BR112020001070A2

BR112020001070A2 - aparelho sensor para medir um parâmetro fisiológico de um indivíduo

Info

Publication number: BR112020001070A2
Application number: BR112020001070-7A
Authority: BR
Inventors: Ronaldus Maria Aarts; Laurentia Johanna Huijbregts
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-07-14
Also published as: JP2020526353A; US20190021614A1; RU2020107718A; US11259709B2; EP3430993A1; RU2020107718A3; EP3654838B1; CN110944579B; CN110944579A; JP6830173B2; EP3654838A1; WO2019016404A1

Abstract

trata-se de um sensor fisiológico para ser usado junto ao corpo que tem um invólucro e uma estrutura de apoio permeável a gases sustentada pelo invólucro, a qual entra em contato com a pele do indivíduo. um espaço de ar é fornecido entre a estrutura de apoio e o invólucro. o movimento da estrutura de apoio em relação ao invólucro é detectado. isso fornece um sensor que é confortável para o indivíduo e fornece boa sensibilidade, pois o movimento que é detectado (por exemplo, uma pulsação arterial) deve conferir energia cinética apenas para a estrutura de apoio, com um nível de inércia relativamente baixo.

Description

APARELHO SENSOR PARA MEDIR UM PARÂMETRO FISIOLÓGICO

DE UM INDIVÍDUO Campo da invenção

[001] A presente invenção se refere a sensores para medir um parâmetro fisiológico de um indivíduo, sendo que o sensor pode ser usado por um indivíduo. Exemplos de sensores para serem usados junto ao corpo incluem um sensor fotopletismográfico (FPG), um sensor de eletrocardiograma, um sensor de ultrassom, um sensor de frequência cardíaca e um sensor cutâneo de monitoramento.

Antecedentes da invenção

[002] Está se tornando cada vez mais popular o monitoramento de parâmetro fisiológico de um indivíduo com o uso de um aparelho que inclui um dispositivo para ser usado junto ao corpo. Tais dispositivos são convenientes de se usar, pois eles oferecem maior liberdade de movimento ao usuário, ao mesmo tempo em que o parâmetro fisiológico está sendo monitorado. Deste modo, é possível medir os parâmetros fisiológicos em uma variedade de circunstâncias, por exemplo, em diferentes níveis de esforço físico do indivíduo.

[003] O sensor de parâmetro fisiológico pode ser montado para o usuário de diferentes maneiras, em diferentes aplicações. A posição do sensor de parâmetro fisiológico montado em relação ao indivíduo pode variar de acordo com o parâmetro a ser medido, o tipo de sensor de parâmetro fisiológico e/ou as circunstâncias nas quais a detecção fisiológica ocorre.

[004] Em muitos casos, o sensor de parâmetro fisiológico deve estar em contato com o corpo do usuário. Um problema que diz respeito aos sensores para serem usados junto ao corpo é assegurar que o contato entre o sensor de parâmetro fisiológico e o corpo do usuário seja mantido e a pressão de contato seja mantida em um nível confortável.

[005] Um exemplo de um sensor que se tornou particularmente comum é um monitor de frequência cardíaca usado no pulso. Esse tipo de sensor possibilita a um usuário rastrear alguns dos seus sinais vitais de forma simples e discreta. Esses sensores tipicamente usam um sensor óptico de FPG que mede um pulso de volume sanguíneo ou, então, os mesmos usam um sensor de bioimpedância. Métodos capacitivos também têm sido investigados para detectar a frequência cardíaca.

[006] Os sensores de FPG têm a desvantagem de que os mesmos têm o consumo de energia relativamente alto, como resultado do LED necessário. Dessa forma, esses sensores sofrem de uma curta vida útil da bateria.

[007] Os métodos capacitivos e com base em bioimpedância (bem como alguns sensores de FPG) exigem bom contato do sensor com a pele. Isso pode levar a irritação da pele e desconforto ao usar junto ao corpo. Uma causa específica de desconforto é uma camada de suor que se forma entre o sensor e a pele, porque suor é impedido de evaporar. Além disso, essa camada de suor pode precisar ser retida para fornecer um contato galvânico desejado. Alguns sensores são suscetíveis também a artefatos de movimento, fazendo com que os mesmos sejam imprecisos em casos de movimentos severos ou específicos do indivíduo.

[008] Mais recentemente, têm sido propostos sensores de frequência cardíaca e da respiração com o uso de um acelerômetro ou giroscópio, os quais têm por objetivo medir movimentos sutis causados pela expansão arterial e batimentos do coração. Esses podem ser descritos como métodos baseados em movimento. Essa abordagem é descrita, por exemplo, em “Biowatch: Estimation of heart and breathing rates from wrist motions”, J. Hernandez, D. McDuff, R.W. Picard, 9º Conferência Internacional sobre Tecnologias de Computação Pervasiva para a Saúde (PervasiveHealth) 2015, páginas 169 a 176.

