

Передняя собирающая линза или другие оптические элементы могут быть добавлены к камере в любом оптическом датчике изобретения для более эффективного направления света на фотодетектор. Положение фотодетектора и СИД можно взаимно поменять в любом из описанных выше датчике. Днище любой камеры, образованной в основании оптического датчика согласно изобретению может оставаться открытым, покрываться материалом, таким как непрозрачная лента, или покрываться оболочкой материала корпуса, не влияя на снижение артефактов движения, вызванное камерой. Кроме того, измерения на отражении можно проводить с помощью датчиков изобретения путем установки и фотодетектора и СИД на корпусе датчика. Набор СИД или фотодетекторов можно установить в камере или прикрепить к материалу так, что более одного сигнала можно было бы измерять одновременно. Любой материал, имеющий камеру, а внутри камеры детектор или СИД, снизит действие артефактов движения при невнедряющихся измерениях поглощения (или отражения) в соответствии с изобретением. A front collecting lens or other optical elements can be added to the camera in any optical sensor of the invention to more efficiently direct light to the photodetector. The position of the photodetector and LED can be mutually changed in any of the sensors described above. The bottom of any camera formed at the base of the optical sensor according to the invention can remain open, covered with a material such as an opaque tape, or covered with a shell of the body material without affecting the reduction of motion artifacts caused by the camera. In addition, reflection measurements can be carried out using the sensors of the invention by installing both a photo detector and an LED on the sensor body. A set of LEDs or photo detectors can be mounted in the camera or attached to the material so that more than one signal can be measured at the same time. Any material with a camera and a detector or LED inside the camera will reduce the effect of motion artifacts in non-intrusive measurements of absorption (or reflection) in accordance with the invention.

Понятно, что датчик изобретения можно использовать при любых обстоятельствах, когда нужно провести измерения прошедшей или отраженной энергии, включая, но не ограничиваясь этим, измерения, проводимые на пальце, мочке уха, губе или лбу. Таким образом, имеются многочисленные другие варианты реализации, очевидные для специалиста, включая, но не ограничиваясь этим, изменения формы датчика, изменения материала, из которого выполнен датчик, включая жесткие и упругие материалы, и изменения формы, размеров и расположения камеры. Более того, камеру (камеры) можно покрыть целиком или частично отражающим материалом, чтобы помочь направлять энергию на детектор. Датчик изобретения может применяться при измерениях энергии других видов. В зависимости от вида энергии, наиболее оптимально применяемой в измерении, можно менять тип излучателя или приемника энергии. Это изобретение можно реализовать в других специфических формах, не отходя от его существенных характеристик. Описанные варианты реализации следует рассматривать во всех отношениях только в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничений. It is understood that the sensor of the invention can be used in all circumstances when it is necessary to measure the transmitted or reflected energy, including, but not limited to, measurements taken on the finger, earlobe, lip or forehead. Thus, there are numerous other implementation options that are obvious to a person skilled in the art, including, but not limited to, changing the shape of the sensor, changing the material of the sensor, including rigid and elastic materials, and changing the shape, size and location of the camera. Moreover, the camera (s) can be coated in whole or in part with reflective material to help direct energy to the detector. The sensor of the invention can be used in other types of energy measurements. Depending on the type of energy that is most optimally used in the measurement, the type of emitter or receiver of energy can be changed. This invention can be implemented in other specific forms without departing from its essential characteristics. The described implementation options should be considered in all respects only as an illustration, and not as limitations.

Claims

1. A device for detecting energy transmitted through a compressible material, comprising a housing having a supporting surface for supporting the test compressible material, on which an inlet, an energy source and a detector for detecting energy transmitted through the material are made, characterized in that the housing comprises a camera having said inlet and made with the possibility of overlapping this hole and getting into the chamber of compressible material when it is placed on the supporting surface to reduce distortion Ia material over the opening, wherein the energy source arranged to supply energy providing through the material inlet and a chamber on the detector.

2. The device according to claim 1, characterized in that the energy source is made in the form of a light source, and the detector records light energy.

3. The device according to claim 2, characterized in that the light source is made in the form of a light emitting diode.

4. The device according to claim 1, characterized in that the detector is placed in the camera.

5. The device according to claim 4, characterized in that the energy source is placed outside the chamber opposite the hole.

6. The device according to claim 4, characterized in that it is designed to work with light energy and contains a light-collecting lens placed inside the camera between the inlet and the detector.

7. The device according to claim 1, characterized in that the energy source is placed in the chamber.

8. The device according to claim 7, characterized in that the detector is placed outside the camera opposite the hole.

9. The device according to claim 7, characterized in that it is made for working with light energy and comprises a collimator lens assembly located inside the chamber between the inlet and the energy source.

10. The device according to claim 1, characterized in that the camera has a cone-shaped wall.

11. The device according to claim 1, characterized in that the camera is made with reflective walls.

12. The device according to claim 1, characterized in that it comprises a second housing with a camera having an inlet located on the supporting surface of the second housing, the second housing being located opposite the first housing so as to block the inlet of the second housing with compressible material and the last into the chamber of the second body while maintaining its supporting surface.

13. The device according to p. 12, characterized in that the energy source is located in the first chamber, and the detector in the second chamber.

14. The device according to claim 1, characterized in that the housing contains a second chamber with an inlet on the supporting surface of the housing, made to ensure that this hole overlaps with compressible material and the latter enters the second chamber when it is located on the supporting surface, while the detector is placed in the first chamber, and the energy source in the second chamber with the provision of energy through the inlet of the second chamber.

15. The device according to p. 1, characterized in that the camera consists of two coaxial parts of different widths, while the detector is placed in a narrower part of the camera.

16. The device according to claim 1, characterized in that the compressible material is a living tissue.

17. The device according to clause 16, wherein the living tissue is a portion of the patient’s body.

18. The device according to claim 1 or 17, characterized in that the supporting surface is made of a semi-cylindrical shape.

19. The device according to claim 1, characterized in that the chamber consists of three coaxial parts, the extreme of which are cylindrical of different diameters, and the middle is in the form of a truncated cone, while the inlet is placed in the outer chamber of a larger diameter.

20. The device according to claim 19, characterized in that it is designed to work with light energy and contains a light-collecting lens located in the middle part of the camera, and the detector is made in the form of a light detector and placed in the outer chamber of a smaller diameter.

21. A method of detecting energy transmitted through a compressible material, comprising supplying energy to a compressible material placed on a supporting surface of a device body for recording energy with an inlet, receiving energy transmitted through this material through a detector, characterized in that the device body comprises a camera having said inlet, a compressible material is placed on a supporting surface overlapping the inlet so that part of the material above the inlet enters the chamber and remains I am incompressible, while the energy is fed through the material, the inlet and the camera to the detector.

22. The method according to item 21, wherein the living tissue is used as a compressible material.

23. The method according to item 21, characterized in that register light energy.