CZ306857B6 - Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla - Google Patents
Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306857B6 CZ306857B6 CZ2016-509A CZ2016509A CZ306857B6 CZ 306857 B6 CZ306857 B6 CZ 306857B6 CZ 2016509 A CZ2016509 A CZ 2016509A CZ 306857 B6 CZ306857 B6 CZ 306857B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- optical fiber
- vital
- probe
- monitoring
- human body
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title abstract description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 59
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 6
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 5
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 2
- 238000011157 data evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000002318 cardia Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 1
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla sestávající z měřicí části, vyhodnocovací jednotky (11), zařízení pro zpracování dat a přenosového optického vlákna (5) opatřeného připojovacími koncovými prvky, jehož podstata spočívá v tom, že měřicí část zařízení sestává alespoň z jedné neinvazivní měřicí sondy (2), sestávající ze dvou Braggovských senzorů (3 a 4), tvořených Braggovskými mřížkami rozdílné citlivosti na deformaci a teplotu, dosažené specifickým tvarem sondy (2), uloženými v sondě (2) v přesně definované vzdálenosti 50 mm a propojenými optickým vláknem (5), společně zapouzdřenými do polymeru polydimethylsiloxan (PDMS), když sonda (2) je k vyhodnocovací jednotce (11) připojena optickým vláknem (5) vybaveným připojovacími koncovými prvky, konektory (1 a 6), přičemž pro připojení sondy (2) slouží konektor (1) a konektor (6) je volný a že vyhodnocovací jednotka (12), připojená k měřicí části pomocí optického vlákna (5) a konektoru (1), sestává ze širokospektrálního zdroje (7) světla SLED, optického cirkulátoru (8), řídicí jednotky (9) a optického spektrálního analyzátoru (10), a tato vyhodnocovací jednotka (11) je dále připojena k zařízení pro zpracování dat tvořeného počítačem (12) s možností připojení zobrazovací jednotky.
Description
Oblast techniky
Vynález se týká optovláknového měřícího systému k monitorování základních vitálních funkcí člověka, kde jedna sonda monitoruje současně více veličin.
Dosavadní stav techniky
Monitorovací zařízení životních funkcí nebo také fyziologický monitor je zařízení sloužící ke sledování zdravotního stavu pacienta. Zařízení většinou sestává z jednoho nebo více senzorů, jednotky pro zpracování dat ze senzorů, případně zobrazovacího zařízení - monitoru. Zařízení dále může obsahovat komunikační rozhraní pro zaznamenávání, zpracování a zobrazování biometrických dat mimo samotný monitor. Konvenční zařízení zvaná Monitory životních funkcí se využívají ke snímání základních životních funkcí pacienta různé senzory. Mezi základní lze uvést senzory pro měření EKG, srdečního tepu, dechové frekvence či respiračních parametrů, senzory okysličení krve nebo senzor pro měření teploty. Jedná se přitom většinou o převodníky neelektrických veličin na veličiny elektrické, v případě EKG o elektrody snímající přímo napěťové potenciály. Součástí všech senzorů přitom musí být přívodní kabely a konektory pro připojení k monitoru.
Doposud je známo mnoho různých řešení těchto zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla, z nichž je možné jmenovat např. řešení podle CN užitného vzoru CN 201 389 015 (Y), které popisuje zařízení na monitorování kardiovaskulárního obrazu člověka obsahující 3 senzory a materiál použitý pro zapouzdření senzoru i jednotku k vyhodnocení dat. Užitný vzor se týká zařízení na bázi optických vláken, monitorování kardiovaskulární fluktuace obrazu a zdravotní diagnostiky, které obsahuje měřicí jednotku určenou pro snímání dat ze zápěstí, měřicí jednotku určenou pro snímání dat z hlavy a měřicí jednotku určenou pro snímání dat z hrudníku. Měřicí jednotky jsou spojeny s demodulačním zařízením optickými vlákny. Zařízení založené na optickém vlákně sbírá kardiovaskulární fluktuační signály, zachycuje charakteristické množství fluktuačních signálů, převádí signály do kardiovaskulárních dynamických obrazů a na základě analýzy kardiovaskulárního kolísání umožňuje určit dynamické změny a předvídat patologické změny v reálném čase.