[009] Uma combinação de modalidades de sensor pode ser usada para melhorar a exatidão dos resultados, por exemplo, com o uso de qualquer combinação dentre acelerômetros, giroscópios e sensores de FPG. A detecção de pulsos sanguíneos individuais possibilita medições de frequência cardíaca, mas, também, medições da variabilidade da frequência e do ritmo cardíaco.

[010] O sensor de movimento para a detecção de movimentos arteriais (ou outro vaso sanguíneo) exige contato com a pele, o que pode dar origem a um desconforto, e a sensibilidade deve ser alta. Existe, entretanto, uma necessidade por um dispositivo para ser usado junto ao corpo para medição de parâmetro fisiológico que possa fornecer dados com exatidão e com desconforto reduzido para o usuário.

Sumário da invenção

[011] A invenção é definida pelas reivindicações.

[012] De acordo com exemplos, de acordo com um aspecto da invenção, é apresentado um aparelho sensor para medição de um parâmetro fisiológico de um indivíduo, sendo que o aparelho sensor é adaptado para ser usado pelo indivíduo, que compreende:

[013] um invólucro;

[014] uma estrutura de apoio sustentada pelo invólucro, sendo que a estrutura de apoio tem uma porção de contato que é adaptada para ser posicionada pelo invólucro contra a pele do indivíduo, sendo que ao menos a porção de contato da estrutura de apoio é permeável a gases, sendo que a estrutura de apoio e o invólucro definem um espaço de ar entre a porção de contato e o invólucro; e

[015] um sensor de movimento para detectar o movimento da porção de contato da estrutura de apoio, sendo que o sensor de movimento é adaptado para se mover em relação ao invólucro.

[016] Esse projeto de sensor fornece uma estrutura de apoio permeável a gases (e, em particular, permeável a vapor d'água provocado pelo suor) onde é feito contato com o indivíduo. Essa estrutura de apoio respirável reduz o desconforto. Um espaço de ar entre a porção de contato e o invólucro possibilita a evaporação do vapor d'água de modo que um fluxo de ar possa estar presente sobre a porção de contato. O movimento da porção de contato é detectado, e o mesmo é desacoplado do movimento do invólucro de modo geral. Para esse propósito, a estrutura de apoio é flexível.

[017] Dessa forma, a sensibilidade é melhorada, pois o movimento que é detectado (por exemplo, uma pulsação arterial) deve conferir energia cinética apenas à estrutura de apoio (com uma inércia relativamente baixa) e não ao invólucro. O sensor de movimento, dessa forma, não é mais fornecido de forma sólida no invólucro do aparelho completo.

[018] O uso de detecção de movimento possibilita uma redução no consumo de energia em comparação com um sistema para ser usado junto ao corpo baseado em FPG. A invenção fornece exatidão aprimorada para um sistema de detecção de movimento e ao mesmo tempo reduz a irritação da pele e, dessa forma, melhora o conforto durante o uso.

[019] O invólucro, por exemplo, compreende uma faixa para uso ao redor do dedo ou pulso ou um emplastro para usar contra a pele. Uma faixa de pulso pode ser usada para monitorar as pulsações arteriais no pulso. Um emplastro pode ser usado sobre o coração para monitorar o movimento do pulso (movimentos locais), mas também os movimentos do tórax (movimentos globais do invólucro).

[020] A faixa pode compreender elementos diferentes, como uma parte de invólucro rígida e uma parte de correia flexível. A parte de tira flexível é, de preferência, ajustável de modo que oO dispositivo possa se ajustar em diferentes usuários.

[021] A estrutura de apoio, por exemplo, compreende uma placa que é montada nas porções de borda opostas ao invólucro com a porção de contato propendida em direção ao indivíduo. Essa propensão mantém o contato com o indivíduo de modo que os movimentos da pele sejam traduzidos em movimentos da porção de contato, o quais podem, então, ser captados pelo sensor de movimento.

[022] O sensor de movimento é fixado, por exemplo, à estrutura de apoio. O mesmo pode ser fixado à:

[023] uma porção de borda da estrutura de apoio;

[024] porção de contato; ou

[025] uma porção intermediária entre a porção de contato e uma porção de borda.

[026] Quando montado em uma porção de borda, o sensor de movimento pode detectar um movimento pivotante ao invés de um movimento linear, pois o movimento da porção de contato resulta em um movimento pivotante nas porções de borda.

[027] O sensor de movimento compreende, por exemplo, um acelerômetro e/ou um giroscópio. Pode haver apenas um sensor de movimento ou uma pluralidade de sensores de movimento. O uso de múltiplos sensores pode possibilitar medições com maior precisão, por exemplo, possibilitando filtragem do sinal com maior precisão para isolar os movimentos locais da porção de contato.

