Настоящее изобретение в целом относится к оценке показателей, указывающих на частоту пульса и насыщение кислородом артериальной крови (SpO2) у пациента. В частности, настоящее изобретение применяется в сочетании с оптическим датчиком пульсового оксиметра. Оптический источник содержит увеличенное светоизлучающее выходное отверстие и одновременно с этим имеет малую толщину и высокую степень гибкости для обеспечения возможности размещения оптического источника возле целевой ткани пациента, так что оптический датчик будет описан с учетом этих сведений. Однако следует понимать, что настоящее изобретение также может иметь и другие назначения и не обязательно ограничено вышеуказанным назначением.
В клинической практике пульсоксиметрия стала стандартом медицинского обслуживания. При пульсоксиметрии осуществляют непрерывное неинвазивное считывание показаний с получением критически важной информации о частоте пульса и SpO2 пациента.
При пульсоксиметрии красный и инфракрасный свет пропускают через ткань и принимают фотоприемником. Частоту сердечного пульса получают из пульсирующего светового сигнала, обусловленного колебанием объема артериальной крови. Измерение насыщения кислородом производится на основе соотношения амплитуды импульсов красных и инфракрасных сигналов с учетом разницы в цвете между связанным с кислородом гемоглобином и несвязанным с кислородом гемоглобином.
Однако эта измерительная технология имеет ограниченную точность, что накладывает ограничения на доступные для измерения участки целевой ткани и может привести к получению недостоверных показателей. Существуют четыре важных ограничивающих аспекта пульсоксиметрии:
(1) чувствительность показаний SpO2 вследствие наличия крупных артерий или неоднородного сосудистого русла,
(2) большой размер зондов пульсового оксиметра для вставки в узкие пространства внутри и снаружи тела человека,
(3) чувствительность плетизмографического сигнала и показаний SpO2 к контактному давлению датчика и
(4) возникновение дискомфорта вследствие точек пережатия из-за продолжительного контакта с тканью.
Во-первых, наличие крупных артерий в ткани, или неоднородной сосудистой сети, может существенно снизить точность пульсоксиметрии. Точное местоположение этих крупных артерий по отношению к источнику и детектору пульсового оксиметра сильно зависит от местоположения датчика, а также различно для каждого пациента. Эти факторы снижают точность и прецизионность пульсового оксиметра. Известные датчики для коммерческого использования накладывают на части тела, в которых рядом с поверхностью кожи не проходят какие-либо крупные артерии (например, на палец, мочку уха, ушную раковину, область сразу над бровью и т.д.). Области с крупными артериями, такие как висок и слуховой проход, не подходят для измерения SpO2, поскольку наличие крупных артерий может делать невозможной универсальную калибровку пульсового оксиметра.
Неоднородная сосудистая сеть ограничивает использование слизистой ткани для пульсоксиметрии. Слизистая ткань не содержит эпидермис и дерму, что является недостатком с оптической точки зрения, поскольку слой эпидермиса и/или слой дермы делает свет однородным до того, как он попадет на какие-либо утолщенные кровеносные сосуды. Носовая перегородка критически ослабленных пациентов может являться очень интересным участком слизистой вследствие постоянства своих перфузионных свойств. Однако наличие крупных артерий рядом с поверхностью кожи делает результат измерения недостоверным.
Во-вторых, тонкий оптический источник и датчик обеспечивают возможность размещения пульсового оксиметра в узком пространстве (например, ноздре, носовых накладках очков, за ухом и т.д.). Например, пространство между перегородкой и другой стороной ноздри может составлять приблизительно 2 мм.
В-третьих, на результат измерения SpO2 сильно влияет контактное усилие, оказываемое датчиком на ткань. Необходимо, чтобы световой датчик оказывал мягкое небольшое давление, с тем чтобы устранить пульсацию вен и получить достоверный результат измерения SpO2. Однако движение пациента часто приводит к колебаниям контактного давления, что приводит к получению недостоверного результата измерения. Жесткость известных пульсовых оксиметров обусловливает сильную чувствительность контактного давления к движению пациента. Например, перегородка не может просто деформироваться, поскольку у каждого пациента перегородка может иметь различную кривизну или форму. Жесткий оптический контакт может сделать результат измерения очень чувствительным к движению.
В-четвертых, жесткость известных пульсовых оксиметров вызывает у пациента дискомфорт. Вследствие жесткости датчика ткань пациента деформируется таким образом, что она равномерно соприкасается с жестким оптическим датчиком вне зависимости от каких-либо неровностей или кривизны поверхности ткани. Однако продолжительная деформация ткани вызывает дискомфорт, а в тяжелых случаях и некроз ткани. Кроме того, если ткань (например, носовая перегородка) не может деформироваться из-за своей жесткости, то контакт между тканью и датчиком с высокой степенью вероятности не будет обеспечивать хорошее совмещение, что вызовет повышенное контактное давление и дискомфорт.
В настоящем документе предложены новые усовершенствованные способы и системы, которые решают не только вышеописанные, но и другие проблемы.
Решение проблемы, связанной с крупными артериями, может заключаться в том, чтобы сделать площадь источника намного больше, чем максимальный размер сосудов. Таким образом, перекрытие основного пути света крупным сосудом может быть предотвращено благодаря тому, что основной путь света распределен в пространстве и будет всегда формироваться вокруг любого более крупного сосуда. Однако стандартные источники света для пульсоксиметрии (то есть, светодиоды) обычно имеют намного меньшие размеры (примерно 100 микрометров). Эта проблема решена за счет жесткого светорассеивающего материала, расположенного перед светодиодом для увеличения пространственной области, через которую излучают свет.
