ITTO950796A1

ITTO950796A1 - Procedimento e sistema per rilevare parametri chimico-fisici.

Info

Publication number: ITTO950796A1
Application number: IT95TO000796A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Caputo; Giampiero Porro; Stefano Rinaldi
Original assignee: Sorin Biomedica Cardio Spa
Priority date: 1995-10-05
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 1997-04-05
Also published as: EP0767370A1; ITTO950796A0; US5830134A; IT1280954B1

Abstract

Parametri chimico/fisici quali pH, pOz, pCOz, Oz sat%, etc. vengono determinati impiegando un mezzo sensibile, quale un materiale cromoforo, avente almeno una caratteristica ottica il cui andamento, su un determinato spettro di lunghezze d'onda di radiazione ottica (1) varia in funzione del parametro da determinare. Il profilo di tale andamento viene analizzato, ad esempio tramite mezzi sensori (9) di tipo policromatico agenti su detto spettro, che di preferenza è sostanzialmente continuo, così da poter ricondurre l'analisi ad una funzione di riconoscimento di profilo attuata secondo le tipiche modalità del riconoscimento delle configurazioni o pattern recognition (11). L'azione di determinazione viene resa così largamente indipendente da numerosi parametri perturbativi, quali quelli conseguenti all'impiego di unità di rivelazione (1, 2, 3) in parte di tipo monouso, eliminando la necessità di ricorrere ad operazioni preventive di calibrazione del sistema.(Figura 2).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento e sistema per rilevare parametri chimico-fisici"

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale alla rilevazione di parametri chimico-fisici quali pO2, pCO2, pH, O2 sat%, [K<+>], [Na<+>], [Ca<++>], etc. attuata impiegando un mezzo sensibile avente almeno una caratteristica ottica (ad esempio caratteristiche ottiche di riflettanza, assorbanza o luminescenza) suscettibile di variare in funzione del parametro che si intende rilevare.

Descrizione della tecnica nota

Negli ultimi anni sono stati resi disponibili diversi sistemi per la rilevazione (cosiddetto monitoraggio) on-line, spesso in tempo reale, di parametri quali quelli citati in precedenza (soprattutto pO2, pCO2 e pH). Sistemi di questo tipo, eventualmente utilizzabili in ambito intravascolare ed in ambito operatorio, sono di notevole importanza per applicazioni biomedicali quali la rilevazione ed il monitoraggio dei parametri chimico-fisici di fluidi corporei quali il sangue.

Di solito, questi sistemi noti basano la loro tecnica di misura sulla valutazione dell'assorbimento ottico o sull'emissione di luce a specifiche e definite lunghezze d'onda, vincolando in tal modo risoluzione e accuratezza a procedure di calibrazione anche piuttosto complicate, con l'ulteriore rischio che la misura risulti molto sensibile sia rispetto ad un ampio numero di sostanze interferenti presenti nel campione biologico in esame, sia influenzata da fenomeni quali l'eluizione della sostanza otticamente attiva oppure derive strumentali, ecc.. Di solito tali sistemi prevedono l'impiego di una sorgente luminosa quale una lampada allo xeno, un fascio di fibre ottiche che veicolano la luce verso una cella di misura in cui si trova il mezzo sensibile e di nuovo fibre ottiche che riportano la luce di ritorno ad un fotorilevatore quale un fotodiodo PIN che genera un segnale elettrico utilizzato ai fini della rilevazione.

Ad esempio, esiste in commercio un sistema per la misurazione di parametri chimico-fisici di un flusso sanguigno, conosciuto con la denominazione commerciale GasStat 100 (produzione della società Bentley) o con la denominazione commerciale CDI System 400 (produzione della società CDI-3M Healthcare) e comprendente una parte sensibile al pH in cui il mezzo sensibile è un materiale cellulosico a cui è collegato in modo covalente idrossipirentrisulfonato (HPTS ). Il dispositivo comprende inoltre, quale mezzo sensibile al CO2 una emulsione fine di un tampone bicarbonato (+HPTS) in un silicone bicomponente. E' poi previsto un terzo mezzo sensibile all'ossigeno, costituito da una soluzione di decaciclene chimicamente modificato (che è fortemente smorzato dall'ossigeno) in silicone monocomponente. I valori di fluorescenza dei tre mezzi sensibili possono essere correlati ai valori di pO2, pH e pCO2 tramite algoritmi quali quelli di Stern-Volmer o di Henderson-Hasselbalch. Prima dell'impiego è necessario calibrare i sensori utilizzando un apposito dispositivo di calibrazione contenente due cilindri di gas monouso con livelli precisamente determinati di pO2 e pCO2. Durante la calibrazione, i gas vengono fatti gorgogliare attraverso una soluzione tampone bicarbonato nella vaschetta (cuvette) del sensore per circa 7-10 minuti a temperatura ambiente per stabilire la curva di calibrazione dei gas su due punti. L'esperienza corrente indica che il dispositivo, che presenta un tempo di risposta dell'ordine di 3 minuti, è stabile per circa 12 ore di funzionamento .

Un sistema della stessa natura è venduto con il nome commerciale di Cardiomet 4000 dalla società inglese Biomedicai Sensors, Ltd. Si tratta di un sistema basato su microprocessore che viene calibrato senza dover disporre di gas di riferimento con caratteristiche precisamente determinate. Pur non essendo necessaria una calibrazione precisa per ciascun paziente, risulta sempre necessario svolgere periodicamente un ciclo di prova di alcuni minuti almeno una volta al giorno e un ciclo di calibrazione completa, che richiede circa 15 minuti di tempo, almeno una volta la settimana.

Da US-A-4200 110 è nota una sonda a fibre ottiche per la rilevazione del pH suscettibile di essere impiantata in un tessuto per la realizzazione di studi fisiologici. In linea di massima, il dispositivo si basa sulla rilevazione delle caratteristiche di assorbimento ad una lunghezza predeterminata quale 560, 485 o 600 nanometri. E' anche indicata la possibilità di utilizzare il dato di assorbimento a 485 nanometri, circa invariante rispetto al pH (si noti il comportamento complessivamente affine del diagramma della figura 1 nell'intorno degli stessi valori di lunghezza d'onda) quale riferimento per normalizzare la lettura a 560 nanometri.

In US-A-5039 492 viene descritto un sensore per la rilevazione ottica del pH e della concentrazione di gas che si basa anch'esso su una rilevazione di valori di assorbimento ad una o più lunghezze d'onda predeterminate .

