CZ21959U1

CZ21959U1 - Device to monitor inclination

Info

Publication number: CZ21959U1
Application number: CZ201023483U
Authority: CZ
Inventors: Rozman@Jirí; Cech@Petr; Cížek@Martin; Dlouhý@Jirí
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-03-21

Description

Zařízeni k monitorování náklonuTilt monitoring device

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení k monitorování náklonu, zejména náklonu hlavy po vitreoretinálním zákroku na oku pacienta.The invention relates to a device for monitoring tilt, in particular tilt of the head after vitreoretinal surgery on the patient's eye.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Vitreoretinální chirurgie je disciplína na poli oční mikrochirurgie zaměřená na operace prováděné ve sklivci a na sítnici. Sítnice může být postižena mnoha chorobami vedoucími k částečné nebo plné slepotě. V některých případech může být zrak zachráněn speciální operací zvanou pars plana vitrektomie. Při této operaci je část sklivce odstraněna a dočasně nahrazena expanzní ply10 novou, nebo olejovou bublinou, která umožní rychlejší zhojení postižené sítnice. Během rekonvalescence je bublina postupně vstřebávána a nahrazena hmotou sklivce. Pro příznivý výsledek terapie je nutné, aby poloha bubliny v oku odpovídala po dobu několika dnů až týdnů po zákroku poloze stanovené v závěru operace. Problém je v tom, že specifická hustota media v bublině je menší než specifická hustota sklivce, takže bublina má tendenci měnit stanoviště při každé změně ís náklonu oční bulvy. Přímé polohování oka po operaci sítnice je prakticky téměř neproveditelné, lze ale využít skutečnosti, že okohybné svaly jsou během nejkritičtějšího období po operaci oteklé a tak je jeho poloha vůči hlavě neměnná. Požadovanou polohu bubliny lze tudíž zajistit vhodným polohováním hlavy pacienta.Vitreoretinal surgery is a discipline in the field of ophthalmic microsurgery focused on vitreous and retinal operations. The retina can be affected by many diseases leading to partial or full blindness. In some cases, sight can be saved by a special operation called pars plana vitrectomy. In this operation, a part of the vitreous is removed and temporarily replaced by an expansion gas 10 with a new or oil bubble that allows the affected retina to heal more quickly. During convalescence, the bubble is gradually absorbed and replaced by vitreous matter. For a favorable outcome of therapy it is necessary that the position of the bubble in the eye corresponds to the position determined at the end of the operation for several days to weeks after the procedure. The problem is that the specific density of the medium in the bubble is less than the specific density of the vitreous, so that the bubble tends to change habitat every time the eyeballs are tilted. Direct positioning of the eye after surgery of the retina is practically almost impracticable, but it is possible to take advantage of the fact that the ocular muscles are swollen during the most critical period after surgery and so its position with respect to the head is unchangeable. The desired position of the bubble can thus be ensured by appropriately positioning the patient's head.

Udržování správné polohy hlavy pouze vůlí pacienta bez zpětné vazby, tedy kontroly správné polohy, není dostačující pro optimální průběh terapie. Proto byl doposud tento problém řešen tak, že pacient byl v průběhu rekonvalescence fixován na speciální sedátka, popř. lehátka, která udržovala hlavu ve správné poloze. Nevýhodou je ovšem značné omezení komfortu pacienta.Maintaining the correct position of the head only by the will of the patient without feedback, thus checking the correct position, is not sufficient for optimal course of therapy. Therefore, this problem has been solved so far by fixing the patient to special seats during the convalescence. couches that kept the head in the correct position. The disadvantage, however, is a significant reduction in patient comfort.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení, které by umožnilo pacientovi, aby sám udržoval hlavu v požadovaném náklonu, a zároveň vytvořilo předpoklady pro dlouhodobé sledo25 vání polohy hlavy.The aim of the technical solution is to design a device which would allow the patient to maintain the head himself in the desired tilt, while at the same time creating the prerequisites for long-term tracking of the head position.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedený úkol řeší zařízení k monitorování náklonu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno mikrokontrolerem vybaveným konfigurační jednotkou a baterií, který je propojen s akcelerometrem typu MEMS detekujícím hodnotu náklonu ve třech osách a dále propojen s jednotkou signa30 lizující překročení povoleného náklonu od žádoucí polohy,This task is solved by a tilt monitoring device, which consists of a microcontroller equipped with a configuration unit and a battery, connected to an MEMS accelerometer detecting the tilt value in three axes and further connected to a signa30 unit detecting exceeding the permitted tilt from the desired position ,

Mikrokontroler může být propojen s obvodem pro generování reálného času a s externí pamětí k ukládání sekvence odchylek od žádoucí polohy.The microcontroller can be connected to a real-time generation circuit and an external memory to store a sequence of deviations from the desired position.

