CZ30325U1 - Zařízení pro provádění repozičních manévrů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti zdravotnické techniky, konkrétně zařízení pro provádění repozičních manévrů s hlavou pacienta u závrativých stavů.

Dosavadní stav techniky

Nejčastějším typem závrati je tzv. benigní polohové paroxysmální vertigo (BPPV). Patofyziologie tohoto onemocnění je vysvětlována uvolněním otokonií, což jsou miniaturní krystalky uhličitanu vápenatého, zutrikulu a jejich přesunem do zadního polokruhového kanálku, který je ve většině poloh denního režimu nej nižším místem labyrintu vnitřního ucha. Pohyb hlavy v rovině kanálku pak způsobuje pohyb otokonií v endolymfe, a tím se aktivují vláskové buňky, které informují centrální nervovou soustavu o pohybu. Polokruhový kanálek, který je jinak receptorem akcelerace, se stane receptorem gravitace, a to vede k výskytu falešných signálů pro mozek, které způsobí závrativý stav, tzv. epizodické vertigo.

K diagnostice BPPV se používá tzv. Dix - Hallpikeův test, při kterém se na postiženém uchu vyvolá charakteristický rotační nystagmus bijící nahoru a k postiženému uchu.

Metoda léčby BPPV spočívá v provádění tzv. repozičních manévrů, zejména Sémontova manévru a Epleyho manévru. Repoziční manévry jsou speciální cviky, jejichž cílem je odstranění otokonií ze zadního polokruhového kanálku. Během Sémontova repozičního manévru je pacient z pozice vsedě s hlavou otočenou ve směru zdravého labyrintu nejprve rychle položen na postižený bok. Tím dojde k vyvolání závratí a nystagmu stejného charakteru jako u Dix - Hallpikeova manévru. Otokonie přitom gravitačně sedimentují v polovině zadního polokruhového kanálku. Po odeznění nystagmu v poloze na boku se pacient rychle přes polohu vsedě a beze změny rotace hlavy otočí a uloží na kontralaterální stranu, tj. na druhý bok, kde nehnuté setrvá déle než minutu. Přitom dochází k evakuaci otokonií do společného ústí kanálků a k odstranění příčiny obtíží.

Epleyho manévr spočívá v naklánění hlavy a krku, a vede ke stejnému výsledku tj. odstranění otokonií ze zadního polokruhového kanálku.

Jednoduší na provedení je Sémontův manévr, ale i u tohoto manévru správný výsledek závisí na přesném dodržení předepsané trajektorie pohybu, zejména na přesném nastavení hlavy, které zajistí nastavení roviny postiženého kanálku do osy pohybu těla. Úspěšnost manévru dále závisí i na dodržení předepsané rychlosti změny polohy těla při překlopení na bok, které zaručí dostatečné zrychlení endolymfe a v ní volně plovoucím otokoniím, aby došlo k jejich evakuaci.

Dodržení těchto zásad je obtížné a vyžaduje mnoho cviku i u zkušených terapeutů. Navíc je obtížné hodnotit, zda manévr byl či nebyl proveden správně.

Ke kontrole dodržení předepsané trajektorie a iychlosti se dosud používá metody 3D videografie, tzv. systému „motion capture“, kdy se na hlavu pacienta nasadí speciální čepice opatřená dvěma terčíky. Poloha těchto terčíků je snímána během manévru dvěma videokamerami, jejichž záznamy se vizuálně porovnávají a vyhodnocují. Tento systém je poměrně dlouhý a složitý, závisí na přesném usazení čepíce s terčíky na hlavě pacienta, a vyhodnocení manévru je nepřesné a neprobíhá v reálném čase.

Úkolem technického řešení je vytvoření zařízení pro provádění repozičních manévrů, které by odstranilo výše uvedené nedostatky, umožnilo by přesnou kontrolu trajektorie a rychlosti repozičního manévru v reálném čase, a bylo by navíc levnější a jednodušší při aplikaci.