Увеличенную область оптического освещения сложно сочетать с тканью в узком пространстве/полости, поскольку дополнительный слой рассеивающего материала обуславливает дополнительную толщину. Например, если датчик имеет область оптического освещения с необходимым диаметром, составляющим 10 мм, то для достижения этого размера необходим дополнительный слой в 5 мм, что ограничивает возможность применения датчика в стесненных пространствах на теле. Один из известных способов решения этой проблемы заключается в создании дисплея, в котором светодиоды размещены на сторонах плоского волновода, а свет рассеивается из волновода (см. патент США № 3,871,747). Однако такой волновод не работает при прямом контакте с тканью человека, поскольку ткань человека имеет более высокий показатель преломления, чем воздух (то есть, выходная среда дисплеев). Следовательно, свет выходит из волновода слишком быстро, что приводит к слабому выходу света в ткань.
Увеличенную область оптического освещения также сложно объединить с проблемой неоднородного контактного давления и проблемой дискомфорта пациента. Если область жесткого оптического источника увеличится, то степень деформации ткани будет также пропорционально увеличена. Если геометрия ткани не дополняет геометрию датчика, то существует риск возникновения реакции на оказываемое давление, а также на движение пациента и датчика. Датчик также будет намного менее комфортным вследствие неоднородности оказания давления. Например, твердая плоская структура, прижимаемая к криволинейной носовой перегородке, будет вызывать у пациента сильный дискомфорт.
В соответствии с одним аспектом предложен оптический источник для направления света на целевое место пациента. Оптический источник содержит по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью излучения красного и инфракрасного света. По меньшей мере один источник света встроен в светопроводящий лист. Светораспределяющий элемент расположен на расстоянии по меньшей мере от одного источника света. Светораспределяющий элемент содержит светоизлучающую поверхность и по меньшей мере одну светоприемную поверхность, оптически соединенную со светопроводящим листом. Светораспределяющий элемент выполнен с возможностью выпуска по меньшей мере части излучаемого красного света и по меньшей мере части излучаемого инфракрасного света в целевое место.
В соответствии еще с одним аспектом предложен способ освещения целевого места красным и инфракрасным светом, согласно которому размещают оптический источник по меньшей мере рядом с целевым местом. Каждый из красного света и инфракрасного света излучают по меньшей мере из одного источника света. По меньшей мере часть красного света и по меньшей мере часть инфракрасного света направляют вдоль гибкого светопроводящего листа. По меньшей мере часть красного света и по меньшей мере часть инфракрасного света направляют в целевое место посредством гибкой светоизлучающей поверхности, которая примыкает по меньшей мере к части целевого места.
В соответствии еще с одним аспектом предложен оптический источник для направления света в целевое место пациента. Оптический источник содержит по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью излучения красного и инфракрасного света. Светопроводящий лист выполнен с формованием вокруг по меньшей мере части по меньшей мере одного источника света. Светопроводящий лист выполнен с возможностью направления части излучаемого красного света и по меньшей мере части излучаемого инфракрасного света. Покровный слой размещен по меньшей мере на части светопроводящего листа. Покровный слой выполнен с возможностью отражения по меньшей мере части излучаемого красного света и по меньшей мере части излучаемого инфракрасного света и с возможностью удержания красного и инфракрасного света в светопроводящем листе. Выходное отверстие расположено на части светопроводящего листа, не взаимодействующей с покровным слоем. Выходное отверстие окружено по меньшей мере частью покровного слоя. Выходное отверстие выполнено с возможностью излучения красного и инфракрасного света по направлению к целевому месту.
Одно из преимуществ состоит в обеспечении точных показаний частоты пульса и SpO2 при наличии крупных артерий и/или неоднородной сосудистой сети в целевой ткани.
Еще одно преимущество заключается в возможности размещения пульсового оксиметра на узком участке целевой ткани.
Еще одно преимущество заключается в возможности размещения пульсового оксиметра вокруг криволинейной целевой ткани.
Еще одно преимущество заключается в повышенной комфортности для пациента.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания приведенного далее раздела «Осуществление изобретения».
Настоящее изобретение может представлять собой различные компоненты и конструкции из компонентов, а также различные этапы и процессы, состоящие из этапов. Чертежи приведены исключительно с целью иллюстрации предпочтительных вариантов реализации, и их не следует толковать как ограничение настоящего изобретения.
На фиг. 1 показан оптический источник, расположенный рядом с целевой тканью.
На фиг. 2 показан покомпонентный вид оптического источника, показанного на фиг. 1, для использования с пульсовым оксиметром.
На фиг. 3 показан перспективный вид оптического источника, показанного на фиг. 2, в собранном виде.
На фиг. 4 показан вид в разрезе, выполненном по линии 4-4, показанной на фиг. 3.
На фиг. 5A-5D показаны изображения альтернативного варианта реализации оптического источника для использования с пульсовым оксиметром.
На фиг. 6 показан пример блок-схемы, иллюстрирующей направление света из оптического источника на целевую ткань.