Mikrokontroler je s výhodou opatřen rozhraním pro komunikaci s řídicím počítačem.The microcontroller is preferably provided with an interface for communication with the control computer.

Baterie může být opatřena zařízením ke kontrole jejího stavu.The battery may be provided with a device to check its condition.

Zařízení je uloženo v pouzdře opatřeném prostředky k upevnění na hlavě pacienta.The device is housed in a housing provided with means for attachment to the patient's head.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresů, na nichž obr. 1 představuje řez oční bulvou po vitrektomické operaci, obr. 2 znázorňuje rozložení vektoru gravitačního zrychlení do tří os, obr. 3 je blokové schéma příkladného provedení zařízení k monitorování náklonu a na obr. 4 je příklad praktického provedení přenosného zařízení určeného k upevnění na hlavě pacienta. Příklady provedení technického řešeníBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of the eyeball after a vitrectomy operation; FIG. 2 shows a three-axis distribution of the gravity acceleration vector; FIG. 3 is a block diagram of an exemplary tilt monitoring device; is an example of a practical embodiment of a portable device to be mounted on a patient's head. Examples of technical solution

Blokové schéma obvodového řešení zařízení je uvedeno na obr. 3. V konkrétním provedení je základem monitorovací jednotky 8 bitový mikrokontroler IATMEGA 164PV-10AU společnostiThe circuit diagram of the device is shown in Fig. 3. In a specific embodiment, the monitoring unit is based on the 8-bit IATMEGA 164PV-10AU microcontroller from the company.

- 1 CZ 21959 Ul- 1 CZ 21959 Ul

Atmel, který prostřednictvím sériové sběrnice 2 I²C komunikuje s digitálním akcelerometrem 3 typu MEMS LIS3LV02DL fungujícím ve třech osách. Akcelerometr 3 je schopen ve všech třech osách kompenzovat nelinearity a filtrovat náhodné odchylky v měření na základě konstant naprogramovaných naprogramovaných výrobcem nebo zadaných uživatelem. Filtrace typu dolní pro5 pust redukuje počet případných falešných alarmů, které by mohly být vyvolány rychlým pohybem pacienta nebo krátkodobými výchylkami z žádoucí polohy. Akcelerometr 3 MEMS s digitálním výstupem představuje nejvýhodnější variantu z hlediska odolnosti proti rušení a snadné opakovatelnosti výroby zařízení. Na téže sběrnici 2 je napojena externí paměť 4 24LC512 a obvod 5 pro generování reálného času. Externí paměť 4 ukládá data zjištěná při periodických měřeío nich polohy hlavy. Periodicitu si může uživatel nastavit, jinak je nastavena na 1 s. Napájení monitorovací jednotky je zajištěno baterií 6 vybavenou zařízením 7 ke kontrole jejího stavu. Součástí mikrokontroleru 1 je konfigurační jednotka 8 sloužící k nastavení výchozích dat. Mikrokontroler 1 je dále propojen s jednotkou 9 pro akustickou signalizaci nesprávné polohy hlavy a opatřen rozhraním 10 pro komunikaci s řídicím počítačem. Zařízení je uloženo v pouzdře 11 opatřeném pásem k upevnění na hlavu pacienta.Atmel, which communicates via a 3 I ² C serial bus with a 3-axis MEMS LIS3LV02DL digital accelerometer 3. Accelerometer 3 is able to compensate for non-linearities in all three axes and filter random measurement variations based on manufacturer-programmed or user-specified constants. Low-pass filtering reduces the number of possible false alarms that could be triggered by rapid patient movement or short-term deviations from the desired position. The 3 MEMS accelerometer with digital output is the most advantageous variant in terms of immunity to interference and easy repeatability of equipment production. The same bus 2 is connected to an external memory 4 24LC512 and a real-time generation circuit 5. The external memory 4 stores data detected at periodic measurements of the head position. The periodicity can be set by the user, otherwise it is set to 1 s. The power supply of the monitoring unit is provided by a battery 6 equipped with a device 7 for checking its condition. The microcontroller 1 includes a configuration unit 8 for setting the default data. The microcontroller 1 is further coupled to the head position acoustic signaling unit 9 and has an interface 10 for communication with the control computer. The device is housed in a housing 11 provided with a belt for attachment to a patient's head.

Zařízení plní dvě základní funkce. Monitoruje polohu hlavy pacienta a v případě chybného držení hlavy ho upozorní akustickým signálem. Současně v pravidelných intervalech ukládá údaje o poloze hlavy a čase do paměti 4, která je nezávislá na napájení zařízení.The device has two basic functions. It monitors the position of the patient's head and warns the patient in the event of a false head posture. At the same time, it stores the head position and time data at regular intervals in a memory 4 independent of the power supply to the device.