[028] A estrutura de apoio pode ter um dentre vários projetos, como:

[029] uma malha não condutiva; ou

[030] uma malha de apoio e um revestimento não condutivo; ou

[031] uma malha de apoio condutiva e um revestimento não condutivo, sendo que as conexões elétricas com o sensor de movimento são feitas com o uso da malha de apoio condutiva.

[032] A malha (e o revestimento, se houver) pode ser sustentada no interior de uma estrutura externa.

[033] Em um exemplo, a estrutura de apoio compreende uma malha de náilon perfurada apoiada no interior de uma estrutura externa.

[034] Em todos os casos, as aberturas de malha fornecem a permeabilidade desejada. As perfurações podem estar em escala macro (isto é, orifícios dentro de uma camada não permeável) ou na escala micro (isto é, um material que é inerentemente permeável).

[035] Um ou mais sensores adicionais podem suportados pela estrutura de apoio ou invólucro. Isso torna o sistema de sensor mais robusto, pois diferentes modalidades de sensor podem ser usadas.

[036] o um ou mais sensores adicionais compreendem, por exemplo, um ou mais dentre um sensor de FPG, um sensor capacitivo ou um sensor de bioimpedância.

[037] O aparelho compreende adicionalmente, de preferência, um controlador que é adaptado para ativar um ou mais sensores adicionais em dependência de uma qualidade de sinal associada ao sensor de movimento.

[038] Dessa forma, a modalidade de detecção de movimento pode ser usada para se obter baixo consumo de energia. Se a qualidade do sinal cair abaixo de um limiar, outras modalidades de detecção também podem ser usadas ou, em vez disso, para manter a confiabilidade das leituras do sensor, embora à custa de aumentar temporariamente o consumo de energia.

[039] O controlador pode ser adaptado para combinar sinais de múltiplos sensores com fatores de ponderação para derivar um sinal de sensor combinado. Isso possibilita que seja fornecido um sinal de sensor confiável, que faz melhor uso das diferentes modalidades de sensor.

[040] O controlador pode ser adaptado para fornecer um alerta ao indivíduo de que o contato do sensor foi perdido na dependência das características do sinal do sensor de movimento. Esse alerta pode ser usado, por exemplo, para aconselhar o indivíduo de que o mesmo precisa apertar a tira do invólucro ou reaplicar o emplastro do invólucro (conforme o caso).

[041] O aparelho é para medir, por exemplo, a frequência cardíaca e/ou da respiração e/ou a frequência cardíaca e/ou a variabilidade do ritmo cardíaco.

Breve descrição dos desenhos

[042] Exemplos da invenção serão agora descritos em detalhes com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[043] a Figura 1 mostra um sensor usado no pulso e mostra o conceito subjacente à invenção;

[044] a Figura 2 mostra um primeiro exemplo de um sensor para ser usado junto ao corpo;

[045] a Figura 3 mostra um segundo exemplo de um sensor para ser usado junto ao corpo;

[046] a Figura 4 mostra diferentes localizações possíveis do sensor de movimento;

[047] a Figura 5 mostra um terceiro exemplo de sensor para ser usado junto ao corpo;

[048] a Figura 6 mostra um quarto exemplo de sensor para ser usado junto ao corpo; e

[049] a Figura 7 mostra um sistema de sensor.

Descrição detalhada das modalidades

[050] A invenção apresenta um sensor fisiológico para ser usado junto ao corpo que tem um invólucro e uma estrutura de apoio permeável a gases suportada pelo invólucro, o qual entra em contato com a pele do indivíduo. Um espaço de ar é fornecido entre a estrutura de apoio e o invólucro. O movimento da estrutura de apoio em relação ao invólucro é detectado. Isso fornece um sensor que é confortável para o indivíduo e fornece boa sensibilidade, pois o movimento que é detectado (por exemplo, uma pulsação arterial) deve conferir energia cinética apenas para a estrutura de apoio, com um nível de inércia relativamente baixo.

[051] A Figura 1 mostra um sensor montado no pulso que compreende uma parte de sensor 1 e uma pulseira 2.

A parte de sensor 1 inclui um sensor de movimento, como um acelerômetro para detectar os movimentos locais produzidos pela artéria. No exemplo mostrado, a mesma é fornecida sob o pulso. Uma unidade de saída 3 é fornecida no topo do pulso. A unidade de saída 3 pode combinar todas as funções normais de relógio de pulso ou de relógio de pulso inteligente, juntamente com a função de exibição da saída do sensor.

