CZ2013781A3

CZ2013781A3 - Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta

Info

Publication number: CZ2013781A3
Application number: CZ2013-781A
Authority: CZ
Inventors: Vladimír Kolář; Libor Seidl
Original assignee: Linet Spol. S. R. O.
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-15
Also published as: WO2015051770A1; PL3054837T3; ES2847125T3; US20160235367A1; EP3054837B1; CN105813551B; CN105813551A; EP3054837A1; US10376216B2; CZ308222B6

Abstract

Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí ve formě měřící podložky zahrnující alespoň jeden měřící člen. Měřící člen zahrnuje piezoelektrický snímač s první a druhou vodivou elektrodu a piezoelektrickým elementem. V blízkosti piezoelektrického snímače se nachází třetí vodivá elektroda. Působením mechanické síly na kryt měřícího členu se mění vzdálenost mezi alespoň jednou z elektrod piezoelektrického snímače a třetí vodivou elektrodou. Tato změna vzdálenosti se projeví jako diference snímaného parametru, jenž odpovídá změně vitálních funkcí pacienta.

Description

Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro monitorování vitálních funkcí pacienta. Měření frekvence pacientova dechu a tepu je realizováno pomocí měřící podložky, ve které jsou implementovány jeden nebo více měřících členů. Každý tento měřící člen se skládá z unikátního senzoru, který snímá mechanické působení sil na podložku, vznikající jako důsledek pacientova dechu a tepu.

Dosavadní stav techniky

Současná technika nabízí velké množství přístrojů pro monitorování pacientových vitálních funkcí. Tyto monitory jsou běžně využívány v mnoha nemocnicích a to především na jednotkách intenzivní péče. Zásluhou nových moderních technologií nemusí být pacient s přístrojem propojen žádnými kabely a pro úspěšné monitorování životních funkcí pacienta odpadá nutnost spoluúčasti pacienta a personálu nemocnice. Tyto bezkontaktní monitorovací systémy lze použít i na oddělení následné péče nebo do pečovatelských domů.

Většina těchto moderních, avšak v této době už nepříliš ojedinělých zařízení, je založena na podobném principu. Hlavní složkou měřícího zařízení je podložka, ve které je zakomponován jeden, či více senzorů. Tyto senzory mohou být různého typu. Jedním z typů je senzor, který snímá změny síly, působící na podložku. Další metoda využívá pro měření vitálních funkcí akcelerometrů, které měří vibrace ložné plochy. Dále lze využít například piezoelektrických snímačů a v neposlední řadě i snímačů kapacitních. Podložka se umístí pod místo, kde se nachází pacient, zpravidla pod matraci.

Je známa řada provedení samotné podložky, jako např. v patentové přihlášce č. WO 2010080794, kde je podložka naplněna tekutinou, a tlakový senzor snímá změny tlaku, způsobené dýcháním a pacientovým tepem. Problémem tohoto provedení je složitost výroby speciální podložky naplněné kapalinou.

Zajímavým řešením je také vyhodnocování vitálních funkcí na základě analýzy videosignálu, kde některé vitální funkce jsou vypočítávány na základě poměru i

intenzit světla dvou různých vlnových délek odraženého od pacientovy kůže. Takové řešení je např. v patentové přihlášce č. WO 2013027027. Tato metoda ovšem není příliš přesná a navíc je obtížné provádět měření tímto způsobem při nedostatečném osvětlení.

Jsou známy i provedení, kdy se měřící člen umístí přímo do matrace. Takové řešení můžeme vidět např. v patentu č. US 7652581. Nevýhodou může být cena pro tyto účely přizpůsobené matrace.

K realizaci měřícího zařízení může být využito i tenzometrů, jejichž hlavní úlohou je vyhodnocování váhy pacienta. Při správném uzpůsobení mohou zaznamenávat i vibrace, které vznikají jako důsledek dýchání a srdečního tepu. K provedení měření touto metodou je zapotřebí velmi citlivých tenzometrů, které jsou ovšem náchylné na rušení a často mohou reagovat na okolní síly, které nejsou předmětem zájmu. Takové řešení najdeme např. v patentu č. US 7699784.

Na základě snížení pořizovací ceny piezoelektrických snímačů se stále častěji setkáváme s jejich využitím v mnoha odvětvích, od medicínských zařízení, využití v armádě, až po zabezpečení objektů. S piezoelektrickými snímači se setkáváme u medicínských zařízení například u pletysmografie, měření krevního tlaku, měření třesu, pohybu pacienta, či měření tepové frekvence. Piezoelektrické senzory jsou založeny na tom, že na deformaci reagují vznikem měřitelného elektrického napětí. Lze je využít pro měření síly, ohybu, prodloužení i jiných veličin. Problém je, že piezoelektrický senzor velmi špatně reaguje na změny nízké frekvence, jako je například právě frekvence dechu. Využití těchto piezoelektrických snímačů pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí najdeme např. v patentu č. US 6984207.