Infine EP-A-0 586 025 fornisce una panoramica estremamente ampia ed articolata su varie tecniche per la misurazione di parametri quali pH, pCO, e pO2. In particolare vengono prese in rassegna tecniche colorimetriche invasive, la separazione con membrane semipermeabili, dispositivi/sensori ad elettrodo, transistori per la misura di pH in vivo, varie tecniche semi-invasive, determinazioni ottiche o spettroscopiche, ossimmetria pulsata, determinazione spettroscopica del pH in sistemi non biologici con i relativi algoritmi di analisi spettrale. In particolare, il procedimento formante oggetto di EP-A-0586 025 prevede di irradiare direttamente in vivo ed in modo non invasivo del tessuto contenente sangue così da rilevare l'attenuazione differenziale cui vanno soggette due o più lunghezze d'onda di una radiazione ottica compresa nel campo fra 500 e 2400 mm utilizzata per illuminare il tessuto. Anche se la relativa descrizione fa ripetutamente riferimento al ricorso ad un'analisi spettrale in termini generici, dalla lettura degli esempi si rileva che per l'illuminazione del tessuto si fa comunque ricorso ad un numero ristretto di lunghezze d'onda discrete (tipicamente 2, 3, con un valore massimo di 7 lunghezze d'onda). Poiché la caratteristica rilevata è sempre e comunque un'attenuazione, suscettibile di essere influenzata, oltre che dei parametri che si vogliono determinare, anche da parametri di apparecchiatura (essenzialmente delle condizioni di accoppiamento ottica fra, da una parte la sorgente di illuminazione e/o i sensori fotoelettrici e, dall'altra parte, il tessuto sottoposto ad analisi in pratica rappresentato dalla punta di un dito di un paziente, inserito in un apposito sopporto di rilevazione) si rende sempre necessario lo svolgimento di un passo preliminare di calibrazione. Di fatto, poi, l'azione di determinazione implica in via primaria la determinazione di fattori di tendenza o trend dei parametri rilevati, più che l'identificazione dei rispettivi valori assoluti.

Da quanto precede risulta evidente come il fatto di basarsi, per la determinazione di un determinato parametro chimico-fisico, sulle variazioni di una caratteristica ottica di attenuazione o, il che è praticamente equivalente, di assorbimento e/o di propagazione, e dunque unicamente sul livello di un segnale indicativo di tale attenuazione) ad una o più lunghezze d'onda determinate è esposto a numerose fonti di imprecisione. Il livello del segnale in questione può infatti variare, oltre che per le variazioni del parametro o dei parametri da determinare, per diversi altri fattori esterni quali ad esempio:

- la variazione delle condizioni di accoppiamento ottico fra una sorgente di illuminazione e la fibra o le fibre ottiche che di solito convogliano la radiazione usata per la rilevazione da e verso il mezzo sensibile,

- la variazione delle caratteristiche di propagazione della radiazione lungo tali fibre,

- la variazione delle condizioni di accoppiamento ottico fra l'uscita di tali fibre e il mezzo sensibile e/o in modo complementare,

- la variazione delle condizioni di accoppiamento fra il mezzo sensibile e le fibre ottiche che convogliano la radiazione a partire dal mezzo sensibile verso l'unità di rilevazione,

- la variazione delle caratteristiche di propagazione della radiazione lungo tali fibre e ancora - la variazione delle condizioni di accoppiamento fra tali fibre e la sorgente di fotorivelazione costituiscono tutti fattori perturbanti di cui bisogna tenere conto, annullando l'effetto di possibili variazioni tramite un processo di calibrazione svolto su un mezzo con caratteristiche note prima di avviare le operazioni di rilevazione.

Il problema è reso particolarmente acuto dal fatto che, come già si è detto, sistemi quali quelli descritti in precedenza sono destinati ad essere realizzati ed utilizzati non già come apparecchiature di laboratorio, suscettibili di operare in condizioni esattamente predeterminate e ripetibili con buona affidabilità, ma sotto forma di corredi destinati ad essere utilizzati anche in campo operatorio e, comunque, al di fuori del laboratorio. Per tali usi risulta pressoché imperativo fare in modo che la parte del sistema in cui si trovano il mezzo o i mezzi sensibili, destinati ad essere esposti ai fluidi quali sangue, ecc. i cui parametri sono oggetto di rilevazione, sia realizzata sotto forma di un'unità monouso accoppiata di volta in volta al sistema in condizioni suscettibili di variare a seconda cii come l'unità viene montata al momento, spesso agendo in condizioni d'urgenza.

La soluzione, così come prospettata ad esempio in us-A-4200 ilo, di utilizzare due diverse lunghezze d'onda di rilevazione, normalizzando il dato di rilevazione ad una lunghezza d'onda con quello all'altra lunghezza d'onda risolve solo in minima parte i problemi sopra evidenziati: non è affatto detto, ad esempio, che il valore normalizzato ottenuto secondo le modalità descritte in precedenza sia invariante rispetto ad uno o più fenomeni perturbativi, per cui permane comunque la necessità di svolgere con frequenza più o meno elevata un ciclo di calibrazione più o meno lungo.

Ciò vale essenzialmente anche per soluzioni che fanno ricorso ad algoritmi di elaborazione più sofisticati, ad esempio come descritti in EP-A-0586025. Scopi e sintesi dell'invenzione

La presente invenzione si prefigge lo scopo di risolvere in modo radicale gli inconvenienti descritti in precedenza. Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un procedimento e ad un dispositivo aventi le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono.

Come illustrazione del principio di base dell'invenzione, si può fare riferimento al diagramma della figura 1 che rappresenta - a titolo di esempio - tipici andamenti della curva di fotoassorbimento (valori in ordinata) di un mezzo sensibile costituito da una miscela di bromotimolo blu e giallo briallante per diversi valori di pH al variare della lunghezza d'onda espressa in nanometri (scala delle ascisse). Si tratta, come si può vedere, del tipico comportamento spettroscopico di un agente cromoforo a diversi valori di pH.Diagrammi quali quello riprodotto nella figura 1 possono essere ottenuti (con tecniche spettrografiche tradizionali di laboratorio) oltre che per il pH e gli altri parametri espressamente citati in precedenza, per numerosi altri parametri chimicofisici e/o per un'ampia varietà di mezzi sensibili, anche in relazione a caratteristiche ottiche diverse dall'assorbimento, dalla chemioluminescenza o dalle caratteristiche cromoforiche.

E' dunque possibile, rilevando ed eventualmente misurando le variazioni di una o più caratteristiche ottiche del mezzo sensibile, svolgere una corrispondente azione di rilevazione e di misura di uno o più parametri che si intendono determinare.