Podstata technického řešení

Vytčeného úkolu je dosaženo vytvořením zařízení podle předloženého technického řešení. Podstata zařízení spočívá vtom, že zahrnuje inerciální měřící jednotku obsahující trojosý gyroskop, trojosý magnetometr a trojosý akcelerometr. Inerciální měřící jednotka je opatřena prostředkem pro upevnění k hlavě pacienta a prostředkem pro bezdrátové vysílání dat. Zařízení dále zahrnuje

- 1 CZ 30325 Ul tablet nebo smartphone nebo počítač opatřený prostředkem pro bezdrátový příjem dat z inerciální měřící jednotky, operačním systémem, datovým úložištěm a softwarovým prostředkem pro výpočet reálné trajektorie a rychlosti pohybu manévru z naměřených dat inerciální měřící jednotky, porovnání s předepsanými hodnotami a vyslání korekčního signálu pro opravu trajektorie nebo rychlosti pohybu manévru v reálném čase.

Ve výhodném provedení je prostředek pro upevnění inerciální měřící jednotky k hlavě pacienta tvořen čelenkou opatřenou elastickým páskem pro fixaci inerciální měřící jednotky na čele pacienta, což zamezí nežádoucím relativním pohybům jednotky vůči hlavě a přitom upevnění jednotky pacienta nijak neomezuje.

V dalším výhodném provedení zařízení zahrnuje optický nebo akustický prostředek pro interpretaci korekčního signálu pro opravu trajektorie nebo rychlosti pohybu manévru. V běžném provedení, kdy je počítač propojen s klávesnicí a monitorem, je akustický prostředek pro interpretaci korekčního signálu s výhodou tvořen reproduktory, samostatnými nebo jako součást monitoru.

V dalším výhodném provedení zařízení podle technického řešení dále softwarový prostředek zahrnuje algoritmus pro vytvoření a zobrazení pohyblivého virtuálního 3D modelu hlavy pacienta se znázorněním virtuálních senzorických rovin procházejících pravým předním a levým zadním polokruhovým kanálkem vnitřního ucha, levým předním a pravým zadním polokruhovým kanálkem vnitřního ucha, a horizontálními kanálky vnitřního ucha, a se znázorněním změn úhlů mezi senzorickými rovinami a směrem gravitace v reálném čase. Virtuální 3D model se s výhodou zobrazuje na monitoru počítače.

Výhody zařízení pro provádění repozičních manévrů podle technického řešení spočívají v tom, že je snadno aplikovatelné, není k němu potřeba pořizovat videokamery či jiná speciální technická zařízení, postačí inerciální měřící jednotka a počítač, na který se nainstaluje vyhodnocovací software. Další výhoda zařízení spočívá vtom, že umožňuje zobrazení polohy hlavy pacienta jako virtuální 3D model avatara v reálném čase na obrazovce, se zvýrazněnými senzorickými rovinami, a zobrazuje i průběhy úhlů mezi senzorickými rovinami a směrem gravitace. Cena zařízení je řádově nižší než u dosud používaných zařízení využívajících 3D videografii.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí výkresů, na nichž znázorňují:

obr. 1 blokové schéma zařízení obr. 2 virtuální 3D model hlavy pacienta se zobrazenými senzorickými rovinami obr. 3 diagram vyhodnocení průběhu repozičního manévru

Příklady uskutečnění technického řešení

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní případy uskutečnění technického řešení jsou představovány pro ilustraci, nikoliv jako omezení technického řešení na uvedené případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Základním prvkem zařízení podle technického řešení je inerciální měřící jednotka I, zobrazená na obr. 1. Je tvořena kompaktním tělesem opatřeným oky pro nasazení na elastický pásek 8 čelenky 7, která se včetně inerciální měřící jednotky i nasadí na hlavu pacienta, tak, že inerciální měřící jednotka I je uspořádána na čele pacienta, na kraniometrickém bodu ophryon. Přesná poloha inerciální měřící jednotky I není zcela zásadní, může být umístěna v podstatě kdekoliv na hlavě pacienta.

Inerciální měřící jednotka 1 je určena pro měření natočení a pohybu. Obsahuje vestavěný trojosý akcelerometr, trojosý gyroskop a trojosý magnetometr. Inerciální měřící jednotka I je napájena z interní baterie a v reálném čase vysílá naměřená data pomocí prostředku 2 pro bezdrátové vy

CZ 30325 Ul sílání dat, např. pomocí Wi-Fi sítě či jiného obdobného prostředku. Vzorkovací frekvence jednotky I je 50 Hz, zrychlení měřené akcelerometrem je ± 2 g, rozsah úhlové rychlosti měřené gyroskopem je ± 2000°/s.