[052] A parte de sensor 1 é projetada para possibilitar o fluxo de ar através da área de sensor, conforme mostrado pelas setas 4. Esse fluxo de ar aumenta o conforto do usuário. Para esse propósito, a parte de sensor 1 da tira 2 podem ser também porosa, conforme mostrado esquematicamente pelas aberturas 6. O dispositivo, de modo geral, forma uma faixa, nesse exemplo, para ser usada ao redor do pulso.

[053] A Figura 2 mostra um exemplo do aparelho de sensor em maiores detalhes. O aparelho de sensor é para a medição de um parâmetro fisiológico de um indivíduo. Esse exemplo novamente compreende uma faixa de pulso, colocada ao redor do pulso 12 do indivíduo. Por uma questão de simplicidade, apenas a parte de sensor é mostrada em detalhes, com um dispositivo de saída mostrado esquematicamente como

10. Nesse exemplo, a parte de sensor é para posicionamento no topo do pulso. Dessa forma, as Figuras 1 e 2 mostram que para um dispositivo montado no pulso, a parte de sensor pode estar por cima ou por baixo do pulso, e pode haver uma parte de leitura (similar a uma face de relógio de pulso) no mesmo local ou em um local diferente da parte de sensor.

[054] o aparelho de sensor compreende um invólucro 14 e uma estrutura de apoio flexível 16 suportada pelo invólucro. A estrutura de apoio tem uma porção de contato

18 que entra em contato com a pele do usuário. A porção de contato 18, em uso, é impulsionada contra a pele. Isso resulta do projeto da estrutura de apoio 16 e do invólucro 14.

[055] Por exemplo, a estrutura de apoio 16 pode ser uma placa não plana que tem uma inclinação em direção ao indivíduo. Isso significa que o formato natural da estrutura de apoio é de modo que a porção de contato 18 pressione contra o pulso. A mesma pode ter um formato curvado, conforme mostrado. Quando o sensor é fixado ao pulso sob um aperto adequado, a porção de contato é pressionada contra a pele.

[056] Alternativamente, a estrutura de apoio pode ser plana, como uma malha plana estendida, a qual se estende em um plano que, em uso, é interceptado pela pele do indivíduo. O objetivo é manter o contato entre a porção de contato 18 e o indivíduo quando a disposição de sensor é usada no corpo.

[057] Ao menos a porção de contato 18 da estrutura de apoio é permeável a gases e, em particular, a vapor d'água. Isso pode ser obtido mediante a formação da estrutura de apoio 16 como uma malha aberta ou estrutura de grade ou como uma camada sólida com uma matriz de aberturas. A estrutura de apoio 16 pode ter um projeto único ou pode ter um projeto diferente para a porção de contato em comparação com as outras partes da estrutura de apoio que fixam a porção de contato no invólucro 14. A mesma tem alguma flexibilidade, e pode ser suspensa para ser propendida para um formato específico.

[058] Um espaço de ar 20 é fornecido entre a porção de contato 18 e o invólucro 14. Isto significa que o suor formado na porção de contato 18 tem capacidade de penetrar através da estrutura de apoio e é, então, ventilado para o ambiente circundante.

[059] O sensor de movimento 22 é fornecido para detectar o movimento da porção de contato 18 da estrutura de apoio. O sensor de movimento (em particular a parte do sensor de movimento que se move) tem capacidade de se mover em relação ao invólucro 14. O mesmo é formado no interior do invólucro 14 e, portanto, protegido pelo menos. O mesmo compreende um acelerômetro ou um giroscópio ou uma combinação de múltiplos acelerômetros e/ou múltiplos giroscópios.

[060] O sensor de movimento 22 pode ser montado na porção de contato 18 em si, de modo que o movimento a ser detectado (por exemplo, pulsações arteriais no local da porção de contato) é detectado diretamente. Entretanto, o sensor de movimento pode estar afastado da porção de contato. Nesse caso, a estrutura de apoio age como um mecanismo de transferência de movimento da porção de contato para O sensor de movimento. O movimento é conferido à estrutura de apoio na porção de contato, e esse movimento é detectado em um outro local da estrutura de apoio.

[061] A Figura 2, por exemplo, mostra O sensor de movimento em uma porção de borda da estrutura de apoio 16. Nessa posição, o mesmo detecta o movimento angular resultante de uma alteração na posição da porção de contato, ao invés de detectar diretamente o movimento translacional da porção de contato 18.

[062] Para a detecção de movimento angular, há uma relação direta entre a translação linear na porção de contato e o ângulo formado entre a porção de contato e o invólucro. O ângulo detectado pode, dessa forma, ser convertido em um nível de movimento translacional.

[063] Para direcionar a detecção do movimento translacional, a função de deslocamento em relação ao tempo fornece uma medida direta da pressão do pulso como função do tempo.

