Наручные электронные часы для диагностики здоровья

Авторы патента:

A61B5/0295 - с использованием плетизмографии, т.е. измерение изменений объема какой-либо части или органа под воздействием циркуляции крови через них, например импедансной плетизмографии

Полезная модель относится к области медицины и медицинской техники. Устройство представляет собой наручные электронные часы, снабженные набором дополнительных датчиков, считывающих ряд физиологических параметров человека с диагностико-профилактическими целями. Задача, к которой относится заявленное техническое решение, заключается в существенном повышении точности производимых измерений, увеличении устойчивости измерений к возможным источникам шумов, а также в общем улучшении эксплуатационных качеств подобных устройств. Данная задача решается за счет применения специальной конструкции оптической системы устройства, направленной на снижение уровня шумов, с одновременным повышением уровня полезного сигнала. Для этого наручные электронные часы для диагностики здоровья включают в себя корпус, на верхней стороне которого расположен жидкокристаллический дисплей, а на нижней (прилегающей к руке) - контактные группы датчиков кожно-гальванического сопротивления. В центре нижней части корпуса установлен фотодатчик и излучатель света для снятия различных физиологических показателей. Причем, в устройстве используется общее отверстие и для осуществления подсветки и для получения отраженного сигнала, т.е. свет подсветки распространяется вдоль оптической оси фотодатчика и направлен перпендикулярно поверхности кожи руки. Объективная часть оптической системы расположена на дне небольшого зачерненного цилиндрического углубления нижней части корпуса, которое играет роль бленды и защищает объектив от паразитной боковой засветки. Для этой же цели служат несколько выступающих над поверхностью корпуса концентрических волн небольшой высоты (порядка 1-2 мм), которые гарантируют необходимую плотность прижатия кожи руки к устройству, а также уменьшение вероятности сдвига устройства в процессе измерения. Оптическая система устройства построена по конфокальной схеме - в плоскости, оптически сопряженной с фокальной плоскостью объектива, находится конфокальная диафрагма, что позволяет существенно снизить фоновую подсветку от точек руки вне анализируемой области. Объективная линза служит одновременно как для фокусировки детектора на анализируемой области, так и для фокусировки света от излучателя света в анализируемую область. Для ввода света на ось детектора используется светоделительная пластина (полупрозрачное зеркало). Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение контраста изображения за счет применения подсветки, сфокусированной объективной линзой в область анализа, и размещения диафрагмы в плоскости наблюдения перед фотодетектором. Использование бленды и волн герметичности уменьшает паразитную боковую засветку.

Из предшествующего уровня техники известно устройство в виде наручных электронных часов, которые могут измерять некоторые биологические данные пользователя. Устройство может освещать участок кожи человека, получать отраженный свет от тканей тела и биологических жидкостей пользователя. Рассматривая полученный оптический сигнал совместно с сигналами от других датчиков (например, от датчика движения), устройство способно идентифицировать свет, отраженный от протекающей крови, и, одновременно, фильтровать шум, вызванный окружающим светом, движением пользователя и т.п. Отфильтрованный свет используется для определения биометрических данных пользователя. Патент US 2012/0271121 от 25 октября 2012, правообладатель: BASIS Science, Inc., San Francisco, CA (US), коды МПК - 2006.01: A61B 5/0205; A61B 5/05; A61B 5/11; A61B 5/024; A61B 5/026; A61B 5/1455; A61B 5/021; A61B 5/01; A61B 6/00. Технологически, устройство выполнено в виде наручных электронных часов. На верхней стороне корпуса расположен жидкокристаллический дисплей и четыре сенсорных кнопки. Дополнительная механическая кнопка расположена на боковой поверхности устройства. На противоположной боковой поверхности размещается контактная группа для осуществления зарядки устройства и его синхронизации с компьютером. На нижней стороне корпуса расположены контактные группы датчиков электрического сопротивления кожи. В центре нижней части корпуса установлен фотодатчик, окруженный двумя излучателями света. Патент US D687,951 S от 13 августа 2013, правообладатель: BASIS Science, Inc., San Francisco, CA (118), коды USPC (United States Patent Classification): D24/167; D24/186.

Задача, к которой относится заявленное техническое решение, заключается в существенном повышении точности производимых измерений, увеличении устойчивости измерений к возможным источникам шумов, а также в общем улучшении эксплуатационных качеств подобных устройств.

Данная задача решается за счет применения специальной конструкции оптической системы устройства, направленной на снижение уровня шумов, с одновременным повышением уровня полезного сигнала. Для этого наручные электронные часы для диагностики здоровья включают в себя корпус, на верхней стороне которого расположен жидкокристаллический дисплей, а на нижней (прилегающей к руке) - контактные группы датчиков кожно-гальванического сопротивления. В центре нижней части корпуса установлен фотодатчик и излучатель света для снятия различных физиологических показателей. Причем, в устройстве используется общее отверстие и для осуществления подсветки и для получения отраженного сигнала, т.е. свет подсветки распространяется вдоль оптической оси фотодатчика и направлен перпендикулярно поверхности кожи руки. Объективная часть оптической системы расположена на дне небольшого зачерненного цилиндрического углубления нижней части корпуса, которое играет роль бленды и защищает объектив от паразитной боковой засветки. Для этой же цели служат несколько выступающих над поверхностью корпуса концентрических волн небольшой высоты (порядка 1-2 мм), которые гарантируют необходимую плотность прижатия кожи руки к устройству, а также уменьшение вероятности сдвига устройства в процессе измерения. Оптическая система устройства построена по конфокальной схеме - в плоскости, оптически сопряженной с фокальной плоскостью объектива, находится конфокальная диафрагма, что позволяет существенно снизить фоновую подсветку от точек руки вне анализируемой области. Объективная линза служит одновременно как для фокусировки детектора на анализируемой области, так и для фокусировки света от излучателя света в анализируемую область. Для ввода света на ось детектора используется светоделительная пластина (полупрозрачное зеркало).