Dalším známým řešením je CN patentová přihláška CN 104 856 656 (A), kde je popsáno zařízení obsahující pouze jeden senzor, přičemž tento senzor monitoruje pouze srdeční tep člověka. Řešení popisuje rovněž použitý materiál pro zapouzdření senzoru a metodu vyhodnocení dat.
Systém se skládá z vláken Braggovských mřížek sestavených do tří částí zařízení, které jsou uspořádané v prostoru tvořeném podpůrnou deskou a základnou. Optická metoda se používá pro extrakci pulzních signálů z částí Cun, Guan a Chi současně, měřicí zařízení má výhodu, že je jednoduché konstrukci, vysoké měřicí přesnosti, dobré stability a podobně, a optická měřicí metoda je předkládána k překonání nedostatků elektrické měřicí metody a má vysoký obsah spolehlivosti a přesnosti.
Dalším ze známých řešení je uvedeno v KR patentové přihlášce KR 2009 0 027 270 (A), popisující zařízení obsahující pouze jeden senzor, který monitoruje srdeční tep člověka. Popsán je rovněž použitý materiál pro zapouzdření senzoru, vyhodnocení a implementace sondy v rámci zápěstí na člověka. Snímač pulzu přitom obsahuje senzory sestávající z Braggovské mřížky s definovaným množstvím vláken.
Systém pro měření pulzuje k dispozici pro měření dlouhého nebo krátkého pulzu pomocí snímače pulzu obsahujícího definované množství vláken Braggových mřížkových senzorů a spektrální analyzátor, obsahující laserový modul, 1 χ N vazební člen, procesor, displej, databázi senzorových modulů N a spojku. Spektrální analyzátor měří množství změny vlnové délky odražené od
- 1 CZ 306857 B6
Braggovské mřížky za použití širokopásmového zdroje světla na Braggových vláknech senzoru. Procesor zpracovává množství změn těchto vlnových délek. Výsledek měření je následně uložen v databázi.
Neposledním známým řešením je monitorovací zařízení podle CN užitného vzoru CN 204 318 731 (U)), obsahující jeden senzor, který nemonitoruje teplotu lidského těla. Popsán je také použitý materiál pro zapouzdření senzoru, vyhodnocení a implementace sondy na člověka. Užitný vzor popisuje FBG (Fiber Bragg Grating snímací textilie pro měření pulzu, srdeční ozvy a dýchací detekci signálu. Snímací textilie FBG obsahuje pulzní snímací prvek, textilní vnitřní vrstvy a vnější vrstvy, tkaniny, vyznačující se tím, že pulzní snímací prvek, tvořený FBG a listovým polymerem obsahuje drážku ve tvaru písmene V vytvořenou z listového polymeru podél středové osy. FBG je pevně uspořádána ve V drážce listového polymeru, a elasticita tohoto polymeru je větší než elasticita FBG. Listový polymer je spojen s vnitřní vrstvou tkaniny, a drážkování povrchu listového polymeru směřuje k vnitřní vrstvě textilie. Elasticita vnitřní vrstvy tkaniny je větší, než vnější vrstvy tkaniny. Mezí tkaninou vnitřní vrstvy a vnější vrstvy je vytvořena kapsa, která je zcela vyplněna výplní, vyrobenou z tvrdého plastového materiálu a má obloukový vnější obrys, a plnivo je pevně uspořádána přímo nad listovým polymerem. Místní tlak FBG je zvýšen prostřednictvím struktury, jejíž dvě vrstvy textilie jsou vyplněny výplní, a celý tlak na zápěstí se snižuje, a komfort nošení se zvyšuje. Ve srovnání s čidlem elektrického pulzu se zvyšuje i citlivost detekce.
Nevýhodami většiny výše uvedených známých řešení je zejména použití jedné sondy či senzoru pro měření jedné veličiny a tedy nutnost implementace více senzorů či sond do jednotlivých zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla.
Mimo uvedená řešení chráněná užitnými vzory nebo patenty jsou také známa řešení popsaná v odborné literatuře a článcích.