[064] Os movimentos que variam lentamente (fora da faixa de frequências de interesse) conforme detectados pelo sensor de movimento, podem ser filtrados a partir dos sinais de movimento, de modo que apenas os movimentos de pulsação arterial sejam processados.

[065] O movimento detectado (isto é, os movimentos arteriais) é transferido para a estrutura de apoio 16, mas não para o invólucro 14. Por exemplo, o sensor de movimento pode ser fixado apenas à estrutura de apoio. Isso melhora a exatidão da detecção desde a inércia da parte, que é diretamente mecanicamente acoplada ao indivíduo, seja reduzida.

[066] A conexão elétrica pode ser feita para o sensor de movimento por meio de fios que não impedem o movimento. Entretanto, uma opção alternativa é a estrutura de apoio 16 incluir linhas de condutores, formados, por exemplo, como uma malha condutiva.

[067] Esse projeto de sensor usa uma estrutura de apoio permeável a gases para reduzir o desconforto. O espaço de ar 20 possibilita que o suor evapore. O sensor de movimento tem baixo consumo de energia em comparação com um sistema para ser usado junto ao corpo baseado em FPG.

[068] A estrutura de apoio pode ter múltiplas partes, como uma malha e um revestimento. A malha pode fornecer as propriedades mecânicas e/ou elétricas necessária da estrutura de apoio e o revestimento pode fornecer as propriedades desejadas de contato com a pele. Em vez disso, uma rede de camada única pode ser usada.

[069] A estrutura de apoio 16 é formada, por exemplo, como uma malha condutiva, por exemplo, com um revestimento biocompatível. A mesma pode ter uma espessura total na faixa de 0,5 mm a 2 mm. A malha tem uma rigidez suficiente para permanecer em contato com a pele, mas flexibilidade suficiente para reagir aos movimentos arteriais. A rigidez da estrutura de apoio pode ser uma propriedade inerente ao material usado ou, então, um material menos rígido pode ser fornecido no interior de uma estrutura que mantém o material ensinado.

[070] A parte de malha condutiva pode ser usada para transmitir sinais elétricos a partir do sensor de movimento e para fornecer energia ao sensor de movimento a partir de uma bateria interna.

[071] O material da estrutura de apoio deve ser suficientemente forte para ser durável e, portanto, há um limite para a sua espessura. O material externo será biocompatível. A estrutura de apoio pode se estender por quase toda a largura da faixa (ou seja, a direção da largura da tira, isto é, esquerda- direita na Figura 1). A altura do vão de ar 20 está, por exemplo, na faixa de 0,5 mm a alguns milímetros.

[072] A estrutura de apoio pode fazer contato com a pele apenas em uma porção de contato local ou, então, uma área de contato maior pode ser fornecida. Pode haver uma grande malha de estrutura de apoio, ou múltiplas pequenas malhas de estrutura de apoio.

[073] A estrutura de apoio compreende, por exemplo, uma malha de náilon apoiada no interior da estrutura do perímetro. Uma alternativa é uma malha de borracha ou qualquer outro material respirável suspenso em uma estrutura. A malha apoiada na estrutura pode incluir linhas de condutores ou uma malha condutiva, conforme explicado acima, para fornecer conexão elétrica ao sensor de movimento.

[074] O invólucro 14 pode ser também permeável a gases onde a mesma faz contato com a pele, por exemplo, na região de tira 23. A pulseira é, por exemplo, produzida a partir de um material absorvente ou permeável ao suor, ou tem aberturas microscópicas e/ou macroscópicas para possibilitar a evaporação do suor.

[075] A Figura 2 mostra um dispositivo usado no corpo ao redor do pulso. Em vez disso, o mesmo pode ser projetado para uso no corpo ao redor do dedo como um anel, ou preso na ponta de um dedo ou sobre um lóbulo da orelha.

[076] A Figura 3 mostra uma modificação na qual sensores adicionais são fornecidos no interior do invólucro, montados na estrutura de apoio 16. A Figura 2 mostra um sensor de FPG 24 montado na porção de contato 18, que compreende dois LEDs 24a, 24b e um sensor de fotodiodo 24c. O sensor de FPG fornece um mecanismo de detecção de pulso alternativo.

[077] Os componentes do sensor de FPG podem ser montados na estrutura de apoio, conforme mostrado. Os LEDs e o fotodiodo mostrados na Figura 2 podem, em vez disso, ser montados no interior do invólucro. O dispositivo de iluminação de LED pode passar através dos orifícios da estrutura de apoio 16 e será recebido, consequentemente, pelo fotodiodo, ou o material da estrutura de apoio pode ser transparente para O comprimento de onda do dispositivo de iluminação de LED. Isso tem a vantagem de que a construção pode ser tornada mais robusta, e menos calor será dissipado pela pele devido ao fotodiodo e aos LEDs.