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение контраста изображения за счет применения подсветки, сфокусированной объективной линзой в область анализа, и размещения диафрагмы в плоскости наблюдения перед фотодетектором. Использование бленды и волн герметичности уменьшает паразитную боковую засветку.

Внешний вид волн герметичности и отверстия (бленды) для подсветки и детектирования в часах схематически показан на фиг. 1. Зачерненный цилиндр в роли бленды давно используется не только для фотоаппаратов, но и в таких устройствах, как оптическая компьютерная мышь. Изготовление такой бленды, как и волн герметичности, не представляет труда и легко может быть выполнено, например, в процессе отливки корпуса часов из пластика.

Устройство поясняется на фиг. 2, на котором изображена схема оптической системы часов, встроенной в корпус.

В соответствии с этим рисунком, свет от излучателя света частично отражается от полупрозрачного зеркала («Светоделитель» на рисунке) и фокусируется линзой объектива на интересующей области внутри руки человека. Отраженный от исследуемой области свет попадает обратно на линзу объектива и далее на светоделитель. Частично проходит сквозь него, после чего световой поток фокусируется линзой. В фокальной плоскости этой линзы и непосредственно перед детектором установлена диафрагма, которая существенно ослабляет поток света, поступающий от внутренних областей руки пользователя, расположенных более или менее глубоко, чем исследуемая область. Зачерненное цилиндрическое отверстие в корпусе часов, на дне которого установлена линза объектива, выполняет роль бленды и гасит боковую засветку от посторонних источников света. Волны герметичности позволяют поддерживать плотный контакт между устройством и рукой пользователя и дополнительно защищают его от боковой засветки. Кроме того, такие волны на корпусе предотвращают проскальзывание корпуса часов относительно руки пользователя, особенно если выполнить нижнюю поверхность часов (или только волны герметичности) из прорезиненного или аналогичного ему материала. Высота таких волн должна быть небольшой (примерно 1-2 мм), чтобы не создавать дискомфорт пользователю при длительном использовании часов. Высота металлических контактов от других датчиков (на рисунке не показаны) должна соответствовать (или немного превышать) высоту волн герметичности.

Вопрос реализации конфокальной оптической схемы на практике также не представляется сложным. Данная схема нашла свое применение в различных оптических устройствах, которые требуют повышенной устойчивости к зашумлению сигнала. Довольно давно существуют микроскопы, построенные по конфокальной схеме. Также конфокальная схема применяется и в гораздо более миниатюрных устройствах, например, при изготовлении некоторых оптических компьютерных мышей или в приводах для чтения/записи оптических носителей информации (дисков).

Принцип работы диафрагмы изображен на фиг. 3. Свет от образца поступает в линзу и, после прохождения диафрагмы, попадает в датчик. Интересующая область образца обозначена точкой 1. Она расположена в фокусе линзы. В другом фокусе линзы расположена диафрагма таким образом, что весь свет от точки 1 попадает в детектор. Кроме того, в линзу попадает свет от всех других точек, лежащих вне фокуса, например, от точки 2, которая находится на меньшей глубине внутри образца. В этом случае, пройдя через линзу, свет попадает на диафрагму, которая отсекает значительное его количество.

1. Наручные электронные часы для диагностики здоровья, характеризующиеся тем, что они включают в себя корпус, на верхней стороне которого расположен жидкокристаллический дисплей, а на нижней - контактные группы датчиков кожно-гальванического сопротивления; в центре нижней части корпуса установлены фотодатчик и излучатель света для снятия различных физиологических показателей, причем в устройстве используется общее отверстие и для осуществления подсветки, и для получения отраженного сигнала, т.е. свет подсветки распространяется вдоль оптической оси фотодатчика и направлен перпендикулярно поверхности кожи руки; объективная часть оптической системы расположена на дне небольшого зачерненного цилиндрического углубления нижней части корпуса, которое играет роль бленды и защищает объектив от паразитной боковой засветки; для этой же цели служат одна или несколько выступающих над поверхностью корпуса концентрических волн небольшой высоты, которые гарантируют необходимую плотность прижатия кожи руки к устройству, а также уменьшение вероятности сдвига устройства в процессе измерения; оптическая система устройства построена по конфокальной схеме: в плоскости, оптически сопряженной с фокальной плоскостью объектива, находится конфокальная диафрагма, что позволяет существенно снизить фоновую подсветку от точек руки вне анализируемой области; объективная линза служит одновременно как для фокусировки детектора на анализируемой области, так и для фокусировки источника света в анализируемую область; для ввода света на ось детектора используется светоделительная пластина.

2. Наручные электронные часы для диагностики здоровья по п.1, отличающиеся тем, что концентрические волны вокруг датчика не просто выдавлены в материале корпуса, а сделаны из упругого, плохо скользящего материала.

3. Наручные электронные часы для диагностики здоровья по п.1, отличающиеся тем, что в качестве подсветки используются несколько источников с одинаковыми или различными длинами волн.

4. Наручные электронные часы для диагностики здоровья по п.1, отличающиеся тем, что в оптической системе устройства используется несколько детекторов, а в качестве подсветки используются несколько источников с одинаковыми или различными длинами волн.

5. Наручные электронные часы для диагностики здоровья по п.1, отличающиеся тем, что в оптической системе устройства используются датчики, чувствительные только к длине волны используемых источников излучения.