Настоящее изобретение относится к системе и способу для оптического источника 10 пульсового оксиметра 1. Согласно фиг. 1, оптический источник 10 выполнен с возможностью использования со светоприемным устройством 11 пульсового оксиметра 1, размещенным на целевой ткани или рядом с ней. Как описано в данном документе, термин «целевая ткань» относится к любой необходимой целевой ткани (например, перегородке, внешней поверхности носа, ткани внутри ноздри, пальцу, мочке уха, ушной раковине, ткани за ухом, ткани внутри уха, ткани в области над бровью, глазной впадине, ткани внутри пищевода, слизистой рта, черепу, ткани на лбу и т.д.). Оптический источник 10 (и, при необходимости, светоприемное устройство 11) имеет пространственную протяженность, а также выполнен тонким и гибким. Пространственные размеры оптического источника 10 (и, при необходимости, светоприемного устройства 11) обеспечивают возможность получения пульсовым оксиметром точных показаний, указывающих на пульс пациента (например, частоту пульса, SpO2 и т.д.) при наличии неоднородностей и крупных пульсирующих артерий с одновременным уменьшением вероятности потенциального смещения во время использования. Благодаря небольшой толщине оптического источника 10 (и, при необходимости, светоприемного устройства 11) обеспечена возможность применения пульсоксиметрии в ограниченных пространствах целевой ткани. Благодаря гибкости оптического источника 10 обеспечена возможность применения пульсоксиметрии по отношению к криволинейным целевым тканям, что помогает предотвратить возникновение точек пережатия, а также устраняет дискомфорт. Кроме того, благодаря гибкости оптического источника 10 (и, при необходимости, светоприемного устройства 11) для измерения SpO2 на пациента оказывается однородная контактная нагрузка минимального уровня. Как описано в данном документе, термин «гибкость» и его вариации относится к характеристике элемента или структуры, которая имеет низкое значение жесткости относительно перегородки и иных тканей, вплотную к которым размещают оптический источник 10 (и, при необходимости, светоприемное устройство 11).
Согласно фиг. 2, оптический источник 10 согласно одному из вариантов реализации содержит по меньшей мере один источник 12 света, набор электронных средств 14, гибкий светораспределяющий элемент 16, гибкий светопроводящий лист 18, гибкий корпус 20 и гибкий светопоглощающий материал 22. По меньшей мере один источник 12 света выполнен с возможностью излучения красного и инфракрасного света. В одном из примеров по меньшей мере один источник 12 света может содержать по меньшей мере одну пару светодиодов, в которой первый светодиод 12' выполнен с возможностью излучения красного света, а второй светодиод 12'' выполнен с возможностью излучения инфракрасного света. Как показано на фиг. 2, по меньшей мере один источник 12 света содержит две пары, образованные из первых светодиодов 12' и вторых светодиодов 12''. Будет понятно, что оптический источник 10 может содержать равное количество первых светодиодов 12' и вторых светодиодов 12''. В показанном варианте реализации первый и второй светодиоды 12' и 12'' расположены с образованием по существу прямоугольной конфигурации. Однако первый и второй светодиоды 12' и 12'' могут быть расположены с образованием иной конфигурации (например, круговой).
По меньшей мере один источник 12 света функционально соединен с набором электронных средств 14. Электронные средства 14 образуют компоненты электрической схемы (например, печатную плату, контактные провода и т.д.) для оптического источника 10. Как показано на фиг. 2, первый светодиод 12' размещен рядом со вторым светодиодом 12'' на первом конце 24 электронных средств 14. Однако будет понятно, что первый светодиод 12' может быть расположен на первом конце 24 электронных средств 14, а второй светодиод 12'' может быть расположен на втором конце 26 электронных средств. Электронные средства 14 содержат электронную схему, выполненную из гибкого материала (например, полиэфира, эфира оксикетона, полиимида, прозрачного проводящего полиэфира, тонкого металла и т.д.), что обеспечивает возможность соответствия оптического источника 10 кривизне целевой ткани.
Гибкий светораспределяющий элемент 16 выполнен с возможностью передачи и рассеивания каждого из красного света и инфракрасного света, излучаемых по меньшей мере из одного источника 12 света по направлению к целевой ткани. Как описано более подробно ниже, светораспределяющий элемент 16 выводит красный и инфракрасный свет, излучаемые по меньшей мере из одного источника 12 света, как однородный источник рассеянного света. Светораспределяющий элемент 16 имеет, например, светоизлучающую поверхность 28, поверхность 30 с частичным отражением и по меньшей мере одну светопроводящую поверхность 32, которая оптически соединена со светопроводящим листом 18. Отражающие частицы 34 (например, частицы TiO2) удерживаются в подвешенном состоянии в светораспределяющем элементе 16. Отражающие частицы 34 могут представлять собой микрочастицы или наночастицы. Например, каждая отражающая частица 34 может иметь диаметр в диапазоне от 0,2 микрометров до приблизительно 10 микрометров. В одном из примеров светораспределяющий элемент 16 может быть выполнен таким образом, что отражающие частицы 34 различаются в пространственном отношении с повышением плотности по мере удаления по меньшей мере от одного источника 12 света и уменьшением плотности по мере приближения по меньшей мере к одному источнику света с обеспечением формирования светоотражающего градиента, что обеспечивает распределение света от светоизлучающей поверхности 28, имеющей выбранную однородность.
Светораспределяющий элемент 16 имеет толщину в диапазоне от 10 микрометров до приблизительно 2 миллиметров. В одном из примеров светораспределяющий элемент 16 имеет толщину, составляющую приблизительно 1,0 миллиметр. Светораспределяющий элемент 16 имеет площадь поверхности, составляющую приблизительно 1 см2, хотя светораспределяющий элемент может иметь площадь поверхности, составляющую приблизительно 1 мм2. На чертежах светораспределяющий элемент 16 имеет квадратную форму, однако возможны и иные формы (например, прямоугольная, круглая, эллиптическая, многоугольная с n-сторонами и т.д.). В некоторых примерах светораспределяющий элемент 16 может иметь сужающуюся конфигурацию, что увеличивает однородность выходного света. В одном из альтернативных вариантов реализации слой 30 с частичным отражением может быть выполнен шероховатым с тем, чтобы иметь матрицу отверстий или углублений, заполненных эластомерным материалом с показателем преломления, отличным от материала светопроводящего листа 18 (например, силиконом) для получения однородного оптического соединения.