Quanto indicato in precedenza costituisce l'espressione di conoscenze scientifiche e tecniche ampiamente diffuse, costituenti lo sfondo dell'invenzione. Come meglio si vedrà nel seguito, l'invenzione si riferisce in modo specifico alla scelta del tipo di comportamento del mezzo sensibile usato per la rilevazione nonché ai criteri e alle modalità di rilevazione delle suddette caratteristiche ottiche utilizzate ai fini dell'azione di rilevazione: ciò prescindendo in modo sostanziale sia dalla natura del parametro investigato, sia dalla scelta specifica del mezzo sensibile adottato per la rilevazione. Si può anzi affermare con sostanziale aderenza alla realtà che l'invenzione risulta del tutto trasparente rispetto a tali specifiche scelte.

Al riguardo va precisato che predicati quali "ottico", "illuminazione", etc..., così come utilizzati nella presente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, non vanno in alcun modo intesi come limitato allo spettro della radiazione visibile ma si estendono almeno anche ai campi di radiazione elettromagnetica adiacenti, quali quelli dell'infrarosso e dell'ultravioletto. E' parimenti evidente il fatto che, anche se nel seguito, ed anche nelle rivendicazioni annesse, si farà riferimento ad uno "spettro di lunghezze d'onda", tale dizione va intesa come comprensiva anche dei corrispondenti spettri di frequenza e/o ai rispettivi campi di numeri d'onda (essendo lunghezza d'onda, frequenza e numero d'onda grandezze da queste derivabili legate funzionalmente le une alle altre).

Importante, ai fini dell'invenzione è che le variazioni della caratteristica ottica del mezzo sensibile utilizzato per la rilevazione indotta dalle variazioni del parametro che si intende determinare non si traducono semplicemente in una variazione globale dell'intensità del segnale di rilevazione, ossia in una semplice traslazione verso l'alto o verso il basso di tale segnale in corrispondenza della o delle frequenze di rilevazione. Al contrario, nella soluzione secondo l'invenzione si utilizzerà una caratteristica ottica del mezzo sensibile tale per cui ad una variazione del parametro che si intende determinare corrisponde una variazione del profilo (e dunque non soltanto una traslazione verso l'alto o verso il basso, ma anche una deformazione, una risagomatura, una o più rotazioni locali almeno parziali, ecc.) dell'andamento della suddetta caratteristica ottica sullo spettro di lunghezze d'onda (o di frequenze, il che è equivalente) di radiazione ottica utilizzata ai fini della rilevazione.

La soluzione secondo l'invenzione prevede quindi di rilevare le variazioni del profilo della caratteristica o delle caratteristiche ottiche (sul significato attribuito al predicato "ottico" si è già detto nella parte introduttiva della descrizione) e, dunque, di preferenza, non già operando in corrispondenza di singole lunghezze d'onda (o frequenze o numeri d'onda, il che - come si è detto - è equivalente) ma operando invece su uno spettro ottico allargato, definito come uno spettro "policromatico e sostanzialmente privo di discontinuità". Con tale dizione si intendono qui definire uno spettro ed i relativi mezzi rivelatori e, se del caso, mezzi di illuminazione operanti su una pluralità estesa di lunghezze d'onda (o di frequenze, o di numeri d'onda) dunque non solo ad una o due lunghezze d'onda con radiazione circa monocromatica, come nel caso delle soluzioni secondo la tecnica nota e con caratteristiche spettrali, di sensibilità e/o di emissione globali sostanzialmente prive di marcati vuoti o valli quali quelli che si determinerebbero tramite il semplice abbinamento di alcuni sensori o sorgenti sostanzialmente monocromatici.

Una sorgente di radiazione ottica avente caratteristiche di questa natura è descritta, ad esempio, nel lavoro "Semiconductor emitter based 32-channel spectrophotometer module for real-time process measurements" di H. KerSnen e J. Malinen, presentato ad Eco - The Hague, The Netherlands il 14-15 Marzo 1990 e pubblicato in SPIE voi. 1266, In-Process Optical Measurements and Industriai Methods (1990), pagg. 91-98 nonché in PCT/FI88/00103.

Un fotorivelatore avente caratteristiche della stessa natura è descritto invece nel lavoro "Imaging spectrometer for process industry applications " di E. Herrala, J. Okkonen, T. Hyvàrinen, M.Aikio e J. Lammasniemi, pubblicato in SPIE, voi. 2248, pagg. 33-40.

Il fatto di operare con uno spettro del tipo sopra specificato consente, se del caso, di rilevare tutto il profilo che caratteristiche quali le caratteristiche di assorbimento rappresentate in figura 1 assumono su un ampio spettro di valori di lunghezze d'onda X, ad esempio lo spettro da circa 270 a circa 700 nanometri rappresentato nel diagramma della figura 1 e non già di limitarsi, come fatto di solito nel caso della tecnica nota, ai valori rilevati in corrispondenza di una o due lunghezze d'onda. In ogni caso, un risultato funzionalmente analogo può essere ottenuto, con mezzi noti, anche in assenza di mezzi sensori e/o illuminatori in grado di coprire fisicamente, con le loro caratteristiche, il suddetto spettro policromatico e sostanzialmente privo di discontinuità. I dati relativi all'andamento del profilo della caratteristica utilizzata per la rilevazione su un tale spettro possono essere infatti ricostruiti per via algoritmica (ed in modo noto) a partire dai dati rilevati in corrispondenza di specifici valori distinti, a patto di disporre di un numero sufficiente di campioni. In ogni caso, nella descrizione particolareggiata che segue di un possibile esempio di attuazione dell'invenzione, si farà riferimento, per semplicità, a soluzioni in cui i sensori e/o le sorgenti utilizzate assicurano fisicamente la copertura del suddetto spettro. L'invenzione non deve comunque intendersi limitata, per quanto si è detto, a tale specifico esempio di attuazione.

Un sistema operante secondo l'invenzione dispone di una memoria in cui sono registrati, per ciascun parametro che viene rilevato (monitorato) ed in funzione del mezzo sensibile impiegato, un insieme di modelli di andamenti o profili di curve caratteristiche rilevate su un ampio campo spettrale di osservazione ciascuno corrispondente ad un diverso valore del parametro in questione.