Gyroskop je citlivý na rychlost rotace objektu. Jeho měřením nelze získat údaje o absolutní poloze jednotky 1, ale jeho měření lze využít pro úpravu informace o postavení jednotky l_vzhledem k poslední známé poloze.

Aklcelerometr je senzor měřící zrychlení, tedy změnu posuvného pohybu jednotky L Stejným způsobem na něj ale působí gravitace. Z měření akcelerometru je možné po odstranění vlivu skutečných změn pohybu jednotky I určit směr gravitace, tedy určit naklonění senzoru v libovolné vertikální rovině.

Magnetometr je senzor měřící na základě Hallova jevu absolutní natočení senzoru vzhledem k magnetickému poli Země. Kombinací s údaji měřenými gyroskopem je tak možné získat údaj o absolutním natočení.

Data z inerciální měřící jednotky I se přenášejí bezdrátově do počítače 3, který je opatřen prostředkem 4 pro bezdrátový příjem dat, optimálně opět prostřednictvím Wi-Fi sítě. Namísto počítače 3 se může jednat o tablet nebo smartphone opatřený vhodným operačním systémem, datovým úložiště 5 a softwarovým prostředkem 6. Softwarový prostředek 6 obsahuje algoritmy potřebné pro výpočet reálné trajektorie a rychlosti pohybu s předepsanými hodnotami, a pro vyslání korekčního signálu pro opravu trajektorie nebo rychlosti pohybu manévru v reálném čase. Navíc softwarový prostředek 6 zahrnuje algoritmus pro vytvoření a zobrazení pohyblivého virtuálního modelu hlavy pacienta se zobrazením virtuálních senzorických rovin a úhlů, které během pohybu svírají tyto senzorické roviny s vertikální osou. U Sémontova manévru se jedná o senzorickou rovinu 12 procházející rovinou pravého předního a levého zadního polokruhového kanálku, která je rotována od sagitální roviny o 45° vpravo, dále o senzorickou rovinu 13 procházející levým předním a pravým zadním polokruhovým kanálkem, která je od sagitální roviny pootočena o 45° vlevo, a dále o senzorickou rovinu 14 horizontálních kanálků, která je od horizontální roviny odkloněna o 30° vzhůru vanteriomí části. Senzorické roviny 12, 13, 14 jsou znázorněny na obr. 2.

Před započetím vlastního provádění repozičního manévru je výhodné nejprve kalibrovat inerciální měřící jednotku I, kdy se vytvoří transformační matice mezi souřadnou soustavou hlavy pacienta a inerciální měřící jednotky 1. Pacient sedí při kalibraci ve vzpřímeném sedu na lehátku s hlavou vzpřímenou v neutrální poloze. Provede se jeden odměr hodnot akcelerometru. Následně pacient mírně předkloní hlavu a provede se druhý odměr hodnot akcelerometru. Z naměřených směrů gravitace se spočítá počáteční matice, která popisuje polohu vertikální osy a umístění inerciální měřící jednotky I na čele pacienta.

Při následném provedení repozičního manévru jsou data z inerciální měřící jednotky I vysílána do počítače 3 a zpracována softwarovým prostředkem 6, který kombinuje data gyroskopu, akcelerometru a magnetometru a sestavuje z nich transformační matici o velikosti 3x3, která kompletně popisuje postavení inerciální měřící jednotky 1, potažmo hlavy pacienta, v prostoru.

Pro výpočet trajektorie se využívají virtuální senzorické roviny 12, 13, 14 popsané výše a zobrazené na obr. 2. Při známé transformační matici je zjištění úhlů mezi těmito rovinami 12, 13, 14 a vertikální osou dáno jednoduchým algebraickým výpočtem. Podle toho, na kterou stranu je repoziční manévr prováděn, je jedna z rovin 12, 13 určena pro potřeby výpočtu za rovinu hlavní a druhá za rovinu pomocnou.