[078] Outros sensores podem ser incluídos também para a detecção de pulso, como sensores capacitivos e/ou de bioimpedância. O sistema pode então usar uma combinação de leituras de sensor para melhorar a exatidão.

[079] A Figura 4 mostra três localizações possíveis para o sensor de movimento 22. Conforme explicado acima, uma opção é fornecer o sensor de movimento em uma porção de borda da estrutura de apoio 16 para detectar o movimento angular. Isso tem a vantagem de que a embalagem do sensor como um todo é montada no invólucro 14, tornando o projeto geral robusto. Isso é mostrado como a localização 30. Uma outra opção está na porção de contato 18 mostrada como local 32. Uma outra opção está em um local intermediário entre a porção de contato central da estrutura de apoio e a borda. Dessa forma, o sensor não bloqueia a estrutura de apoio permeável na porção de contato, mas pode ainda ser usado para detectar o deslocamento translacional linear.

[080] Em todos os casos, o próprio sensor, ou outra porção de detecção do sensor, pode se mover em relação ao invólucro 14. O sensor pode comunicar os seus sinais de detecção através de fios dentro do aparelho a uma unidade de processamento de sinais no interior do invólucro, ou sem fios, a essa unidade de processamento de sinais ou a uma unidade de processamento de sinais remota.

[081] Pode haver múltiplos sensores de movimento em locais diferentes. Isso pode ser usado para fazer a detecção de pulso mais sensível, e os sensores de movimento também podem ser usados para corrigir os artefatos de movimento que aparecem em outros sinais de sensor adicionais, por exemplo, em um sensor de FPG ou capacitivo ou baseado em bioimpedância.

[082] O sensor de movimento mostrado nas Figuras 1 a 3 pode estar no topo do pulso (no lado onde o visor do relógio de pulso estaria) em vez de no lado oposto do pulso, conforme mostrado na Figura 1.

[083] A Figura 5 mostra que a estrutura de apoio 16 pode estar sob a forma de um enredamento estendido e plano. A estrutura de apoio, então, não precisa ser uma estrutura curva, mas a posição na qual a estrutura de apoio 16 é montada fornece o contato necessário quando o aparelho é usado no corpo. Dessa forma, o material de enredamento é deformado para seguir o formato do pulso quando o dispositivo é usado no corpo. O enredamento tem alguma resistência à flexão de modo que a porção de contato é, então, empurrada contra a pele. Entretanto, o enredamento é suficientemente flexível para não suprimir o movimento arterial e a detecção de movimento na porção de contato ou remota da porção de contato pode ser novamente empregada.

[084] Os exemplos acima são baseados em um dispositivo tipo faixa, por exemplo usado no corpo ao redor do pulso ou do dedo.

[085] A Figura 6 mostra um projeto de emplastro.

[086] O aparelho tem um invólucro rígido 40 que monta a estrutura de apoio 16 e o sensor de movimento 22, os quais funcionam todos exatamente conforme descrito acima. O invólucro 40 é fixado à pele através de um emplastro adesivo

42. O espaço de ar 20 é ventilado para fora. Isso pode ser obtido de diversas maneiras. Uma opção é fornecer um emplastro 42 apenas nas laterais, deixando um canal de fluxo de ar aberto para o espaço 20. Uma outra opção é fornecer aberturas 44 no compartimento 40 em combinação com um emplastro permeável a gases 42. Dessa forma, toda a estrutura tem capacidade de respirar e o espaço de ar 20 pode, então, ser fisicamente fechado (em um nível mais macroscópico).

[087] O projeto de emplastro pode ser aplicado ao tórax sobre o coração. Desta forma, um seismocardiograma pode ser obtido com base no sensor de movimento que mede o batimento direto do coração. A sensibilidade pode ser suficiente para medir os ciclos individuais do batimento cardíaco. Mediante a incorporação de um sensor de FPG também, o tempo de trânsito de pulso (TTP) pode ser determinado também a partir da diferença de tempo entre a (primeira) frequência no sensor de movimento e o pulso medido no sinal de FPG.

[088] A frequência cardíaca é detectada com base na detecção de movimento local. A detecção de movimento mais global pode ser usada para determinar uma frequência respiratória, funcionando como um cinto peitoral.

[089] O aparelho pode incluir, também, eletrodos de ECG, e neste caso um período pré-ejeção (PPE) poderia ser derivado.

[090] A Figura 7 mostra o sistema total, no qual um controlador 60 recebe os sinais de sensor 62 do sensor de hardware 64 e gera um sinal de saída 66.

[091] O controlador 60 pode estar no interior do invólucro do dispositivo, e o dispositivo pode, então, incluir um dispositivo de saída como uma tela. Dessa forma, o sistema pode ser completamente autocontido, por exemplo, sob a forma de dispositivo de pulseira. Em vez disso, oO controlador 60 pode ser remota com comunicação com ou sem fio do hardware do sensor 64 para o controlador 60.