Il profilo di volta in volta rilevato dai mezzi sensori confrontato (su un'ampia gamma di valori di lunghezze d'onda) con l'insieme dei modelli memorizzati nel dispositivo, o almeno con alcuni di essi, cosi da identificare (secondo i criteri correntemente adottati per lo svolgimento delle funzioni denominate "pattern recognition"o "riconoscimento di configurazioni" , comprese le soluzioni che prevedono il ricorso a reti neurali) quello, fra i vari modelli, cui è riconducibile con maggior similarità o maggiore verosimiglianza il profilo al momento rilevato. Il modello così selezionato (eventualmente con i ricorso a tecniche decisionali del tipo di quelle basate su insiemi di tipo "fuzzy") viene identificato come dato di lettura ed utilizzato per identificare il valore da attribuire al parametro che viene rilevato.

In concreto, con riferimento alla curva illustrata nella figura 1, se si riscontra che il profilo al momento rilevato corrisponde, con la massima probabilità o verosimiglianza, alla curva del diagramma che presenta il valore più alto in corrispondenza della parte centrale (λ=407 nm) del diagramma della figura 1 ed il valore più basso in corrispondenza dell'estremità destra (λ=500-700 nm) della stessa figura, il sistema identifica il valore di pH utilizzato come dato di lettura con il valore di pH 6,011 corrispondente appunto a tale curva, utilizzata come modello.

L'azione di riconoscimento così attuata prescinde totalmente da fenomeni di attenuazione o simili fenomeni perturbativi che possono portare, ad esempio, a traslazioni verso l'alto o verso il basso del profilo al momento rilevato o ad un'amplificazione, o attenuazione, del segnale: ciò che conta, per il riconoscimento, è l'andamento di questo profilo nel suo complesso, cioè la forma della curva e non già i valori assoluti che tale profilo assume nel senso di una traslazione verso l'alto o verso il basso in uno o pochi punti, ovvero nel senso di un'amplificazione o attenuazione del relativo segnale.

La base dati costituita dai suddetti modelli utilizzati per l'azione di riconoscimento delle configurazioni relative ad un parametro e ad un relativo mezzo sensibile viene memorizzata nel sistema all'atto dell'approntamento dello stesso, senza necessariamente richiedere ulteriori operazioni di taratura o calibrazione durante il normale funzionamento. Una volta memorizzato nella base dati l'insieme dei possibili modelli di andamento di una determinata caratteristica ottica in funzione delle variazioni di un determinato parametro da rilevare utilizzando un determinato mezzo sensibile, tale insieme di modelli, determinato una ed una sola volta, viene utilizzato nell'impiego del dispositivo senza richiedere più modifiche o alterazioni.

Ad abundantiam, si ricorderà ancora una volta che, anche se la presente descrizione illustra l'invenzione riferendosi a spettri di lunghezza d'onda, l'invenzione stessa può essere descritta e rivendicata in modo del tutto identico facendo riferimento a spettri di frequenze, numeri d'onda ed eventuali altre grandezze fisiche, equipollenti, cosi come del tutto evidente per il tecnico esperto del settore. Descrizione particolareggiata dei disegni L'invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 è un diagramma che è già stato estesamente discusso in precedenza,

- la figura 2 illustra in modo schematico una possibile configurazione di un sistema secondo l'invenzione,

- le figure 3 e 4 illustrano, anche qui in modo schematico, due possibili varianti di attuazione semplificate di un sistema secondo l'invenzione,

- la figura 5 è una vista in dettaglio che illustra possibili particolari di attuazione dei sistemi di cui alle figure 2 a 4,

- la figura 6 illustra schematicamente una possibile forma di attuazione di uno degli elementi illustrati nella figura 4,

- la figura 7 illustra l'andamento di uno spettro di un segnale ottenibile con il dispositivo illustrato nella figura 6, e

- la figura 8 illustra schematicamente, sotto forma di un diagramma di flusso, le modalità di funzionamento di un dispositivo di elaborazione che svolge una funzione di riconoscimento di configurazioni nell'ambito di un sistema secondo l'invenzione.

Descrizione particolareggiata di un esempio di attuazione dell'invenzione

Nelle viste delle figure 2 a 4 il riferimento S indica in generale il mezzo (ad esempio sangue o siero) di cui si vogliono rilevare determinati parametri chimico-fisici quali, ad esempio il pH, il pCO2, il pO2, ecc. Tale mezzo può essere costituito sia da un campione statico (ad esempio una certa massa di sangue prelevata dal corpo di un paziente), sia da una corrente di tale mezzo che fluisce, ad esempio, in una sezione di un condotto compreso in uno schema di circolazione extracorporea di un paziente nell'ambito di un intervento operatorio.

Secondo criteri di per sé noti, il mezzo S sottoposto a rivelazione viene esposto (ad esempio per effetto di un vero e proprio contatto fisico diretto o mediante l'interposizione di membrane semipermeabili o gas-permeabili) ad una o più unità di rilevazione 1, 2, 3 (il numero di queste unità può essere qualsiasi, in funzione delle specifiche esigenze applicative) ciascuna delle quali è preposta alla determinazione di un rispettivo parametro chimico-fisico attuata per via ottica con l'impiego di un rispettivo mezzo sensibile. A questo proposito si può fare utilmente riferimento alla sintetica descrizione di apparecchiature commerciali note fatta nella parte introduttiva della presente descrizione.

La figura 5 illustra schematicamente la struttura di una delle unità in questione, qui identificata con l'unità 1. In sostanza (si rammenta che la rappresentazione qui fornita è ampiamente schematica e fatta con l'intento primario di facilitare la comprensione, dal momento che gli specifici dettagli di realizzazione sono noti al tecnico esperto del settore e di per sé non rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione) nell'unità 1 è presente un mezzo sensibile quale ad esempio un mezzo cromoforo 4 presentante almeno una caratteristica ottica (ad esempio l'assorbimento o altre caratteristiche chemioluminescenti o cromoforiche) avente un andamento, in funzione delle lunghezze d'onda ottica, il cui profilo varia selettivamente in funzione di un rispettivo parametro chimico-fisico del mezzo S sottoposto a rilevazione.

A titolo di esempio, il materiale 4 può essere un indicatore di pH le cui caratteristiche di assorbimento e/o di riflettanza presentano un profilo variabile in funzione della lunghezza d'onda secondo modalità analoghe a quanto rappresentato nel diagramma della figura 1.

Con 5 è indicata nel complesso un'unità di accoppiamento ottico facente capo a rispettive fibre ottiche 6, 7 la cui funzione è essenzialmente quella di convogliare verso e a partire dal materiale cromoforo 4, rispettivamente, la radiazione ottica proveniente da una sorgente 8 e la radiazione destinata ad essere inviata verso un fotorivelatore 9 (ad esempio uno spettrofotometro, un fotodiodo o analoghi).

