CZ306601B6

CZ306601B6 - Přístroj pro měření a záznam charakteristik tuhosti tkání

Info

Publication number: CZ306601B6
Application number: CZ2014-501A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Henžel; Marek Penhaker; Jiří Prokop; Jiří Podešva; Milada Hlaváčková
Original assignee: Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2017-03-22
Also published as: CZ2014501A3

Abstract

Řešení se týká přístroje k vyšetřování měkkých tkání, v jehož těle (1) je uložen regulační člen (7), do něhož je zasunut nebo zašroubován systém (8) pro získání referenční hodnoty. Systém (8) je opatřen pružným členem (9). Mezi pružným členem (9) a regulačním členem (7) je umístěn měřicí člen (6). Pružný člen (9) je zakončen dorazem (5), který je spojen s výsuvným hrotem (2). Hrot (2) je na konci opatřen kuličkou (4), která je v hrotu (2) fixována pomocí krytu (3) z biologicky neutrálního materiálu. Přístroj je dále vybaven snímači polohy, teploty a zrychlení a elektronikou pro napájení a přenos informací a propojen s vyhodnocovacím zařízením, které dává obraz o velikosti a poloze anomálií ve vyšetřované tkáni.

Description

Přístroj pro měření a záznam charakteristik tuhosti tkání

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení, které je schopno měřit různé charakteristiky tkáni, zejména jejich tuhost.

Dosavadní stav techniky

V současné době se zjištění charakteristiky tuhosti měkkých tkání obvykle provádí pohmatem přímo lékařem, takto získaná data není možné zaznamenávat ani později vyhodnocovat. Toto měření je také vysoce závislé na zkušenostech lékaře a je vysoce závislé na subjektivním vyhodnocení zjištěných výsledků. Jako jedno z možných vyšetření pohmatem se dá zmínit vyšetření prsní tkáně, které může provádět odborný lékař, ale např. i laik (samovyšetření prsu).

Jedním ze způsobů jak omezit subjektivitu vyhodnocování a umožnit dokumentaci vyšetření je použití takzvaných imitátorů pohmatu. Např. v US 4144877 je vyšetřovací přístroj součástí lékařské rukavice, US 2006052729 používá systém měření bolesti při penetraci tkáně a US 6494840 využívá k vyšetřování tkáně ultrazvukové vlny. Opačný postup, tedy vtlačování měkké tkáně proti rovné ploše, popisuje US 2012123244, tento postup však neumožňuje měřit tvrdší tkáň. WO 2007145690 zase umožňuje měření pouze jednoho místa s nemožností posuvu. US 2010087756 popisuje měření síly na celé ploše a nikoliv v bodě, navíc je měření zkreslováno vlivem tření o pokožku. V US 5833633 je tkáň stlačována pomocí druhé desky, přičemž se měří síla v bodech, které jsou umístěny v jedné ploše.

Přístroje k měření tvrdosti tkáně končetin při kompartment syndromu jsou popsány v knize Molčányi Theodoz, Prejavy kompartment syndromu. Strojnická fakulta Technickej univerzity, 2010, strana 52 až 53.

I přes výše uvedené snahy je stále nej lepším nástrojem pro zjišťování charakteristik tuhosti měkkých tkání lidská ruka a přístroj, který by dokázal dostatečně obj ekti vízo vat taktilní komplexní vjemy, kterými se orientuje např. lékař svým „dokonalým nástrojem a senzorem“ (lidskou rukou), umožňoval záznam a následné vyhodnocení změřených dat, v lékařské praxi stále chybí.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je objektivizace a dokumentace vlastností vyšetřované tkáně v určité oblasti, pomocí přístroje níže popsané konstrukce.

Vychází z předpokladu, že tuhost tkáně v místě anomálie je odlišná od tuhosti ostatní tkáně a také z předpokladu, že tuhost tkáně je menší než tuhost pružného členu vyšetřovacího přístroje.

Přístroj, který je předmětem tohoto vynálezu, slouží k měření reakční síly vzniklé stlačením měkké tkáně. Stlačení tkáně je vyvoláno výsuvným hrotem přístroje. Hrot je na konci opatřen kuličkou, která eliminuje tření vzniklé posuvem po tkáni, její shrnování a tím i zkreslování měřené síly parazitními silovými vektory. Kulička je fixována v hrotu pomocí krytu z biologicky neutrálního materiálu. Hrot je dále opatřen dorazem tak, aby nedošlo k přílišnému vysunutí hrotu do tkáně. Komparační rovinou je rozšířená spodní část přístroje, která slouží k udržování stálé velikostí penetrace hrotu. Vnitřní část přístroje je opatřena pružným členem, který slouží jako ochrana proti poškození tkáně vlivem přílišného tlaku mezi hrotem a tkání. Dále pružný člen v kombinaci s regulačním členem vyvolává předpětí, které zajišťuje požadovanou penetraci hrotu do tkáně. Zároveň pružný člen přenáší reakční sílu na měřící člen. Regulační člen tedy umožňuje nastavit předpětí pružného členu a nastavit hodnotu na výstupu měřícího členu.