Светопроводящий лист 18 выполнен с возможностью проведения красного и инфракрасного света, излучаемых по меньшей мере из одного источника 12 света, и выполняет функцию волновода между по меньшей мере одним источником 12 света и светораспределяющим элементом 16. Светопроводящий лист 18 выполнен из эластомера (например, силикона). Светопроводящий лист 18 выполнен с формованием по меньшей мере вокруг одного источника 12 света и электронных средств 14 таким образом, что этот источник света и электронные средства выполнены встроенными в светопроводящий лист. Как показано на фиг. 2, светопроводящий лист 18 полностью охватывает по меньшей мере один источник 12 света и электронные средства 14. В одном из примеров светораспределяющий элемент 16 и светопроводящий лист 18 представляют собой два отдельных элемента, причем светопроводящий лист 18 оптически соединен со стыкуемыми кромками светораспределяющего элемента 16. Еще в одном примере светораспределяющий элемент 16 и светопроводящий лист 18 выполнены за одно целое друг с другом. В некоторых примерах для улучшения оптического соединения с целевой тканью используют оптический соединительный гель (не показан). После формования первый конец 26 электронных средств 14 покрыт оболочкой на первом конце 38 светопроводящего листа 18, а второй конец 28 электронных средств покрыт оболочкой на втором конце 40 светопроводящего листа. Толщина светопроводящего листа 18 приблизительно равна толщине светораспределяющего элемента 16. Будет понятно, что толщина светопроводящего листа 18 может быть изменена для улучшения однородности света, выходящего из светораспределяющего элемента 16. Например, толщина светопроводящего листа 18 может быть уменьшена на своем первом конце 38 и/или своем втором конце 40 по меньшей мере рядом с одним источником 12 света.
Гибкий корпус 20 выполнен с возможностью удержания и поддержки по меньшей мере одного источника 12 света, электронных средств 14, светораспределяющего элемента 16, светопроводящего листа 18 и светопоглощающего материала 22. Светопроводящий лист 18 покрыт белым покровным материалом 36 (например, силиконом с высокой плотностью наночастиц TiO2), отражающим (то есть, блокирующим) излучаемые красный и инфракрасный свет. Белый покровный материал 36 также выполнен непрозрачным для обеспечения рассеивания красного и инфракрасного света в направлении светораспределяющего элемента 16, из которого свет рассеивают однородным образом на целевую ткань. В одном из примеров белый покровный материал 36 блокирует любой световой путь по меньшей мере из одного источника 12 света на ткань целевого места, что увеличивает геометрическую однородность оптического источника 10. При сохранении излучаемых красного и инфракрасного света в светопроводящем листе 18 после передачи в светораспределяющий элемент 16, свет, выходящий из светоизлучающей поверхности 28, является однородным.
Корпус 20 содержит основание 42 и комплементарную крышку 44. Основание 42 и крышка 44 выполнены из гибкого непрозрачного эластомерного материала (например, силикона с высокой плотностью наночастиц TiO2) для размещения оптического источника 10 рядом с криволинейнной целевой тканью. Основание 42 и крышка 44 имеют длину, составляющую приблизительно 2 см, и ширину, составляющую приблизительно 1 см. Будет понятно, что основание 42 и крышка 44 могут иметь любые подходящие размеры для размещения оптического источника 10 рядом с узкой и/или криволинейнной целевой тканью. Основание 42 содержит боковую стенку 46, проходящую вокруг его периметра. Боковая стенка 46 ограничивает светопроводящий лист 18. Крышка 44 содержит отверстие или выходное отверстие 48. Отверстие 48 имеет длину и ширину, которые соответствуют длине и ширине светораспределяющего элемента 16. Корпус 20 имеет отражающую внутреннюю поверхность для отражения красного и инфракрасного света обратно на светопроводящий лист 18 и фотодетектор 16. В одном из вариантов реализации корпус 20 представляет собой тонкий покровный слой, такой как фольга или краска.
Светопоглощающий материал 22 выполнен с возможностью поглощения по меньшей мере части рассеянного красного света и по меньшей мере части рассеянного инфракрасного света. Светопоглощающий материал 22 выполнен из гибкого материала, поглощающего красный и инфракрасный свет (например, имеет черный цвет). Светопоглощающий материал 22 примыкает к части нижних поверхностей светораспределяющего элемента 16 и светопроводящего листа 18. Светопоглощающему материалу 22 придана форма, позволяющая улучшить однородность красного света и инфракрасного света, излучаемых из светоизлучающей поверхности 28 светораспределяющего элемента 16. Поскольку рядом с кромками и в областях, приближенных по меньшей мере к одному источнику 12 света, обычно излучается больше света, светопоглощающий материал 22 по существу окружает светораспределяющий элемент 16 по его периметру. Светопоглощающий материал 22 имеет по меньшей мере одну увеличенную область 50, расположенную по меньшей мере рядом с одним источником 12 света для поглощения по меньшей мере части красного света и инфракрасного света, излучаемых указанным источником. Светопроводящий лист 18 может быть нанесен с формованием на светопоглощающий материал 22. В альтернативном варианте крышка 44 может быть выполнена цветной (например, окрашена) в области под светораспределяющим элементом 16 и рядом с кромками светопроводящего листа 18. Еще в одном варианте реализации нижние стороны светораспределяющего элемента 16 и светопроводящего листа 18 выборочно затемняют или пропитывают с получением узора из светопоглощающего материала или частиц.