Z těchto je možno uvést článek o názvu „Embedded fiber bragg grating based strain sensor as smart costume for vítal signál sensing“ autorů Elsamagawy, T.a , Haueisen, J.b, Farrag, M.c, Ansari, S.G.d , Fouad, H.ef, zveřejněný v roce 2014 v časopise Američan Scientific Publishers. Článek se zabývá sledováním životních funkcí, jako dýchání, krevní tep a pohyb. Senzor ale nemonitoruje teplotu lidského těla. Typ zapouzdřovacího materiálu není v článku uveden.
Dalším ze článků, uvedených v literatuře je článek o názvu „Monitoring respiration and cardia cactivity using fiber Bragg grating-based sensor“, autorů Dziuda, L. , Skibniewski, F.W. , Krej, M. , Lewandowski, J., zveřejněn postupně v letech 1964 až 2012, podle něhož autoři vyvinuli zařízení, které umožňuje sledování vibrací lidského těla vyvolaných vitálními funkcemi - dýcháním a srdečním rytmem. Zařízení se skládá z Braggovské mřížky, optického vlákna, pracujícího na vlnové délce okolo 1550 nm. Optovláknová Braggovská mřížka (FBG) je uložena uvnitř pneumatického polštáře, který má být umístěn mezi opěradlem sedadla a zadní části sledované osoby. Deformace polštáře, zahrnující deformace FBG, jsou úměrné vibracím v těle opírajícího se na opěradle sedadla. Laboratorní studie ukázaly, že snímač umožňuje získat dynamické napětí na snímacím FBG v rozmezí 50 až 124 μ V způsobeného dýcháním a přibližně 8,3 μ napětí vyvolaného srdečním tepem, které jsou plně měřitelná dnešními dotazovacími systémy FBG. Maximální relativní chyba měření předloženého senzoru je 12 %. Jednoduchý design senzoru umožňuje, aby byl snadno implementován do sedadel pilota nebo řidiče pro sledování fyziologického stavu pilotů a řidičů.
Dalším článkem z této oblasti techniky, který je možné uvést, je také článek „Simultaneous cardiac respirátory frequency measurement based on a single fiber Bragg grating sensor“, autorů Silva, A.F., Carmo, J.P., Mendes, P.M., Correia, J.H. z roku 2011, zveřejněného IOP Publishing Ltd, který se zabývá měřením frekvence dýchání a krevního tepu. Senzor neumí měřit teplotu lidského těla.
-2CZ 306857 B6
Jako další ze zveřejněných článků lze uvést např. také článek o názvu „Fiber brag g grating sensor based device for simultaneous measurement of respirátory and cardiac activities“, autorů K. Chethana, A. S. Guru Prasad, S. N. Omkarand a S. Asokan, zveřejněný v databázi Wiley Online Library, v němž je popisován nový senzor pro monitorování srdeční činnosti a dýchání.
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu je zjednodušení a zefektivnění monitorování základních vitálních funkcí lidského těla oproti doposud známým zařízením pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla.
Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla, sestávající z měřici části, vyhodnocovací jednotky, zařízení pro zpracování dat, výhodně počítače a přenosového optického vlákna, opatřeného připojovacími koncovými prvky, jehož podstata spočívá vtom, že měřicí část zařízení sestává alespoň z jedné neinvazivní měřicí sondy, tvořené dvěma Braggovskými senzory, uloženými v měřicí sondě v přesně definované vzdálenosti a propojenými optickým vláknem, zapouzdřenými do polymeru polydimethylsiloxan (PDMS), když měřicí sonda je k vyhodnocovací jednotce připojena optickým vláknem vybaveným dvěma konektory, přičemž zapojené Braggovské senzory tvoří Braggovské mřížky rozdílné citlivosti na deformaci a teplotu, uložené od sebe v měřicí sondě ve vzdálenosti 50 mm a zapouzdřené do polymeru PDMS, když ve výhodném provedení má toto zapouzdření celkový objem 20 ml a tvar komolého čtyřbokého jehlanu, výhodně rozměru (výška x šířka širší podstavy x šířka užší podstavy x tloušťka) 80x40x10x5 mm, orientovaného užší podstavou k prvnímu konektoru nebo druhému konektoru, přičemž jeden z konektorů je v jednom z dalších možných řešení použit pro připojení další sondy pro multiplexování - zapojení více měřících sond do série, (reálně až 32 sond) když zapouzdřená měřicí sonda je pro praktické použití připojena k elastickému pásu připojitelnému k hrudi monitorované osoby, a že vyhodnocovací jednotka, připojená k měřicí části pomocí optického vlákna a konektorů, sestává ze širokospektrálního zdroje světla SLED, optického cirkulátoru, řídicí jednotky a optického spektrálního analyzátoru, a dále je toto zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla vybaveno zařízením pro zpracování dat tvořeným počítačem s možností připojení zobrazovací jednotky.