Dále je přístroj vybaven systémem k získání referenční hodnoty. Systém pro získání referenční hodnoty představuje táhlo, které se zasouvá nebo zašroubovává do regulačního členu. Po přiložení přístroje systém vysune hrot z regulačního členu. Délka vysunutí hrotu představuje údaj o referenční hodnotě dalšího měření. Po přiložení přístroje k referenčnímu bodu tedy dojde k aktivaci systému a změření hodnoty pro požadované vysunutí. Systém pro získání referenční hodnoty, pružný člen, regulační člen a měřící člen jsou uloženy v těle přístroje.

Přístroj je dále opatřen snímači polohy, teploty a zrychlení, které zaznamenávají údaje při posuvu přístroje po povrchu tkáně v různých plošných směrech, a také elektroniku, která obsahuje napájecí, vyhodnocovací a komunikační prvky. Snímače a elektronika mohou být uloženy buď v těle přístroje, nebo mohou být k přístroji připojeny externě. Vše je nakonec připojeno k vyhodnocovacímu zařízení, kterým může být např. PC nebo tablet. Měřená síla je zobrazována v relativní škále, která se přizpůsobuje mechanickému charakteru vyšetřované tkáně tak, aby rozsah měřené síly byl v lineárním pásmu.

Před samotným měřením se zjistí referenční hodnota sloužící k předepnutí pružného členu. Předepnutí musí být dostatečně silné tak, aby došlo k požadovanému stlačení vyšetřované tkáně a stále bylo možno provést záznam měnící se reakční síly.

Měření probíhá na základě měření reakční síly, která vniká stlačením tkáně. Vzdálenost jednotlivých základen je během horizontálního posuvu konstantní.

Samotné stlačení je realizováno pomocí změny vzdálenosti mezi pohyblivou základnou, kterou tvoří spodní část vyšetřovacího přístroje a fixní základnou, kterou tvoří podložka pod tkání, kdy se pohyblivou základnou provede vertikální posuv směrem k fixní základně. V určitém okamžiku dojde ke kontaktu hrotu vyšetřovacího přístroje s pokožkou. Od toho momentu bude docházet k deformaci jak tkáně, tak i pružného členu. Pro sčítání tuhostí platí vztah:

_ 1 1 k_c kis kg kde Iq je celková tuhost, ki₅ je tuhost běžné tkáně a k₉ je tuhost pružného členu výše popsaného nástroje.

Přitom pro závislost mezi silou F a celkovou tuhostí platí vztah:

F = k_c ΔΙ kde ΔΖ je vzdálenost mezi pohyblivou základnou a fixní základnou.

Z těchto vztahů lze při znalosti tuhosti pružného členu popsaného přístroje a při konstantní Δ/ dopočíst tuhost tkáně. Měřenou veličinou je síla F , F. kg ^kls “ ΔΖ. hg-F

Při dosažení požadované vzdálenosti mezi jednotlivými základnami bude zahájeno měření reakční síly F. Daná síla bude zaznamenávána kontinuálně při vertikálním posuvu. V případě změny tuhosti tkáně dojde ke změně reakční síly. Hledaným místem je místo kde je tuhost výrazně vyšší (nižší) než je tomu v nejbližším okolí této anomálie (defektu).

Výhodou zařízení podle vynálezu je možnost provádět sběr dat a vyhodnocovat vlastnosti měkkých tkání. Předmět vynálezu tak přispívá k objektivizování jinak subjektivně formulovaných závěrů lékaře, a to jak v kladném (potvrzení přítomnosti tuhé tkáně určité plošné velikosti), tak záporném smyslu (tuhý útvar byl objektivně popsán a po čase vymizel). Nevýhodou je nutnost provést referenční měření a nastavení zařízení před každým měřením.

-2CZ 306601 B6

Objasnění výkresů

Vynález je blíže osvětlen s pomocí výkresů, kde obrázek 1 znázorňuje přístroj pro vyšetřování měkkých tkání, obrázek 2 znázorňuje blokové schéma zapojení přístroje pro vyšetřování měkkých tkání, obrázek 3 znázorňuje princip měření tuhosti tkáně a obrázek 4 znázorňuje jeden z možných výstupů měření.

Příklad uskutečnění vynálezu

Přístroj 10 pro měření a záznam charakteristik tuhosti měkkých tkání se skládá z těla 1, ve kterém je uložen regulační člen 7, do něhož je zasunut nebo zašroubován systém 8 pro získání referenční hodnoty. Systém 8 je opatřen pružným členem 9. Mezi pružným členem 9 a regulačním členem 7 je umístěn měřící člen 6. Pružný člen 9 je zakončen dorazem 5, který je spojen s výsuvným hrotem 2. Hrot 2 je na konci opatřen kuličkou 4, která je v hrotu 2 fixována pomocí krytu 3 z biologicky neutrálního materiálu. Přístroj 10 je dále vybaven snímači 11 polohy, teploty a zrychlení a elektronikou 12 pro napájení a přenos informací, přičemž snímače 11 a elektronika 12 mohou být umístěny buď uvnitř těla 1, nebo připojeny externě k přístroji JO. Přístroj 10 je prostřednictvím elektroniky 12 propojen s vyhodnocovacím zařízením 13.