Сборка оптического источника 10 будет описана согласно фиг. 3. Один или более выводов 52 соединены с электронными средствами 14. По меньшей мере один источник 12 света функционально соединен с электронными средствами 14 (например, путем соединения сваркой или соединения пайкой). Светопроводящий лист 18 выполнен с формованием вокруг по меньшей мере одного источника 12 света, электронных средств 14, по меньшей мере части светораспределяющего элемента 16 и светопоглощающего материала 22. В одном из вариантов реализации светопроводящий лист 18 размещен в основании 42 корпуса 20, а крышку 44 в дальнейшем вводят во взаимодействие с основанием 42. В одном из примеров крышка 44 посажена на основание 42 с защелкиванием. Еще в одном примере крышка 44 и основание 42 соединены вместе посредством зажимов, магнитов, зацепов и т.п. Еще в одном варианте реализации основание 42 и крышка 44 представляют собой цельный покровный слой. Когда крышка 44 соединена с основанием 42, отверстие 48 окружает светоизлучающую поверхность 28 по ее периметру. В одном из примеров светоизлучающая поверхность 28 и крышка 44 взаимодействуют с образованием плоской поверхности оптического источника 10. Еще в одном варианте реализации светопроводящий лист 18 снабжен отверстием (не показано) для светораспределяющего элемента 16, а в дальнейшем светораспределяющий элемент вставляют в отверстие с использованием оптического соединительного геля (не показан) или иного соединительного агента.
В одном из вариантов реализации собранный оптический источник 10 имеет длину, составляющую приблизительно 2 см, ширину, составляющую приблизительно 1 см и толщину, составляющую приблизительно 0,5-1 мм. Небольшая толщина оптического источника 10 предпочтительно обеспечивает возможность размещения оптического источника на узком участке целевой ткани. Будет понятно, что размеры оптического источника 10 могут быть изменены таким образом, что этот оптический источник может быть расположен на любой другой необходимой целевой ткани. В некоторых примерах отверстие 48 выполнено в крышке 44 по центру. Например, ширина отверстия 48 охватывает ширину крышки 44, а длина отверстия делит крышку на две равные непрозрачные части. Будет понятно, что отверстие 48 может быть расположено со смещением по отношению к центру крышки 44. Еще в одном варианте реализации светораспределяющий элемент 16 и светопроводящий лист 18 сформованы в виде цельной конструкции. Отражающие частицы 34 предпочтительно расположены на расстоянии по меньшей мере от одного источника 12 света и рядом с центром отверстия 48.
Оптический источник 10 также имеет высокую степень гибкости. Электронные средства 14, светораспределяющий элемент 16, светопроводящий лист 18, корпус 20 и светопоглощающий материал 20 предпочтительно выполнены из эластомерного материала с низкой степенью жесткости и степенью твердости (например, силикона) несмотря на то, что может быть использован и иной эластомерный материал. Благодаря гибкости оптического источника 10 обеспечена возможность соответствия оптического источника любой форме или контуру тела человека, с которым он используется, что обеспечивает оптимальный контакт с целевой тканью с одновременной гомогенизацией контактного давления с целевой тканью. Хорошие результаты дает жесткость от 0,005 Н/мм до 0,5 Н/мм, измеренная в промежутке, составляющем приблизительно 15 миллиметров. Жесткость может быть выбрана путем подбора силиконовых материалов и толщины гибкой электронной конструкции. Кроме того, мягкость оптического источника 10 уменьшает контактное давление, оказываемое на целевую ткань, что увеличивает комфорт пациента.
Согласно фиг. 4, оптический источник 10 выполнен с возможностью направления света в целевую ткань. Светопроводящий лист 18 полностью размещен в корпусе 20. Светораспределяющий элемент 16 по существу центрирован в корпусе 20. Светоизлучающая поверхность 28 светораспределяющего элемента 16 лежит по существу в одной плоскости с верхней поверхностью крышки 44. Первая пара содержит первый светодиод 12' и второй светодиод 12'', расположенные на первом конце 40 корпуса 20, а вторая пара содержит первый светодиод 12' и второй светодиод 12'', расположенные на втором конце 42 корпуса. Светопроводящий лист 18, который охватывает первый светодиод 12', выполнен между светодиодами и светораспределяющим элементом 16.
Когда красный и инфракрасный свет излучают от первого и второго светодиодов 12' и 12'', светопроводящий лист 18 в целом направляет свет в направлении излучения света, по существу параллельном светоизлучающей поверхности 28 (показано как луч 1 света). Как показано на фиг. 4, направление излучения света представляет собой горизонтальное направление. По меньшей мере часть излучаемого красного света и по меньшей мере часть излучаемого инфракрасного света контактируют со светопроводящим листом 18. После контакта светопроводящий лист 18 в целом отклоняет свет по направлению от корпуса 20 и по существу в направлении излучения света (показано как луч 2 света). Часть красного света и часть инфракрасного света поглощают светопоглощающим материалом 22 (показано как луч 3 света). Например, светопоглощающий материал 22 размещен ниже светораспределяющего элемента 16, так что поток однородного света излучают от светоизлучающей поверхности 28. Свет, поглощенный светопоглощающим материалом 22, не контактирует со светопроводящими поверхностями 32 светораспределяющего элемента 16. Непоглащенные части красного и инфракрасного света контактируют со светопроводящими поверхностями 32 и попадают в светораспределяющий элемент 16 (например, лучи 1 и 2 света). Будет понятно, что часть света, принятого светораспределяющим элементом 16, была отклонена посредством светопроводящего листа 18. Свет принимают множеством тонких светопроводящих поверхностей 32 для освещения светораспределяющего элемента 16. Свет, принятый светораспределяющим элементом 16, контактирует с расположенными в нем отражающими частицами 34. Отражающие частицы 34 перенаправляет свет в направлении выхода, которое по существу перпендикулярно направлению излучения света. Как показано на фиг. 4, направление выхода представляет собой вертикальное направление. Красный и инфракрасный свет выводят по направлению к целевой ткани для приема светоприемным устройством 11 пульсового оксиметра 1 (см. фиг. 1). Перпендикулярное изменение в направлении красного и инфракрасного света предпочтительно увеличивает однородность выходного света к целевой ткани.