Součástí medicínských zařízení jsou často i kapacitní snímače, jejichž výhodou je, že jsou na rozdíl od piezoelektrických snímačů citlivé i na změny mechanického působení sil o nízké frekvenci. Proto mají široké spektrum využití od měření hladiny kapalin, měření polohy, až po měření síly, což se dá využít například pro měření dechu pacienta. Využití těchto kapacitních senzorů je uvedeno například v patentové přihlášce č. WO 2006131855.

Bezkontaktní měření vitálních funkcí pacienta může být realizováno využitím induktivních senzorů, které měří bio-impedanci pacienta, na jejichž základě se vyhodnocují fyziologické projevy pacienta. Takovéto provedení je uvedeno například v patentové přihlášce č. WO 2006129212.

Moderním trendem medicíny je stále méně zasahovat do pacientových denních aktivit, a proto je bezkontaktní monitorování životních funkcí pacienta stále více atraktivní. Pro samotné měření vitálních funkcí se nejčastěji využívá podložka, skládající se z jednoho či více typů senzorů například piezoelektrických, tlakových nebo kapacitních. Tyto senzory se liší schopností reagovat na změny mechanického působení sil, vzniklého jako důsledek pacientových vitálních funkcí. Například piezoelektrický senzor se vyznačuje tím, že dobře reaguje na dynamické změny působící veličiny, které mohou být způsobeny například pacientovým tepem. Na pomalé změny působící veličiny, jako je například pacientův dech, reaguje dobře například kapacitní senzor. Problém při realizaci bezkontaktního zařízení pro měření vitálních funkcí pacienta je ten, že senzory musí být citlivé i na nepatrné změny působení sil, způsobené hlavně dechem a tepem pacienta a nesmí být rušeny žádnými vnějšími silami. Toho lze docílit kombinací více různých typů senzorů, což však vede k vysoké ceně měřícího zařízení.

Podstata vynálezu

Uvedené problémy řeší zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta, zahrnující měřící podložku, tvořenou jedním nebo více měřícími členy. Součástí měřícího členu je piezoelektrický snímač zahrnující první a druhou vodivou elektrodu a piezoelektrický element, a je unikátní tím, že zahrnuje třetí vodivou elektrodu v blízkosti piezoelektrického snímače, přičemž působením mechanické síly na kryt měřícího členu se mění vzdálenost mezi alespoň jednou z elektrod piezoelektrického snímače a třetí vodivou elektrodou. Toto technické provedení je výhodné z toho důvodu, že pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta je využíván pouze jeden typ takto modifikovaného měřícího členu.

Působení mechanické síly na kryt, způsobené pacientovými vitálními funkcemi, se projeví vychýlením planžety. Uspořádání planžety, krytu a nosného těla je přibližně symetrické, čímž je docíleno toho, že stejná svislá síla může působit kdekoliv po celé ploše krytu a projeví se jako stejná výchylka planžety. Ve výhodném provedení *_t· * *··’ ·Λ * ··* zahrnuje měřící člen pružný element, který působí na piezoelektrický snímač mechanickou silou směrem k planžetě. Alternativní provedení zahrnuje piezoelektrický snímač, který je mechanicky připevněn k planžetě.

Ve výhodném provedení může zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta měřit změnu polohy nebo přítomnost pacienta.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je zobrazena měřící podložka. Na obr. 2 je zobrazena měřící podložka v dalším možném provedení, co se týče uspořádání měřících členů. Obr. 3 zachycuje měřící člen včetně krytu. Na obr. 4 je detail desky vodivých spojů včetně piezoelektrického snímače. Průřez měřícím členem v poloze, kde na měřící člen nepůsobí žádná síla, je znázorněn na obr. 5, zatímco obr. 6 zachycuje průřez tímto měřícím členem při působení svislé síly na kryt. Na obr. 7 je detail průřezu měřícím členem v místě piezoelektrického snímače. Na obr. 8 je znázorněn detail průřezu měřícím členem v místě piezoelektrického snímače při působení svislé síly.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 a obr. 2 jsou zobrazena dvě různá provedení měřící podložky 1 pro bezkontaktní měření vitálních funkcí pacienta. Touto měřící podložkou 1 lze bezkontaktně měřit vitální funkce pacienta a lze ji vložit mezi ložnou plochu lůžka a matraci, na křeslo, židli, případně mezi jakoukoliv opěru pacienta a jeho tělo. Měřící podložka 1 může být přizpůsobena jak změnou rozměrů, tak rozestavením měřících členů 2. Součástí měřící podložky 1 je kabel 3 sloužící pro napájení nebo k přenosu signálu. Tento kabel 3 může být přizpůsoben i k datové komunikaci, přičemž k datové komunikaci může sloužit i rozšíření podložky 1. o modul wi-fi, bluetooth nebo o další způsoby bezdrátové komunikace. Obal podložky 1 je pro snadnou manipulaci a čistitelnost vyroben z flexibilního a voděodolného materiálu, jako je například goretex textilie, plastová folie nebo jiné lehké, voděodolné materiály.