Přístroj 10 slouží k měření reakční síly vzniklé stlačením vyšetřované tkáně pod pokožkou 17. Toto stlačení je vyvoláno výsuvným hrotem 2. Tuhost tkáně v místě anomálie 16 je odlišná od tuhosti běžné tkáně 15. Kulička 4, kterou je hrot 2 opatřen, eliminuje tření vzniklé posuvem po tkáni. Hrot 2 je dále opatřen dorazem 5 tak, aby nedošlo k přílišnému vysunutí hrotu 2 do tkáně. Tělo 1 přístroje JO je ve spodní části rozšířeno a vytváří tak dosedací límec. Dosedací límec slouží jako komparační rovina a udržuje tak stálou velikost penetrace hrotu 2. Jako ochrana proti poškození tkáně vlivem přílišného tlaku hrotu 2 na tkáň slouží pružný člen 9. Pružný člen 9 v kombinaci s regulačním členem 7 vyvolává předpětí, které zajišťuje požadovanou penetraci hrotu 2 do tkáně. Pružný člen 9 zároveň přenáší reakční sílu na měřící člen 6. Po přiložení systému 8 k referenčnímu bodu dojde k jeho aktivaci a změření hodnoty pro požadované vysunutí.

Měřená tkáň se podloží podložkou 14, pomocí systému 8 se nastaví referenční vzdálenost a přístroj 10 se přiloží na tkáň. Poté se pomalým vertikálním posouváním přístroje 10 vyvolává pomocí kuličky 4 deformace tkáně a zároveň deformace pružného členu 9, přičemž se měří reakční síla vzniklá deformací tkáně a zároveň se zaznamenává pomocí snímače 11 poloha v průběhu posouvání po pokožce 17 a na základě naměřených údajů se pomocí vyhodnocovacího zařízení 13 získají informace o velikosti a poloze anomálie 16 v tkáni 15. V oblasti výskytu anomálie 16 dojde ke změně reakční síly. Vyhodnocovací zařízení 13 měřenou tuhost tkáně (fyzikálně sílu) objektivizuje a zobrazuje, například formou silokřivek se stejnými měřenými hodnotami.

Průmyslová využitelnost

Přístroj a způsob jeho fungování je využitelný pro sledování změn tuhosti tkáně například v mamologii. Z takto získaných dat je možné vytvořit počítačové modely měkkých tkání např. prsu pro vědecké účely. Přístroj je dále určen pro měření nutného tlaku pro stlačitelnost lymfatik při otocích končetin - tedy určení síly elastického tahu pružné bandáže. Zařízení je možné využít i v potravinářském průmyslu k měření tuhosti masa na jatkách a tím k určování jeho kvality.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Přístroj (10) pro měření a záznam charakteristik měkkých tkání, vyznačující se tím, že v jeho těle (1), je uložen regulační člen (7), do něhož je zasunut nebo zašroubován systém (8) pro získání referenční hodnoty opatřený pružným členem (9), kde mezi pružným členem (9) a regulačním členem (7) je umístěn měřící člen (6), pružný člen (9) je prostřednictvím dorazu (5) spojen s výsuvným hrotem (2), který je na konci opatřen kuličkou (4), jež je v hrotu (2) fixo10 vána pomocí krytu (3) z biologicky neutrálního materiálu a přístroj (10) je opatřen snímači (11) polohy, teploty a zrychlení a elektronikou (12), prostřednictvím které je přístroj (10) propojen s vyhodnocovacím zařízením (13), přičemž regulačním členem (7) je pevný mechanický zásuvný prvek.

15
2. Přístroj (10) pro měření a záznam charakteristik měkkých tkání podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímače (11) a elektronika (12) jsou umístěny v těle (1) přístroje (10).
3. Způsob měření reakční síly měkké tkáně s použitím přístroje (10) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se nejprve pomocí systému (8) zjistí hodnota referenční vzdá20 lenosti, která se na přístroji (10) nastaví, měřená tkáň se podloží podložkou (14), na měřené místo se přiloží přístroj (10), pomalým vertikálním posouváním přístroje (10) se vyvolává pomocí kuličky (4) výsuvného hrotu (2) deformace tkáně a zároveň deformace pružného členu (9), přičemž se měří reakční síla vzniklá deformací tkáně a zároveň se zaznamenává, pomocí snímače (11), poloha v průběhu posouvání po pokožce (17) následně se na základě naměřených údajů o rozdí25 lech v tuhosti běžné tkáně (15) a tkáně v místě anomálie (16) pomocí vyhodnocovacího zařízení (13) získají informace o velikosti a poloze anomálie (16) ve zdravé tkáni (15).