Optovláknový měřicí systém podle tohoto vynálezu využívá vláknově optické technologie v rámci neinvazivní měřicí sondy založené na principu měření deformací - pohybu hrudního koše monitorované osoby a schopnosti monitorovat více vitálních funkcí lidského těla současně jedinou měřicí sondou, zejména pak tepovou frekvenci, dechovou frekvenci, teplotu, a formou adaptivního filtru rovněž zvukový záznam tlukotu srdce. Nutná je přitom adaptivní filtrace signálu pro oddělení superponované tepové frekvence na dechovou frekvenci pacienta. Teplotní senzor pak sleduje teplotu člověka a adaptivní filtr umožňuje získat zvukový záznam srdce. Vláknově optický senzorový systém přitom pracuje pouze s optickými vlákny.
Použitý materiál pro zapouzdření sondy, polymer PDMS, je v rámci medicínské oblasti inertní vůči lidské kůži, mechanicky odolný a nabízí až 4násobné zvýšení teplotní citlivosti senzoru na teplotu lidského těla.
Měřicí sonda tohoto zařízení je přitom přizpůsobena plně pasivnímu režimu provozu, odpadá nutnost elektrického napájení sondy v místě monitorování, a přitom je tato sonda charakteristická svou elektromagnetickou imunitou, nepodléhá rušení z napájecí sítě, ze zařízení produkujícího elektromagnetické pole, apod. Tato vlastnost umožňuje sledování vitálních funkcí pacienta např. při magnetické rezonanci a jiných vyšetřeních využívajících elektromagnetické pole. Optovláknový měřicí systém dále umožňuje oddělení místa monitorování pacienta od místa zpracování dat, a to v řádu stovek metrů v závislosti na použitém typu přívodního optického vlákna. Měřicí sonda implementovaná do elastického pásu, výhodně o rozměrech 2000x75*2 mm, se jednoduše upíná na hruď pacienta výhodně pomocí kontaktní přezky.
-3CZ 306857 B6
Základní charakteristikou a výhodou optovláknového měřícího systému pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle tohoto vynálezu je využití čistě vláknově optické technologie v rámci neinvazivní měřicí sondy, zapouzdřené do polymeru PDMS a schopnosti monitorovat více vitálních funkcí lidského těla současně jedinou měřicí sondou spolu s elektromagnetickou imunitou měřicí části tohoto zařízení proti rušení z napájecí sítě nebo rušení zařízením produkujícím elektromagnetické pole, pasivita z hlediska napájení měřicí sondy elektrickou energií a oddělení místa monitorování pacienta od místa zpracování dat v řádu stovek metrů, přičemž toto zařízení lze použít i pro monitorování pohybu pacientů na lůžku z krátkodobého i dlouhodobého časového hlediska.