Na obr. 3 je znázorněn měřící člen 2 tvořený krytem 4, nosným tělem 5 a planžetou 6, na kterou zespoda doléhá piezoelektrický snímač 7, přičemž při působení svislé síly na kryt 4 se planžeta 6 prohýbá. Nosné tělo 5 je svým tvarem uzpůsobeno tomu, aby planžeta 6 přesně zapadla do části nosného těla 5 a zároveň, aby byla chráněna hlavní část měřícího členu 2 skládajícího se ze senzoru pro sledování pomalých změn, například kapacitního snímače 8 a ze senzoru pro sledování rychlých změn, například piezoelektrického snímače 7. Kryt 4 se v několika místech opírá o planžetu 6, a tím na ni přenáší sílu, kterou na něj působí okolí. Součástí měřícího členu 2 je kabel 3 sloužící například pro napájení a přenos signálu.

Na obr. 4 je znázorněn piezoelektrický snímač 7, tvořený první vodivou elektrodou 9 a druhou vodivou elektrodou 10, mezi kterými se nachází piezoelektrický element 11 (není na obrázku). Stavba takových piezoelektrických snímačů 7 je obecně známá, příkladem může být piezoelektrický snímač 7 DT Series od firmy Measurement Specialties. Piezoelektrický snímač 7 je přichycen na desku s vodivými spoji, například desku tištěných spojů 12. Součástí desky tištěných spojů 12 je třetí vodivá elektroda 13, nacházející se v blízkosti piezoelektrického senzoru 7. Třetí vodivá elektroda 13 tvoří spolu s alespoň jednou z vodivých elektrod 9, 10 piezoelektrického snímače 7 kondenzátor, jehož parametry se mění v závislosti na vzdálenosti mezi alespoň jednou z vodivých elektrod 9, 10 piezoelektrického snímače 7 a třetí vodivou elektrodou 13. Vodič jedna 14, vodič dva 15 a vodič tři 16 slouží k propojení elektrod 9, 10, 13 s centrální procesorovou jednotkou 17.

Na obr. 5 až obr. 8 je detailně popsán princip podle vynálezu. Obr. 5 zobrazuje průřez měřícího členu 2 v první poloze, kdy na kryt 4 nepůsobí žádná vnější síla. Je zde zachycen kryt 4, nosné tělo 5 měřícího členu 2, planžeta 6, první příčka 1_8 a druhá příčka 19, na kterých je usazena planžeta 6. Přibližně na střed planžety 6 doléhá piezoelektrický snímač 7, přichycený druhou stranou k desce vodivých spojů

12. Součástí měřícího členu 2, tak jako je na obr. 5, může být pružný element 20, který působí na piezoelektrický snímač 7 silou směrem k planžetě 6. Tímto pružným elementem 20 může být například pružina. V alternativním provedení, kdy je piezoelektrický snímač 7 připevněn k planžetě 6, nemusí být pružina součástí měřícího členu 2.

Obr. 6 zachycuje průřez měřícím členem 2 pod působením svislé síly na kryt 4. Přenos této svislé síly, nezávislé na místě působení, probíhá skrze dvě místa kontaktu mezi krytem 4 a planžetou 6. Působení svislé síly na kryt 4 se tedy projeví vychýlením planžety 6, v místě blízkém piezoelektrickému snímači 7, ze své původní polohy. Tím, že je technické uspořádání planžety 6, krytu 4 a nosného těla 5 přibližně symetrické, je docíleno toho, že stejná svislá síla může působit kdekoliv po celé ploše krytu 4 a projeví se jako stejná výchylka planžety 6.