Le unità di accoppiamento ottico 5, le relative fibre 6, 7 nonché la sorgente 8 ed il rivelatore 9 costituiscono di preferenza (e secondo criteri di per sé noti) le parti stabili del dispositivo di rilevazione indicato nel suo complesso con 10. Il materiale cromoforo 4 e il relativo substrato (quale una sezione di tubo, una vaschetta o cuvette, ecc.), dunque la parte dell'unità di rilevazione destinata a ricevere il mezzo S sottoposto a rilevazione costituisce di preferenza un elemento monouso destinato ad essere sostituito ogni volta che si effettua una nuova operazione di rilevazione, ad esempio perché è cambiato il paziente.

Le figure 2 a 5 si riferiscono, a titolo esemplificativo, ad una soluzione in cui il dispositivo 10 comprende sia mezzi di eccitazione o stimolazione (ossia la sorgente di illuminazione 8 delle figure 2 e 3) del mezzo sensibile, quale il materiale cromoforo 4, quanto mezzi ottici di rivelazione (rivelatore 9 delle figure 2 e 4). Questa disposizione appare in generale preferenziale, in considerazione del fatto che, nella maggior parte dei casi, le caratteristiche ottiche utilizzate ai fini della rilevazione sono costituite da caratteristiche quali l'assorbimento, o altre caratteristiche cromoforiche legate essenzialmente ai criteri con i quali una radiazione ottica inviata sul o attraverso mezzo sensibile viene modificata o alterata dallo stesso mezzo sensibile.

Almeno in linea di principio per la rilevazione di taluni parametri chimico-fisici, è possibile sfruttare caratteristiche ottiche che non richiedono una specifica eccitazione (illuminazione) del mezzo sensibile: è il caso, ad esempio, di talune caratteristiche di chemioluminescenza, in cui l'emissione di radiazione da parte del mezzo sensibile viene stimolata per via chimica e non già per effetto dell'invio di radiazione ottica sul mezzo sensibile stesso o ancora di particolari situazioni di impiego in cui, ad esempio, la funzione di eccitazione può essere svolta semplicemente dalla luce ambientale, dunque senza necessità di prevedere una specifica sorgente di illuminazione del mezzo sensibile 4.

In ogni caso, nel seguito della presente descrizione si farà esplicito riferimento al caso, più corrente, in cui il sistema 10 comprende anche una sorgente di illuminazione quale la sorgente 8 della figura 2 o le sorgenti 81, 82 e 83 di cui si dirà nel seguito.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 2, che è quella al momento considerata più completa, la sorgente 8 è una sorgente quale quella descritta nell'articolo di Keranen e Malinen già citato in precedenza mentre il rilevatore 9 è del tipo di quello descritto nel lavoro di Herrala, Okkonen, Hyvàrinen, Aikio e Lammasniemi, anch'esso già citato nella parte introduttiva della presente descrizione.

Si tratta, tanto per la sorgente 8 quanto per il rivelatore 9, di dispositivi che fanno uso di sorgenti/rivelatori ottici allo stato solido in grado di coprire in modo sostanzialmente continuo un'ampia banda spettrale, virtualmente (per quanto riguarda il rivelatore) la banda compresa da circa 380 a circa 1800 nanometri così da realizzare una funzione di rivelazione tipo multicromatico e su spettro sostanzialmente continuo nei termini chiariti in precedenza.

In sintesi, la sorgente 8 comprende una schiera bidimensionale di diodi ad emissione di luce (LED) i cui elementi, aventi rispettivi spettri di emissione centrati intorno a frequenze diverse inviano la loro radiazione ottica attraverso un sistema ottico comprendente uno specchio sferico associato ad un prisma principale e ad un prisma di regolazione con associato un reticolo di riflessione con una finestra trasparente così da generare in uscita una radiazione ottica avente uno spettro sostanzialmente continuo compreso tra circa 810 e circa 1060 nanometri di lunghezza d'onda. Tale spettro corrisponde alla sovrapposizione dei singoli spettri di emissione dei diodi della schiera, che sono a tal fine sfalsati in frequenza in modo da coprire nel modo più continuo e uniforme possibile lo spettro complessivo desiderato. Tale radiazione policromatica viene inviata verso le unità 1, 2, 3, dunque verso i rispettivi mezzi sensibili quale il materiale cromoforo 4, attraverso le fibre 6. La radiazione modificata per effetto del passaggio e/o della riflessione nei e/o sui vari mezzi sensibili (dunque modificata in funzione dei parametri del mezzo S che si intendono rilevare), viene raccolta dalle stesse unità 5 e rinviata verso il fotorilevatore 9 attraverso le fibre 7. Come già si è detto, tale rivelatore può essere costituito da uno spettrometro di visualizzazione basato su un elemento prisma/reticolo/prisma (PGP) che funge da elemento dispersivo con associata una rispettiva ottica che consente di inviare su una matrice di fotorivelatori del tipo CCD un segnale di rilevazione distribuito su due assi rispettivamente indicativi delle coordinate spettrali e della coordinata spaziale del segnale di rilevazione .

Il rivelatore 9 può cosi inviare verso un'unità di elaborazione quale ad esempio un microprocessore o un personal computer 11 rispettivi segnali elettrici (di solito convertiti in forma digitale tramite un convertitore analogico/digitale - di tipo noto - non esplicitamente illustrato nei disegni) indicativi, per ciascuna unità di rivelazione 1, 2, 3 dell'andamento o profilo della caratteristica ottica rilevata per ciascun rispettivo mezzo sensibile in relazione al rispettivo parametro.

Detto altrimenti, l'unità di elaborazione 11 riceve, per ciascuno dei parametri sottoposti a rivelazione, un segnale che rappresenta una curva o profilo quale una delle curve o profili illustrati in relazione a variazioni del pH nel diagramma della figura 1. Più precisamente, l'unità di elaborazione 11 riceve dal rivelatore 9 una curva o profilo corrispondente ad una rivelazione svolta al momento. In sede di elaborazione, la stessa unità 11 riconduce la curva o profilo rilevata al momento, secondo le tipiche modalità dei processi di pattern recognition, ad un valore noto del parametro. Quest'operazione viene effettuata mediante un processo di riconoscimento basato su curve o profili memorizzati nell'unità 11 stessa quali modelli tipici.

La soluzione schematicamente illustrata nella figura 2 prevede di preferenza l'interposizione, fra la sorgente 8 e il rivelatore 9, di un cammino di collegamento diretto, indicato con A suscettibile di essere utilizzato per fini di calibrazione, essenzialmente per regolare la sensibilità del rivelatore 9 in funzione dell'intensità della radiazione emessa dalla sorgente 8.