Согласно фиг. 5A-5D, предложен оптический источник 54 для использования со светоприемной конструкцией (не показана) пульсового оксиметра для получения информации, указывающей на частоту пульса и SpO2 у пациента. Не считая того, что указано ниже, элементы оптического источника 54 по существу похожи на вышеописанные элементы оптического источника 10. В целях краткости элементы, схожие между оптическим источником 10 и оптическим источником 54, повторно не описываются.
Оптический источник 54 содержит по меньшей мере один источник 56 света, светопроводящий лист 58, покровный слой 60 и выходное отверстие или отверстие 62. В одном из примеров по меньшей мере один источник 56 света может содержать по меньшей мере одну пару оптических волокон, образованную из первого оптического волокна 56', выполненного с возможностью излучения красного света, и второго оптического волокна 56'', выполненного с возможностью излучения инфракрасного света. В альтернативном варианте по меньшей мере один источник 56 света может быть выполнен в виде одиночного оптического волокна, выполненного с возможностью излучения красного и инфракрасного света. Как показано на фиг. 5A и 5B, по меньшей мере один источник 56 света содержит одну пару, образованную из первого оптического волокна 56' и второго оптического волокна 56''. Будет понятно, что оптический источник 54 содержит равное количество первых оптических волокон 56' и вторых оптических волокон 56''. Оптические волокна 56' и 56'' содержат шероховатые части 64 для излучения красного и инфракрасного света в выходное отверстие 62. Например, шероховатые части 64 образованы путем абразивной обработки. Степень шероховатости шероховатых частей увеличивается по направлению к кончику оптических волокон 56' и 56'' для обеспечения однородной интенсивности света по длине оптических волокон. Согласно фиг. 5C и 5D, оптический источник 54 содержит одиночное оптическое волокно 56' с шероховатыми частями 64, которое проводит через часть светораспределяющего элемента 16. При проведении оптического волокна 56' через светораспределяющий элемент 58 увеличивается однородность выходного света.
Согласно фиг. 5A и 5B, светопроводящий лист 58 выполнен с формованием вокруг части оптических волокон 56' и 56'', так что оптические волокна встроены в часть светопроводящего листа. В данном варианте реализации вышеописанный светораспределяющий элемент 16 выполнен за одно целое со светопроводящим листом 58. Другими словами, светопроводящий лист 58 имеет характеристики светораспределяющего элемента 16 и светоизлучающего листа 58 (описаны выше). Светопроводящий лист 58, как и светораспределяющий элемент 16, предпочтительно имеет жесткость менее 0,5 Н/мм, измеренную в интервале, составляющем приблизительно 15 миллиметров. Как показано на фиг. 5A и 5B, оптические волокна 56' и 56'' размещены на первом конце 66 светопроводящего листа 58. Светопроводящий лист 58 выполнен из эластомерного материала, имеющего низкое значение жесткости (например, силикона), в результате чего обеспечен высокий уровень гибкости оптического источника 54. Светопроводящий лист 58 является прозрачным для направления излучаемых красного и инфракрасного света на целевую ткань. Светопроводящий лист 58 имеет длину, составляющую приблизительно 2 см, и ширину, составляющую приблизительно 1 см. Светопроводящий лист 58 имеет толщину, составляющую от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 2 миллиметров. Толщина светопроводящего листа 58 может изменяться (например, в месторасположении по меньшей мере одного источника 56 света) для увеличения интенсивности выходного света. В одном из альтернативных вариантов реализации светопроводящий лист 58 может содержать встроенную в него рассеивающую среду, такую как отражающие частицы 34, для вывода излучаемых красного и инфракрасного света в однородном виде.
Светопроводящий лист 58 покрыт покровным слоем 60, выполненным из непрозрачного рассеивающего или отражающего материала, и может содержать отражающие частицы (например, TiO2) для диффузного отражения излучаемого красного света и излучаемого инфракрасного света. Покровный слой 60 по существу окружает светопроводящий лист 58, за исключением той части светопроводящего листа, которая содержит выходное отверстие 62. Другими словами, выходное отверстие 62 выполнено в виде части светопроводящего листа 58, окруженной покровным слоем 60.
Выходное отверстие 62 выполнено с возможностью выпуска излучаемого света в ткань целевого места. Как показано на фиг. 5A и 5B, выходное отверстие 62 расположено на противоположном втором конце 68 светопроводящего листа 58. Выходное отверстие 62 имеет круглую форму, однако выходное отверстие может иметь и любую необходимую форму. Выходное отверстие 62 может иметь, например, диаметр, составляющий приблизительно 9 мм. Однако будет понятно, что выходное отверстие 62 может иметь любые подходящие размеры для отражения света из светораспределяющего элемента на целевую ткань.
Когда красный и инфракрасный свет излучают из оптических волокон 56' и 56'', излучаемый свет направляют к выходному отверстию 62 в направлении излучения света (показано на фиг. 5A и 5B в виде вертикального направления). Часть излучаемого света контактирует с покровным слоем 60, который диффузно отражает свет в целом в направлении излучения света. Когда излучаемые красный и инфракрасный свет достигают выходное отверстие 62, покровный слой 60 не используется для отражения света. Следовательно, свет излучают из светопроводящего листа 58 в примыкающую целевую ткань и светоприемное устройство (не показано).