Úhel hlavní roviny by měl být v průběhu repozičního manévru nulový, reálné odchylné hodnoty se používají jako hodnotící kritérium pro vyslání korekčního signálu, který může být optický nebo akustický, např. výstražný zvuk který zazní z reproduktorů 11 monitoru 9 připojeného k počítači, nebo jiný ekvivalentní systém.

Změny v průběhu úhlu pomocné roviny se využívají k vizualizaci a kontrole rozdělení repozičního manévru do jednotlivých fází, např. jak je znázorněno na obr. 3 se u Sémontova repozičního

-3CZ 30325 Ul manévru jedná o překlopení pacienta nejprve na bok a následně na druhý bok, s pauzami mezi jednotlivými polohami.

V průběhu repozičního manévru softwarový prostředek 6 vytváří virtuální 3D model hlavy pacienta jako avatara na monitoru 9 počítače 3, včetně zobrazení virtuálních senzorických rovin 12, 13, 14, a rovněž ukládá veškerá naměřená a vypočítaná data do datového úložiště 5 pro další zpracování a archivaci.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení lze využít ve zdravotnictví pro korekci správné trajektorie a rychlosti pohybu repozičních manévrů s pacienty trpícími benigním polohovým paroxysmálním vertigem.

Claims (14)

1. Zařízení pro provádění repozičních manévrů s pacientem při léčbě benigního polohového vertiga, zejména pro provádění Sémontova manévru nebo Epleyho manévru, vyznačující se tím, že zahrnuje inerciální měřící jednotku (1) obsahující trojosý gyroskop, trojosý magnetometr a trojosý akcelerometr, a opatřenou prostředkem pro upevnění k hlavě pacienta a prostředkem (2) pro bezdrátové vysílání dat, dále zahrnuje tablet nebo smartphone nebo počítač (3) opatřený prostředkem (4) pro bezdrátový příjem dat z inerciální měřící jednotky (1), operačním systémem, datovým úložištěm (5) a softwarovým prostředkem (6) obsahujícím algoritmus pro výpočet reálné trajektorie a rychlosti pohybu manévru z naměřených dat inerciální měřící jednotky (1), porovnání s předepsanými hodnotami a vyslání korekčního signálu pro opravu trajektorie nebo rychlosti pohybu manévru v reálném čase.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředek pro upevnění inerciální měřící jednotky (1) k hlavě pacienta je tvořen čelenkou (7) opatřenou elastickým páskem (8) pro fixaci inerciální měřící jednotky (1) na čele pacienta.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že zahrnuje optický nebo akustický prostředek pro interpretaci korekčního signálu pro opravu trajektorie nebo rychlosti pohybu manévru.

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že počítač (3) je propojen s monitorem (9) a klávesnicí (10), a akustický prostředek pro interpretaci korekčního signálu je tvořen reproduktory (11) monitoru (9).

5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že softwarový prostředek (6) dále obsahuje algoritmus pro vytvoření a zobrazení pohyblivého virtuálního 3D modelu hlavy pacienta se znázorněním virtuálních senzorických rovin (12,13, 14) procházejících pravým předním a levým zadním polokruhovým kanálkem vnitřního ucha, levým předním a pravým zadním polokruhovým kanálkem vnitřního ucha, a horizontálními kanálky vnitřního ucha, a se znázorněním úhlů mezi senzorickými rovinami (12, 13, 14) a směrem gravitace v reálném čase.

6. Zařízení podle nároků 4a 5, vyznačující se tím, že virtuální 3D model je zobrazen na monitoru (9) počítače (3).

3 výkresy

-4 CZ 30325 til

Seznam vztahových značek:

1 inerciální měřící jednotka

2 prostředek pro bezdrátové vysílání dat

3 počítač

4 prostředek pro bezdrátový příjem dat

5 datové úložiště

6 softwarový prostředek

7 čelenka

8 elastický pásek

9 monitor

10 klávesnice

11 reproduktor

12 senzorická rovina procházející pravým předním a levým zadním polokruhovým kanálkem

13 senzorická rovina procházející levým předním a pravým zadním polokruhovým kanálkem

14 senzorická rovina procházející horizontálními kanálky.