Na obr. 7 a obr. 8 je zobrazeno, jak se působení svislé síly projeví na samostatném piezoelektrickém snímači 7. Obr. 7 zachycuje výřez střední části měřícího členu 2, zobrazeného na obr. 6 s deskou s vodivými spoji 12 a s piezoelektrickým snímačem 7 v první poloze, kdy na kryt 4 nepůsobí žádná vnější síla, zatímco obr. 8 zobrazuje tuto část měřícího členu 2 pod působením svislé síly na kryt 4. Jakmile působí svislá síla na kryt 4, planžeta 6 se vychýlí ze své první polohy směrem od nosného těla 5. Protože je piezoelektrický snímač 7 přitlačován pružným elementem 20 k planžetě 6, při vychýlení planžety 6 se pohybuje spolu s ní. Vzdálenost mezi alespoň jednou z vodivých elektrod 10 na piezoelektrickém snímači 7 a třetí vodivou elektrodou 13, se zvětšuje, čímž dochází k poklesu měřené kapacity. Běžný odborník je schopen navrhnout alternativní řešení, kdy působením svislé síly na kryt 4 se planžeta 6 vychýlí směrem k nosnému tělu 5 měřícího členu 2. Vzdálenost mezi alespoň jednou z vodivých elektrod 9, 10 na piezoelektrickém snímači 7 a třetí vodivou elektrodou 13, se tedy bude zmenšovat, a tím se zvýší snímaná kapacita.

Působením svislé síly na kryt 4 dochází k deformaci piezoelektrického snímače 7, čímž se mezi prvním vodičem 14 a druhým vodičem 15 generuje napětí. Tento způsob měření reaguje na rychlé změny způsobené například tepem pacienta. Pohybem piezoelektrického snímače 7 se mění vzdálenost mezi jednou z vodivých elektrod 9, 10 piezoelektrického snímače 7 a třetí vodivou elektrodou 13 ze vzdálenosti a do vzdálenosti Ď, čímž se mění kapacita vzniklého kondenzátoru, naměřená mezi jednou z vodivých elektrod 9, 10 piezoelektrického snímače 7 a třetí vodivou elektrodou 13. Tento druhý způsob měření s velkou přesností zachycuje pomalé změny vzniklé mechanickými projevy těla pacienta. Opakující se pomalé změny kapacity odpovídají například dechové frekvenci, zatímco náhlý značný nárůst nebo pokles kapacity může být vyhodnocen jako změna pacientovy přítomnosti, tedy zda-li se pacient nachází na lůžku. Na základě výhodného rozestavení měřících členů v podložce může centrální procesorová jednotka podávat informaci o pacientově poloze a v případě, že bude pacientovi hrozit pád z lůžka, může informovat personál. Na základě měření pomalých změn kapacity může být ve výhodném provedení nastavena centrální procesorová jednotka tak, že může měřit pacientovu váhu, v případě dlouhodobého monitoringu podávat informace o snížení nebo zvýšení pacientovy váhy.

měřící podložka měřící člen kabel kryt nosné tělo planžeta piezoelektrický snímač kapacitní snímač první vodivá elektroda druhá vodivá elektroda piezoelektrický element deska s vodivými spoji třetí vodivá elektroda první vodič druhý vodič třetí vodič centrální procesorová jednotka první příčka druhá příčka pružný element

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta, zahrnující měřící člen (2) napojený na centrální procesorovou jednotku (17), měřící člen (2) zahrnuje piezoelektrický snímač (7) s první a druhou vodivou elektrodu (9), (10) a piezoelektrickým elementem (11), vyznačující se tím, že měřící člen (2) zahrnuje třetí vodivou elektrodu (13) v blízkosti piezoelektrického snímače (7), přičemž působením síly se mění vzdálenost mezi alespoň jednou z elektrod (9), (10) piezoelektrického snímače (7) a třetí vodivou elektrodou (13).
2. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že centrální procesorová jednotka (17) vyhodnotí změnu snímané kapacity jako změnu vzdálenosti mezi alespoň jednou z elektrod (9), (10) piezoelektrického snímače (7) a třetí elektrodou (13).
3. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 2 vyznačující se tím, že centrální procesorová jednotka (17) vyhodnocuje opakující se změny kapacity jako dechovou frekvenci pacienta.
4. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku

2. vyznačující se tím, že centrální procesorová jednotka (17) vyhodnocuje změnu kapacity jako změnu přítomnosti nebo polohy pacienta.
5. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že centrální procesorová jednotka (17) vyhodnocuje opakující se změny napětí generované piezoelektrickým snímačem (7) jako tepovou frekvenci pacienta.
6. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že svislá síla působící na kryt (4) je přenášena k vlastnímu měřícímu členu (2) pomocí planžety (6).
7. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 3 vyznačující se tím, že působením mechanické síly část planžety (6) v blízkosti piezoelektrického snímače (7) mění vzhledem k třetí elektrodě (13) svoji polohu.
8. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že uspořádání krytu (4), planžety (6) a nosného těla (5) je přibližně symetrické podle alespoň jedné roviny kolmé na podélný směr měřícího členu (2).
9. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň dva měřící členy (2).
10. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že na piezoelektrický snímač (7) působí pružný element (20) silou směrem k planžetě (6).
11. Zařízení pro bezkontaktní monitorování vitálních funkcí pacienta podle nároku 1 vyznačující se tím, že piezoelektrický snímač (7) je pevně spojen s planžetou (6).