[092] O controlador 60 pode executar várias funções de processamento de sinal para melhorar a exatidão das medições e/ou minimizar o consumo de energia, e algumas dessas abordagens são discutidas abaixo.

[093] Uma primeira abordagem se refere à seleção das modalidades de sensores a usar em qualquer momento, quando existem vários tipos de sensores. Se a razão entre sinal e o ruído do sensor de movimento com base na detecção de pulso é alta, por exemplo, porque há artefatos de baixo movimento, as outras modalidades de detecção (FPG ou capacitiva Ou bioimpedância) pode então ser desligada para economizar energia. A saída 66 é, então, derivada do sistema de sensor de movimento apenas, que é uma modalidade que tem um consumo de energia muito baixo. As outras modalidades de sensor podem ser ligadas logo que o sistema de sensor de movimento produz sinais não confiáveis. Dessa forma, sensores adicionais podem ser usados quando uma maior exatidão é desejada.

[094] Uma outra indicação de sinais de baixa qualidade pode ser quando a detecção de pulso por uma dentre as modalidades (por exemplo, a modalidade baseada em sensor de movimento) difere daquela da outra modalidade (por exemplo, a modalidade baseada em FPG).

[095] Dessa forma, um ou mais dos sensores adicionais podem ser ativados na dependência de uma qualidade de sinal associada ao sensor de movimento. Em vez disso, os sensores adicionais podem ser operados periodicamente para fazer outras medições com menos frequência.

[096] Uma segunda abordagem se refere ao uso da detecção de movimento para fornecer a verificação da função dos outros sensores. Os sinais do acelerômetro podem, por exemplo, ser usados para verificar se um sensor óptico (por exemplo, sensor de FPG) faz contato com a pele. Se não, o usuário pode ser alertado para apertar a faixa ou reaplicar o emplastro.

[097] Desta forma, um alerta pode ser fornecido ao indivíduo de que o contato do sensor contato foi perdido na dependência de características do sinal do sensor de movimento. Em particular, a ausência de sinais de aceleração (isto é, nenhum sinal de pulso detectado) pode ser uma indicação de que o contato do sensor foi rompido.

[098] Uma terceira abordagem se refere à combinação de múltiplos sinais de sensor. Um sistema de sensor óptico é sensível às alterações de volume sanguíneo das camadas superficiais da pele, enquanto o sistema de sensor de movimento é sensível a alterações do volume sanguíneo no tecido.

[099] A razão entre os dois é indicativa da estrutura e da resposta dos vasos sanguíneos. Além disso, uma frequência cardíaca média pode ser calculada como: w*M1+(1-w) *M2.

[100] Aqui w é um fator de ponderação que pode ser determinado com base na confiabilidade da primeira modalidade Ml (isto é, baseada em movimento), e a segunda modalidade M2, por exemplo, FPG, bioimpedância ou capacitiva. A confiabilidade de Ml ou M2 pode ser baseada no nível de distorção nos sinais, a fim de determinar o fator de ponderação w.

[101] Quando a detecção de FPG é ligada, a distorção do sinal pela luz ambiente pode ser compensada por técnicas conhecidas, como o uso de um ciclo de trabalho no qual os LEDs são ligados e desligados e onde o sinal no estado desligado é subtraído do sinal no estado ligado. O ângulo de filtragem seletiva na frente do fotodetector de FPG ou a filtragem seletiva de comprimento de onda podem ser usadas também (por exemplo, um filtro bloqueador de infravermelho).

[102] A invenção é de interesse primário para um dispositivo para ser usado junto ao corpo para a detecção de pulso a fim de derivar um ou mais dentre frequência cardíaca, Variabilidade da frequência cardíaca e ritmo cardíaco (por exemplo, detecção de fibrilação atrial). A frequência da respiração pode ser obtida também. Tal dispositivo para ser usado junto ao corpo pode ser usado em uma enfermaria de um hospital geral ou em casa.

[103] Conforme mencionado acima, o principal parâmetro fisiológico de interesse é a frequência cardíaca, ou parâmetros relacionados à frequência cardíaca. Outras medições possíveis incluem a saturação sanguínea de oxigênio (Spo2) com o uso de um sensor de SpO2, medições de ECG com o uso de eletrodos de ECG em contato com a pele e medições de ultrassom com o uso de um transdutor de ultrassom.

[104] Conforme discutido acima, as modalidades fazem uso de um controlador. O controlador pode ser implementado de várias maneiras, com software e/ou hardware, para executar as várias funções necessárias. Um processador é um exemplo de um controlador que emprega um ou mais microprocessadores que podem ser programados com o uso de software (por exemplo, microcódigo) para executar as funções necessárias. Um controlador, entretanto, pode ser implementado com ou sem o emprego de um processador e pode ser implementado como uma combinação de hardware dedicado para executar algumas funções e de um processador (por exemplo, um ou mais microprocessadores programados e circuitos associados) para executar outras funções.