E' però del tutto evidente che tale funzione di calibrazione costituisce una normale funzione di regolazione del sistema 10 assimilabile, ad esempio, alla regolazione di luminosità o di contrasto di uno schermo a raggi catodici o ad un sistema di controllo automatico del volume. Tale funzione che non ha alcunché a che fare con le complesse procedure di calibrazione dei sistemi secondo la tecnica nota, in cui tutto il sistema 10 nel suo complesso deve essere di volta in volta calibrato utilizzando uno o più mezzi di prova S per tener conto di possibili variazioni o fenomeni perturbativi che insorgono di volta in volta, ad esempio perché viene cambiata la parte monouso del sistema. Come già si è detto, la soluzione secondo l'invenzione consente di eliminare del tutto tali operazioni di calibrazione.

La soluzione illustrata nella figura 2, seppur preferenziale in termini complessivi di efficacia e compattezza del dispositivo 10,può risultare onerosa in termini di realizzazione, soprattutto per quanto riguarda la necessità di utilizzare tanto nella sorgente 8 quanto nel rivelatore 9 schiere bidimensionali di sorgenti e rivelatori allo stato solido con associate rispettive ottiche di concentrazione/dispersione spaziale della radiazione.

Gli schemi delle figure 3 e 4 mostrano soluzioni alternative in cui tanto il rivelatore 9 (schema della figura 3) quanto la sorgente 8 (schema della figura 4) vengono suddivisi in più rilevatori (91, 92, 93) o più sorgenti (81, 82, 83) con ciascuno di tali rivelatori e/o ciascuna di tali sorgenti dedicata alla ricezione/trasmissione della radiazione proveniente ovvero inviata da o verso una delle unità di rivelazione 1, 2, 3.

Naturalmente gli insegnamenti delle figure 3 e 4 possono essere combinati fra loro dando origine ad un sistema in cui è presente una pluralità di sorgenti ed una rispettiva pluralità di ricevitori.

Quale che sia la specifica soluzione adottata, le varianti in questione consentono di semplificare la struttura delle schiere di sorgenti ovvero delle schiere di rivelatori, ad esempio ricorrendo a schiere di LED o di fotorivelatori (ad esempio sotto forma di schiere CCD)con caratteristiche monodimensionali, lineari.

Il ricorso a schiere di tipo monodimensionale presenta il vantaggio di avere costi minori, un migliore rapporto segnale/rumore ed implica una minore complessità del controllo elettronico dei dispositivi .

In pratica, così come illustrato nello schema della figura 6, con riferimento ad uno dei fotorivelatori 91, 92, 93 (nel caso specifico si è fatto riferimento al fotorivelatore 91), la struttura risulta semplificata in quanto all'uscita della rispettiva fibra 7 può essere semplicemente predisposta un'ottica di focalizzazione 12 che rinvia la radiazione su un reticolo 13 che a sua volta convoglia la radiazione su una schiera lineare di fotorivelatori, ad esempio una schiera CCD lineare indicata con 14.

Con tale disposizione è possibile rinviare a partire da ciascuno dei rivelatori 91, 92, 93 verso l'unità di elaborazione 11 un segnale di rilevazione corrispondente ad uno spettro quale quello illustrato nella figura 7, dove la scala delle ascisse rappresenta la lunghezza d'onda (λ) e la scala delle ordinate identifica un parametro ottico quale la riflettanza o l'assorbimento del mezzo sensibile, rappresentato dall'intensità I della radiazione ottica che incide sulle varie porzioni del sensore lineare 14.

A partire da tale segnale, l'unità elaborativa 11 può realizzare la funzione di riconoscimento schematicamente rappresentata dal diagramma di flusso della figura 8.

Al riguardo va rammentato ancora una volta che, in sede di predisposizione iniziale del sistema 10 nella memoria dell'unità elaborativa 11 vengono memorizzati (ad esempio tramite caricamento da un supporto esterno quale un dischetto) insiemi di profili di curve del tipo di quello rappresentato nella figura 1 e corrispondente all'andamento, in funzione della lunghezza d'onda λ, di una particolare caratteristica ottica (ad esempio l'assorbimento)per diversi valori del parametro (il pH nel caso della figura 1) che si intende determinare.

All'atto dello svolgimento di ciascuna misura o ciclo di determinazione, a partire da una fase di avvio indicata con 100, l'unità 11 legge in un passo 101 il segnale di rilevazione Ι(λ) che gli viene da uno dei rivelatori, quali ad esempio il segnale schematizzato nel diagramma della figura 7 con riferimento al rivelatore 91; un segnale di questo tipo, in una schiera bidimensionale è ottenibile per ciascun parametro anche da una sorgente più complessa quale quella indicata con 9 nella figura 2.

Al passo indicato con 101 segue un complesso di passi, indicati con 102, 103 e 104, che corrispondono a una tipica funzione di "pattern recognition", diretta essenzialmente ad identificare la curva o profilo letta nel passo 101 con uno dei modelli di andamento o di profilo memorizzati nell'unità 11.

A titolo illustrativo (come è ben noto al tecnico esperto del settore della "pattern recognition" le possibili varianti sono praticamente infinite), si è qui esemplificato un procedimento che prevede una lettura ordinata dei modelli dalla memoria, attuata in un passo 102, cui segue un confronto, attuato in un passo 103, fra il profilo letto nel passo 101 e il profilo di volta in volta letto nel passo 102. Tale confronto può essere realizzato,secondo criteri diversi, ad esempio utilizzando sagome del tipo correntemente denominato "template", ovvero algoritmi di approssimazione del tipo correntemente denominato "best fit" o "best match", o ancora algoritmi di tipo probabilistico del tipo a massima verosimiglianza ("maximum likelihood").Ad esempio, a seguito dell'operazione di confronto si determinano gli scostamenti, rispetto al profilo rilevato (passo 101) dell'andamento della caratteristica ottica sullo spettro di lunghezza d'onda utilizzato per la rilevazione.

Si tratta, come ben noto, di algoritmi che possono essere resi ampiamente indipendenti rispetto a fenomeni di amplificazione o attenuazione del segnale, nonché di spostamento o traslazione delle curve che vengono confrontate, ad esempio per effetto di uno scostamento rispetto alla scala delle ordinate del diagramma della figura 1 conseguente ad anomale alterazioni del livello del segnale convogliato dalle fibre 6 derivanti, ad esempio, da accoppiamenti ottici imperfetti.