Princip monitorování polohy spočívá především ve snímání náklonu hlavy ve všech směrech. Pro účely monitorování je nejvýhodnějšf měření náklonu založené na snímání směru vektoru tíhového zrychlení působícího na oko. Vliv směru vektoru tíhového zrychlení na polohu bubliny 12 uvnitř sklivce 13 oka je ilustrován na obr. 1. Akcelerometry vyráběné technologií MEMS jsou schopné snímat stejnosměrné i střídavé složky zrychlení. Použitím tohoto akcelerometru v tříosém provedení upevněného k hlavě pacienta, lze určit směr tíhového zrychlení a tím i polohu bubliny 12 uvnitř operovaného oka. Aktuální poloha hlavy je pak reprezentována změřenými souřadnicemi vektoru g zrychlení. Tento vektor g je porovnáván s vektorem změřeným v referenční poloze (definované lékařem) a výsledek je prezentován ve formě úhlové odchylky těchto dvou vektorů.The principle of position monitoring is primarily to sense the head tilt in all directions. For monitoring purposes, tilt measurement based on sensing the direction of gravity acceleration vector acting on the eye is most preferred. The effect of the gravity acceleration vector direction on the position of the bubble 12 within the vitreous humor 13 of the eye is illustrated in Fig. 1. By using this three-axis accelerometer attached to the patient's head, the direction of gravity acceleration and thus the position of the bubble 12 within the operated eye can be determined. The current head position is then represented by the measured coordinates of the acceleration vector g. This vector g is compared to the vector measured at the reference position (defined by the physician) and the result is presented in the form of the angular deviation of the two vectors.

Fo operaci je nutno zadat požadovanou poiohu hiavy, kterou má pacient udržovat pro optimální průběh rekonvalescence. Jednotka pak monitoruje úhlovou odchylku od této polohy. Při pravidelných kontrolách na klinice se data stahují z paměti 4 zařízení a podrobují se další analýze. Tento přístup při lékařských vyšetřeních umožní objektivně oddělit od sebe komplikace léčby způsobené chybným držením hlavy pacientem a komplikace způsobené jinými faktory.For the operation, the desired position of the hiava that the patient should maintain for optimal recovery is required. The unit then monitors the angular deviation from this position. At regular clinic inspections, data is downloaded from 4 devices and subjected to further analysis. This approach in medical examinations will make it possible to objectively separate the complications of treatment caused by the patient's poor posture and those caused by other factors.

Dlouhodobé sledování polohy hlavy pacienta pomocí elektronického monitorovacího systému je novým řešením požadavku klinické praxe v oblasti oční chirurgie. Správné polohování hlavy pacienta po vitreoretinálním zákroku při léčbě odchlípení či ruptury sítnice má zcela zásadní význam pro její příznivý výsledek.Long-term monitoring of the patient's head position using an electronic monitoring system is a new solution to the requirement of clinical practice in the field of eye surgery. Correct positioning of the patient's head after a vitreoretinal procedure in the treatment of retinal detachment or rupture is crucial for its favorable outcome.

Mechanické provedení monitorovací jednotky je znázorněno na obr. 4. Veškerá elektronika monitorovací jednotky je umístěna v hermeticky uzavřeném plastovém pouzdře 11, které se k hlavě pacienta fixuje pomocí pružné textilní pásky 14. Pro snadné ovládání základních funkcí jednotky jsou na pouzdře umístěna 2 tlačítka 15. Jedno slouží k aktivaci bezdrátového komunikačního rozhraní, druhé je určeno pro rychlé nastavení výchozí pozice pro monitoring polohy hlavy pacienta.The mechanical design of the monitoring unit is shown in Fig. 4. All electronics of the monitoring unit are housed in a hermetically sealed plastic housing 11, which is fixed to the patient's head by a flexible textile tape 14. Two buttons 15 are placed on the housing for easy control. One is used to activate the wireless communication interface, the other is designed to quickly set the starting position for monitoring the patient's head position.

Zařízení je vhodné pro veškeré klinické aplikace, kde je důležité dlouhodobě monitorovat polohu hlavy pacienta (oftalmologie, traumatologie, neurologie).The device is suitable for all clinical applications where it is important to monitor long-term position of the patient's head (ophthalmology, traumatology, neurology).

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Tilt monitoring device, characterized in that it consists of a microcontroller (1) equipped with a configuration unit (8) and a battery (6), which is connected to an MEMS-type accelerometer (2) detecting the tilt value in three axes and further connected to unit (9) indicating that the tilt has been exceeded from the desired position.

Device according to claim 1, characterized in that the microcontroller (1) is connected to a real-time generation circuit (4) and further to an external memory (5) for storing a sequence of deviations from the desired position.

Device according to claim 2, characterized in that the microcontroller (1) is also provided with an interface (10) for communication with the control computer.

Device according to claims 1 to 3, characterized in that the battery (6) is provided with a device (7) for monitoring its condition.

Device according to claims 1 to 4, characterized in that it is housed in a housing (11) provided with means for fastening to the patient's head.