Способ 70 направления света к целевой ткани пациента описан согласно фиг. 6. Способ 70 включает этапы, согласно которым обеспечивают наличие оптического источника (этап 72), размещают оптический источник по меньшей мере рядом с целевой тканью или с обеспечением контакта с ней (этап 74), излучают свет из источника света (этап 76), отражают по меньшей мере часть излучаемого света (этап 78), поглощают по меньшей мере часть отраженного света (этап 80), вводят во взаимодействие отраженный свет с отражающими частицами (этап 82) и выпускают свет на ткань в целевом месте (этап 84).
На этапе 72 обеспечивают наличие оптического источника 10, 54. Оптический источник 10, 54 выполнен и собран так, как это описано выше. В одном из примеров каждый из по меньшей мере одного источника 12, 56 света, светораспределяющего элемента 16 светопроводящего листа 18, 58, а также корпуса 20 или покровного слоя 60 образованы из эластомерного материала, имеющего низкое значение жесткости, в результате чего обеспечен высокий уровень гибкости устройства. Еще в одном примере светораспределяющий элемент 16 имеет площадь, которая соответствует ткани целевого места (например, в диапазоне от приблизительно 1 мм2 до приблизительно 1 см2), и имеет толщину, составляющую приблизительно 1 миллиметр (например, приблизительно от 10 микрометров до приблизительно 2 миллиметров).
На этапе 74 оптический источник 10, 54 прижимают с обеспечением контакта с целевой тканью (например, на части перегородки). Однако будет понятно, что оптический источник 10, 54 может быть расположен на любой подходящей целевой ткани или рядом с ней. В некоторых примерах позиционирующее устройство (не показано), такое как баллон, зажим или адгезив, может быть введено во взаимодействие с оптическим источником 10, 54 по меньшей мере для временного размещения оптического источника вплотную к целевой ткани.
На этапе 76 свет излучают по меньшей мере из одного источника 12, 56 света. По меньшей мере один источник 12 света содержит первый светодиод 12' (или первое оптическое волокно 56'), излучающий красный свет и второй светодиод 12'' (или второе оптическое волокно 56''), излучающий инфракрасный свет. По меньшей мере один источник 12, 56 света установлен в корпусе 20 (или покровного слоя 60) таким образом, что некоторое количество излучаемого из него красного и инфракрасного света проходит в направлении излучения света, по существу параллельном светоизлучающей поверхности 28 светораспределяющего элемента 16. Излучаемые красный и инфракрасный свет направляют к светораспределяющему элементу 16 посредством светопроводящего листа 18, 58.
На этапе 78 по меньшей мере часть излучаемого красного света и по меньшей мере часть излучаемого инфракрасного света отражают посредством светопроводящего листа 18, 58. Белый покровный материал 36 светопроводящего листа 18, 58 предотвращает выход излучаемого света из корпуса 20 (или покровного слоя 60). Точнее светопроводящий лист 18, 58 отражает излучаемый свет по направлению от корпуса 20 (или покровного слоя 60). После отражения света светопроводящим листом 18, 58 излучаемый свет продолжает совершать перемещение в целом к светораспределяющему элементу 16.
На этапе 80 поглощают по меньшей мере часть излучаемого света. В одном из примеров светопоглощающий материал 22 поглощает излучаемый свет вне зависимости от того, был ли поглощенный свет отражен светопроводящим листом 18, 58. Светопоглощающий материал 22 поглощает по меньшей мере часть излучаемого света для обеспечения потока однородного света из светоизлучающей поверхности 28 светораспределяющего элемента 16.
На этапе 82 часть света принимают светораспределяющим элементом 16. Часть излучаемого света, поглощаемого светопоглощающим материалом 22, взаимодействует со светопроводящими поверхностями 32 светораспределяющего элемента 16. Будет понятно, что часть света, принятого светораспределяющим элементом 16, была отклонена светопроводящим листом 18, 58. Свет для освещения светораспределяющего элемента 16 принимают множеством тонких светоприемных поверхностей 32.
На этапе 84 свет отклоняют к целевой ткани. Свет сразу после приема светораспределяющим элементом 16 взаимодействует с отражающими частицами 34, содержащимися в светораспределяющем элементе. Отражающие частицы 34 отклоняют свет в направлении выхода к целевой ткани. Направление выхода красного и инфракрасного света перпендикулярно направлению излучения света. После того как свет направляют на ткань целевого места, этот свет принимают светоприемной конструкцией (не показана), что обеспечивает получение пульсовым оксиметром информации, указывающей на пульс пациента и SpO2.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты реализации. После прочтения и понимания приведенного выше описания специалистам будут понятны модификации и изменения настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее изобретение может быть реализовано таким образом, что оно включает все такие модификации и изменения, поскольку они не выходят за пределы объема пунктов прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов.
Группа изобретений относится к медицинской технике. Оптический источник для направления света на целевое место пациента содержит по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью излучения красного и инфракрасного света. По меньшей мере один источник света встроен в светопроводящий лист. На расстоянии по меньшей мере от одного источника света расположен светораспределяющий элемент. Светораспределяющий элемент имеет светоизлучающую поверхность и по меньшей мере одну светоприемную поверхность, оптически соединенную со светопроводящим листом. Светораспределяющий элемент выполнен с возможностью выпуска по меньшей мере части излучаемого красного света и по меньшей мере части излучаемого инфракрасного света в целевое место. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
1. Оптический источник (10, 54) для направления света на целевое место пациента, содержащий:
по меньшей мере один источник (12, 56) света, выполненный с возможностью излучения красного света и инфракрасного света и встроенный в гибкий светопроводящий лист (18, 58),
гибкий светораспределяющий элемент (16), расположенный на расстоянии от указанного по меньшей мере одного источника (12, 56) света и имеющий светоизлучающую поверхность (28) и по меньшей мере одну светоприемную поверхность (32), оптически соединенную со светопроводящим листом (18, 58), и
корпус (20, 60), выполненный с возможностью размещения в нем по меньшей мере одного источника (12, 56) света и светораспределяющего элемента (16) и образующий отверстие (48, 62), через которое свет отражается наружу из светораспределяющего элемента (16);
причем светораспределяющий элемент (16) выполнен с возможностью выпуска по меньшей мере части излучаемого красного света и по меньшей мере части излучаемого инфракрасного света в целевое место.