Il passo 103 si conclude con un passo di scelta 104 in cui essenzialmente si decide se il modello al momento utilizzato per il confronto può essere considerato ottimale ai fini dell'identificazione con il profilo letto nel passo 101. L'operazione di confronto del passo 104 viene di fatto ripetuta ciclicamente cosi da poter tener conto, almeno in modo virtuale, di tutti i modelli memorizzati sino a quando si identifica il modello considerato migliore.

A questo punto, in un successivo passo indicato con 105, tale modello selezionato come migliore viene identificato come quello corrispondente al profilo letto nel passo 101. Il relativo valore del parametro determinato viene scelto come parametro di lettura destinato ad essere presentato all'esterno, ad esempio per effetto di una visualizzazione (passo 106) sull'unità di visualizzazione associata all'unità di elaborazione 11.A questo punto, il sistema si predispone in una fase di attesa 107 in vista della lettura di una nuova curva o profilo e della ripetizione del procedimento descritto. E'evidente che le operazioni testé descritte possono essere realizzate in modo pressoché simultaneo o concorrente su diversi segnali di rilevazione, così da poter visualizzare in modo parimenti simultaneo più parametri di lettura.

Per quanto riguarda la suddetta azione di selezione, il valore attribuito al parametro chimico-fisico viene determinato per interpolazione come il valore corrispondente al minimo degli scostamenti determinati fra i profili compresi nella base dati ed il profilo di volta in volta rilevato.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Ciò vale in particolare per quanto riguarda la scelta dei particolari algoritmi di "pattern recognition" utilizzati, soprattutto per la possibilità di ricorrere a sistemi di riconoscimento non strettamente algoritmici, quali ad esempio i sistemi basati sull'impiego di reti neurali.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per rilevare parametri chimico-fisici di un mezzo (S), comprendente le operazioni di: - esporre detto mezzo (S) ad un mezzo sensibile (4) avente almeno una caratteristica ottica suscettibile di variare in funzione di almeno un rispettivo parametro chimico-fisico di detto mezzo (S), - rilevare (5, 7, 9) detta almeno una caratteristica ottica; la rilevazione di detta almeno una caratteristica ottica costituendo una rilevazione di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di: - scegliere, quale detto mezzo sensibile (4) un mezzo sensibile in cui una variazione di detto almeno un rispettivo parametro produce una variazione del profilo dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica su almeno un determinato spettro di lunghezza d'onda (λ) di radiazione ottica, - rilevare (5, 7, 9) detta almeno una caratteristica ottica almeno su detto spettro di lunghezze d'onda <λ) così da ottenere, quale risultato della rilevazione di detta almeno una caratteristica ottica, un profilo rilevato dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d 'onda (λ) e - rilevare detto rispettivo parametro chimicofisico a partire da detto profilo rilevato dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda (λ).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni di. - creare una base dati costituita da una pluralità di profili dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda <λ) per diversi valori di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico; - introdurre detta base dati in una memoria di un'unità di elaborazione; - confrontare detto profilo rilevato dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda (λ) con almeno alcuni dei profili di detta pluralità di profili di detta base dati, introdotta in detta memoria; - identificare, sulla base di una procedura di riconoscimento fra detti almeno alcuni di detti profili di detta pluralità di profili di detta base dati, un profilo di massimo adattamento a detto profilo rilevato dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda, e - indicare, come valore rilevato di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico, il valore corrispondente a detto profilo di massimo adattamento a detto profilo rilevato.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto spettro di lunghézze d'onda (λ) è uno spettro di lunghezze d'onda di una radiazione ottica policromatica sostanzialmente privo di discontinuità.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di rilevare detta almeno una caratteristica ottica tramite un sensore ottico allo stato solido (9).
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di realizzare detto sensore allo stato solido sotto forma di una schiera di elementi fotosensibili.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di illuminare detto mezzo sensibile (4) con una radiazione ottica (6, 8) almeno su detto spettro di lunghezze d'onda (λ) e l'operazione di rilevare detta almeno una caratteristica ottica rilevando (5, 7, 9) le alterazioni indotte da detto mezzo sensibile (4) sullo spettro della radiazione riflessa, trasmessa o emessa rispetto allo spettro di detta radiazione di illuminazione.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di generare detta radiazione ottica su detto spettro di lunghezze d'onda (λ) tramite una sorgente di illuminazione allo stato solido (8).
8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che comprende l'operazione di realizzare detta sorgente di illuminazione allo stato solido (8) sotto forma di schiera di elementi luminescenti allo stato solido.
9. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto parametro chimico-fisico viene scelto nel gruppo costituito da: pO2, pCO2 pH, O2 sat%, [K<+>], [Na<+>], CCa<++>].
10. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta almeno una caratteristica ottica viene scelta nel gruppo costituito dalle caratteristiche chemioluminescenti e le caratteristiche cromoforiche di detto mezzo sensibile (4).
11. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto spettro policromatico e sostanzialmente privo di discontinuità si estende nel campo di lunghezza d'onda (λ) fra circa 380 e circa 1800 nanometri.
12. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che la rilevazione di detto rispettivo parametro chimico-fisico a partire da detto profilo rilevato dall'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezza d'onda, viene effettuata mediante una procedura di pattern recognition, sia del tipo algoritmico, sia di tipo non algoritmico, quale una procedura di riconoscimento tramite reti neurali.
13. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta operazione di confrontare viene attuata determinando gli scostamenti, rispetto a detto profilo rilevato, dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezza d'onda.
14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che il valore rilevato di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico viene determinato per interpolazione con quello corrispondente al minimo degli scostamenti determinati fra i profili di detta pluralità di profili di detta base dati e detto profilo rilevato.