[105] Exemplos de componentes de controlador que podem ser empregados em várias modalidades da presente revelação incluem, mas não se limitam a, microprocessadores convencionais, circuitos integrados de aplicação específica (ASICs - “Application Specific Integrated Circuits”) e matriz de porta programável em campo (FPGAs - “Field-Programmable Gate Arrays”).

[106] Em várias implementações, um processador ou controlador pode ser associado a uma ou mais mídias de armazenamento, como memória volátil e não volátil de computador, como RAM (“Random Access Memory” - memória de acesso aleatório), PROM (“Programmable Read-Only Memory” - memória só de leitura programável), EPROM (“Erasable Programmable Read-Only Memory” - memória só de leitura programável e apagável) e EEPROM (“Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory” - memória só de leitura eletricamente “programável e apagável). As mídias de armazenamento podem ser codificadas com um ou mais programas que, quando executados em um ou mais processadores e/ou controladores, executam as funções necessárias. Várias mídias de armazenamento podem ser fixas no interior de um processador ou controlador, ou podem ser transportáveis, de modo que os um ou mais programas nelas armazenados possam ser carregados em um processador ou controlador.

[107] Outras variações aos exemplos revelados podem ser compreendidas e realizadas pelos versados na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação e das reivindicações anexas.

Nas reivindicações, a expressão “que compreende” não exclui outros elementos ou outras etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade.

O simples fato de certas medidas serem mencionadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada com vantagem.

Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitadores do escopo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. APARELHO SENSOR PARA MEDIR UM PARÂMETRO FISIOLÓGICO DE UM INDIVÍDUO, sendo que o aparelho sensor é adaptado para ser usado no corpo pelo indivíduo, caracterizado por compreender: um invólucro (14); uma estrutura de apoio (16) sustentada pelo invólucro, sendo que a estrutura de apoio tem uma porção de contato (18) que é adaptada para ser posicionada pelo invólucro contra a pele do indivíduo, sendo que ao menos a porção de contato (18) da estrutura de apoio é permeável a gases, sendo que a estrutura de apoio e o invólucro definem um espaço de ar (20) entre a porção de contato e o invólucro; e um sensor de movimento (22) para detectar O movimento da porção de contato da estrutura de apoio, sendo que o sensor de movimento é adaptado para se mover em relação ao invólucro.

2. APARELHO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo invólucro compreender uma faixa para uso ao redor do dedo ou pulso ou um emplastro para usar contra a pele.

3. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela estrutura de apoio (16) compreender uma placa que é montada nas porções de borda opostas ao invólucro com a porção de contato (18) posicionada para fazer contato com a pele do indivíduo.

4. APARELHO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo sensor de movimento (22) ser fixado à estrutura de apoio.

5. APARELHO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo sensor de movimento (22) ser fixado a: uma porção de borda da estrutura de apoio; a porção de contato (18); ou uma porção intermediária da estrutura de apoio entre a porção de contato e uma porção de borda.

6. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela estrutura de apoio compreender: uma malha não condutiva; ou uma malha de apoio e um revestimento não condutivo; ou uma malha de apoio condutiva e um revestimento não condutivo, sendo que as conexões elétricas com o sensor de movimento são feitas com o uso da malha de apoio condutiva.

7. APARELHO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela estrutura de apoio (16) compreender uma malha apoiada no interior de uma estrutura externa.

8. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado "pelo sensor de movimento (22) compreender um acelerômetro e/ou um giroscópio.

9. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender uma pluralidade de sensores de movimento.

10. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender adicionalmente um ou mais sensores adicionais sustentados pela estrutura de apoio ou o invólucro.

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o um ou mais sensores adicionais compreenderem um ou mais dentre um sensor de FPG, um sensor capacitivo ou um sensor de bioimpedância.

12. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado por compreender adicionalmente um controlador (60), sendo que o controlador é adaptado para ativar um ou mais dos sensores adicionais (24a, 24b, 24c) dependendo de uma qualidade de sinal associada ao sensor de movimento.

13. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por compreender um controlador (60) que é adaptado para combinar os sinais de múltiplos sensores com fatores de ponderação para derivar um sinal de sensor combinado.

14. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender um controlador (60) que é adaptado para fornecer um alerta ao indivíduo de que o contato do sensor foi perdido dependendo das características do sinal do sensor de movimento.

15. APARELHO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por medir a frequência cardíaca e/ou da respiração e/ou a frequência cardíaca e/ou a variabilidade do ritmo cardíaco.