2. Оптический источник по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере одну отражающую частицу (34) во взвешенном состоянии, находящуюся в светораспределяющем элементе (16),
причем отражающие частицы (34) имеют такую плотность, что распределение света от светоизлучающей поверхности (28) имеет выбранную однородность.
3. Оптический источник по одному из пп. 1 и 2, дополнительно содержащий набор (14) электронных средств, функционально соединенных с указанным по меньшей мере одним источником (12, 56) света,
причем светопроводящий лист (18, 58) выполнен за одно целое со светораспределяющим элементом (16) и с формованием по меньшей мере вокруг части набора (14) электронных средств.
4. Оптический источник по любому из пп. 1-3, в котором корпус (20, 60) выполнен с возможностью размещения в нем указанного по меньшей мере одного источника (12, 56) света, светораспределяющего элемента (16) и светопроводящего листа (18, 58) и образует отверстие (48, 62),
причем корпус (20) дополнительно выполнен с возможностью отражения света, излучаемого от указанного по меньшей мере одного источника (12, 56) света, а светораспределяющий элемент (16) выполнен отдельно от светоизлучающего листа (18, 58).
5. Оптический источник по любому из пп. 1-4, в котором каждое из электронных средств (14), светопроводящего листа (18, 58) и корпуса (20) выполнено из гибкого эластомерного материала, в результате чего обеспечен высокий уровень гибкости оптического источника (10, 54).
6. Оптический источник по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащий светопоглощающий материал (20), размещенный рядом с обратной стороной светораспределяющего элемента (16) и/или светопроводящего листа (18),
причем светопоглощающий материал (22) распределен для придания излучаемому свету большей равномерности.
7. Оптический источник по любому из пп. 4-6, в котором корпус (20) содержит:
основание (42) для опоры светопроводящего листа (18, 58) и
крышку (44), расположенную поверх по меньшей мере части светопроводящего листа (18, 58) и имеющую отверстие (48), выполненное с возможностью приема светоизлучающей поверхности (28) светораспределяющего элемента (16),
причем светопоглощающий материал (22) размещен на основании (42) таким образом, что он находится по меньшей мере между частью основания (42) и по меньшей мере частью светопроводящего листа (18, 58).
8. Оптический источник по любому из пп. 1-7, в котором светоизлучающая поверхность (28) светораспределяющего элемента (16) имеет площадь в диапазоне от приблизительно 1 мм2 до приблизительно 1 см2.
9. Оптический источник по любому из пп. 1-8, в котором светораспределяющий элемент (16) имеет толщину в диапазоне от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 10 миллиметров и предпочтительно имеет сужающуюся толщину, что повышает однородность светоизлучающей поверхности (28).
10. Оптический источник по любому из пп. 1-9, в котором указанный по меньшей мере один источник (12, 56) света содержит по меньшей мере одну пару светодиодов, содержащую по меньшей мере один светодиод (12'), выполненный с возможностью излучения красного света, и по меньшей мере один светодиод (12''), выполненный с возможностью излучения инфракрасного света.
11. Оптический источник по любому из пп. 1-10, в котором указанный по меньшей мере один источник (12, 56) света содержит по меньшей мере одну пару оптических волокон, содержащую по меньшей мере одно оптическое волокно (56'), выполненное с возможностью излучения красного света, и по меньшей мере одно оптическое волокно (56''), выполненное с возможностью излучения инфракрасного света.
12. Оптический источник по п. 11, в котором указанный по меньшей мере один источник (12, 56) света содержит одиночное оптическое волокно (56'), проходящее через светоизлучающий лист (18, 58) и/или светораспределяющий элемент (16).
13. Способ освещения целевого места красным и инфракрасным светом, согласно которому:
размещают оптический источник (10, 48) по меньшей мере рядом с указанным целевым местом,
излучают каждый из красного света и инфракрасного света по меньшей мере из одного источника (12, 56) света,
направляют по меньшей мере часть красного света и по меньшей мере часть инфракрасного света вдоль гибкого светопроводящего листа (18, 58) и
выполняют направление по меньшей мере части красного света и по меньшей мере части инфракрасного света наружу из отверстия (48, 62) в корпусе (20, 60) в указанное целевое место посредством гибкой светоизлучающей поверхности (28), примыкающей по меньшей мере к части указанного целевого места.
14. Способ по п. 13, дополнительно включающий по меньшей мере одно из:
отражения по меньшей мере части красного света и по меньшей мере части инфракрасного света посредством по меньшей мере одной отражающей частицы (34), размещенной в светораспределяющем элементе (16), и
поглощения по меньшей мере части красного света и по меньшей мере части инфракрасного света посредством светопоглощающего материала (22), размещенного, по существу, вокруг периметра светораспределяющего элемента (16).
15. Способ по любому из пп. 13-14, согласно которому дополнительно:
размещают светопроводящий лист (18, 58) в корпусе (20, 60), предотвращающем выход из него излучаемых красного и инфракрасного света с направлением, таким образом, однородного пучка света из светоизлучающей поверхности (28).
| US 2014155753 A1, 05.06.2014 | |||
| US 2013131519 A1, 23.05.2013 | |||
| ПУЛЬСОВЫЙ ОКСИМЕТР | 2012 |
|
RU2496418C1 |