15. Dispositivo (10)per rilevare parametri chimicofisici di un mezzo (S) tramite un mezzo sensibile (4) avente almeno una caratteristica ottica suscettibile di variare in funzione di almeno un rispettivo parametro chimico-fisico di detto mezzo (S), comprendente mezzi rilevatori ottici (9) per rilevare detta almeno una caratteristica ottica generando un rispettivo segnale di rilevazione (11), detto segnale di rilevazione essendo indicativo di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico, caratterizzato dal fatto che comprende: - almeno un'unità di rilevazione (1, 2, 3) con una parte contenente, quale detto mezzo sensibile (4), un mezzo sensibile in cui una variazione di detto almeno un rispettivo parametro produce una variazione del profilo dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica su almeno un determinato spettro di lunghezze d'onda (λ) di radiazione ottica, - mezzi rivelatori ottici (9; 91, 92, 93) sensibili alla radiazione ottica su almeno detto spettro di lunghezze d'onda (\), per cui detto segnale di rilevazione è indicativo di un profilo rilevato dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda (λ), e - mezzi elaboratori (11) per derivare, a partire da detto segnale di rilevazione, almeno un dato di rilevazione indicativo di detto almeno un rispettivo parametro chimico-fisico.
16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elaboratori (11) sono provvisti di: - un'unità di elaborazione con una memoria per ricevere, nell'impiego, una base dati (102) relativa ad una pluralità di profili dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica su detto spettro di lunghezze d'onda (λ) per diversi valori di detto almeno un parametro chimico-fisico, - una funzione di confronto (103, 104) per confrontare, a partire da detto segnale di rilevazione, detto profilo rilevato con almeno alcuni dei profili di detta pluralità di profili di detta base dati introdotta in detta memoria, - una funzione di identificazione (105) per identificare, sulla base di una procedura di riconoscimento, fra almeno alcuni di detti profili di detta pluralità di profili di detta base dati, un profilo di massimo adattamento a detto profilo rilevato, e - una funzione di presentazione (106) per indicare, quale valore di rilevazione di detto parametro chimico-fisico il valore corrispondente a detto profilo di massimo adattamento.
17. Dispositivo secondo la rivendicazione 15 o la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detti mezzi rivelatori ottici (9; 91, 92, 93) sono sensibili alla radiazione ottica su uno spettro di lunghezze d'onda, costituente detto almeno uno spettro, policromatico e sostanzialmente privo di discontinuità.
18. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 17, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (9, 91, 92, 93) sono mezzi sensori allo stato solido.
19. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che mezzi sensori allo stato solido (9; 91, 92, 93) comprendono una schiera di elementi fotosensibili allo stato solido.
20. Dispositivo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detta schiera di elementi fotosensibili è una schiera bidimensionale.
21. Dispositivo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detta schiera di detti elementi fotosensibili è una schiera monodimensionale (14).
22. Dispositivo secondo la rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che a detta schiera monodimensionaie (14) sono associati mezzi ottici di concentrazione (12, 13).
23. Dispositivo secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detti mezzi ottici di concentrazione comprendono almeno uno fra un sistema ottico di focalizzazione a lente (12) e un sistema di concentrazione a reticolo (13).
24. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 18 a 23, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori comprendono elementi fotorivelatori del tipo CCD.
25. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 24, caratterizzato dal fatto che comprende almeno una fibra ottica (7) per convogliare la radiazione ottica da detto mezzo sensibile (4) verso detti mezzi fotorivelatori (9; 91, 92, 93).
26. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 15 a 25, caratterizzato dal fatto che, in detta almeno un'unità di rilevazione (1, 2, 3), almeno detta parte contenente detto mezzo sensibilé (4) è configurata come unità monouso.
27. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 15 a 26, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di unità di rilevazione (1, 2, 3) aventi ciascuna un rispettivo mezzo sensibile (4) per la rilevazione di un rispettivo parametro chimico-fisico di detto mezzo (S).
28. Dispositivo secondo la rivendicazione 27, caratterizzato dal fatto che comprende un unico fotorivelatore ottico (9) collegato a detta pluralità di unità di rilevazione (1, 2, 3).
29. Dispositivo secondo la rivendicazione 27, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di rivelatori ottici (91, 92, 93) ciascuno associato ad una rispettiva unità di rivelazione (1, 2, 3) di detta pluralità.
30. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 29, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi illuminatori (8; 81, 82, 83) per illuminare detto mezzo sensibile (4) con una radiazione ottica almeno su detto spettro di lunghezze d'onda (λ) per cui detto profilo rilevato dell'andamento di detta almeno una caratteristica ottica corrisponde all'effetto esercitata da detto mezzo sensibile (4) su detta radiazione ottica di illuminazione generata da detti mezzi illuminatori (8; 81, 82, 83).
31. Dispositivo secondo la rivendicazione 30, caratterizzato dal fatto che detti mezzi illuminatori (8; 81, 82, 83) comprendono elementi fotogeneratori allo stato solido.
32. Dispositivo secondo la rivendicazione 31, caratterizzato dal fatto che detti mezzi illuminatori (8; 81, 82, 83) comprendono una schiera di elementi fotogeneratori allo stato solido.
33. Dispositivo secondo la rivendicazione 32, caratterizzato dal fatto che detta schiera è una schiera bidimensionale .
34. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 30 a 33, caratterizzato dal fatto che detti mezzi illuminatori comprendono una pluralità di diodi emettitori di luce (LED) con rispettive caratteristiche di emissione distribuite in modo sostanzialmente privo di discontinuità su detto spettro di lunghezze d 'onda (λ).
35. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 30 a 34, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi a fibra ottica (6) per convogliare verso detto mezzo sensibile (4) la radiazione ottica generata da detti mezzi illuminatori (8; 81, 82, 83).
36. Dispositivo secondo la rivendicazione 27 ed una qualsiasi delle rivendicazioni 30 a 35, caratterizzato dal fatto che comprende un'unica sorgente di illuminazione (6) per inviare la radiazione ottica verso dette unità di rivelazione (1, 2, 3) di detta pluralità.
37. Dispositivo secondo la rivendicazione 27 ed una qualsiasi delle rivendicazioni 28 a 33, caratterizzato dal fatto che comprende una pluralità di sorgenti di illuminazione (81, 82, 83) ciascuna delle quali invia una rispettiva radiazione ad una rispettiva di dette unità di rilevazione (1, 2, 3) di detta pluralità .
38. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detta funzione di confronto (103, 104) determina gli scostamenti, rispetto a detto profilo rilevato, dell'andamento di detta caratteristica ottica su detto spettro di lunghezza d'onda.
39. Dispositivo secondo la rivendicazione 30, caratterizzato dal fatto che detta funzione di identificazione (105) determina il valore di rilevazione di detto rispettivo parametro chimico-fisico per interpolazione come quello corrispondente al minimo degli scostamenti determinati fra i profili di detta base dati e detto profilo rilevato.
40. Unità monouso per l'impiego quale parte di detta unità di rilevazione (1, 2, 3) in un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 39, detta parte contenendo almeno un mezzo sensibile (4) avente almeno una caratteristica ottica dipendente da almeno un rispettivo parametro chimico-fisico, in cui una variazione di detto almeno un rispettivo parametro produce una variazione del profilo dell'andamento di detto almeno una caratteristica ottica su almeno un determinato spettro di lunghezze d'onda (λ) di radiazione ottica. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.