Objasnění výkresů
Zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle tohoto vynálezu bude blíže vysvětleno pomocí výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje model měřicí sondy se dvěma senzory zapouzdřenými v polymeru PDMS s Braggovským senzorem 1 umístěným u větší základny jehlanového tvaru sondy, obr. 2 znázorňuje model měřicí sondy se dvěma senzory zapouzdřenými v polymeru PDMS s Braggovským senzorem 1 umístěným u menší základny jehlanového tvaru sondy, obr. 3 znázorňuje blokové schéma zapojení zařízení, obr. 4 znázorňuje schéma praktického zapojení zařízení, obr 5 a 6 pak znázorňují získané záznamy vitálních funkcí lidského těla, a to obr. 5 průběh frekvence dechu a obr 6 průběh tepové frekvence.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle Obr. 1 a Obr. 3 až Obr. 6 sestává z měřicí části, vyhodnocovací jednotky 11, počítače 12 a přenosového optického vlákna 5 opatřeného konektory 1 a 6. Měřicí část zařízení sestává z jedné měřicí sondy 2, sestávající ze dvou Braggovských senzorů 3_a 4, tvořených Braggovskými mřížkami, uloženými v neinvazivní měřicí sondě 2 v přesně definované vzdálenosti 50 mm a propojenými optickým vláknem 5, společně zapouzdřenými do polymeru polydimethylsiloxan (PDMS). Neinvazivní měřicí sonda 2 je k vyhodnocovací jednotce 11 připojena optickým vláknem_5 vybaveným konektory 1 a 6, přičemž pro připojení neinvazivní měřicí sondy 2 slouží konektor J_a konektor 6 je volný. Připojení k vyhodnocovací jednotce 11 je přitom realizováno prostřednictvím optického cirkulátoruJLZapojené Braggovské senzory 3 ajl tvoří Braggovské mřížky rozdílné citlivosti na deformaci a teplotu. Zapouzdřená sonda s uloženými Braggovskými senzory 3 a 4 má tvar komolého čtyřbokého jehlanu o objemu 20 ml a rozměru (výška x šířka širší podstavy x šířka užší podstavy x tloušťka) 80x40x10x5 mm, orientovaného užším rozměrem ke konektoru_6. Zapouzdřená neinvazivní měřicí sonda_2 je pro praktické použití připojena k elastickému pásu 13 připojitelnému k hrudi monitorované osoby pomocí kontaktní přezky. Vyhodnocovací jednotka 11, připojená k měřicí části pomocí optického vlákna 5_a konektoru 1, kde propojovací optické vlákno 5 pro neinvazivní měřicí sondu 2 z pohledu vstupního a výstupního rozhraní reprezentuje konvenční jednovidové optické vlákno standardu G.652.D o délce volené v rozmezí 2 až 500 m, sestává ze širokospektrálního zdroje světla SLED 7, který musí pracovat s hodnotami výstupního výkonu v rozmezí 1 až 10 mW při dostatečné stabilitě zajištěné teplotním a proudovým kontrolérem a spektrální šířkou výstupního světla v rozmezí 1510 až 1580 nm, optického cirkulátoru 8, který je optickým pasivním zařízením sloužícím ke směrování světla od jednoho portu ke druhému, řídicí jednotky 9 a optického spektrálního analyzátoru 10 a využívá adaptivní filtry pro filtraci superponovaných signálů. Vyhodnocovací jednotka 11 je dále připojena k zařízení 12 pro zpracování dat tvořeným počítačem, jehož software pracuje se signálem ve spektrální oblasti, ze které se vyhodnocují měřené parametry s možností připojení zobrazovací jednotky, na níž pak lze sledovat výstupy měře
-4CZ 306857 B6 ní. Pomocí PC je prováděna správa vyhodnocovací jednotky 11 USB připojením nebo přes webové rozhraní.
Volný konektor 6 lze v případě potřeby použít pro připojení další neinvazivní měřicí sondy pro multiplexování - zapojení více sond do série, když je reálné připojení až 32 měřicích sond.
Příklad 2
Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle Obr. 1 a Obr. 3 až Obr. 6 sestává z měřicí části, vyhodnocovací jednotky 11, počítače Γ2 a přenosového optického vlákna 5_opatřeného konektory 1 a 6. Měřicí část zařízení sestává z jedné neinvazivní měřicí sondyJ2, sestávající ze dvou Braggovských senzorů 3_a 4, tvořených Braggovskými mřížkami, uloženými v neinvazivní měřicí sondě 2 v přesně definované vzdálenosti 50 mm a propojenými optickým vláknem 5, společně zapouzdřenými do polymeru polydimethylsiloxan (PDMS). Neinvazivní měřicí sonda 2 je k vyhodnocovací jednotce 11 připojena optickým vláknem^ vybaveným konektory 1 a 6, přičemž pro připojení neinvazivní měřicí sondy 2 slouží konektor J_a konektor 6 je volný. Zapojené Braggovské senzory 3 a 4 tvoří Braggovské mřížky rozdílné citlivosti na deformaci a teplotu. Zapouzdřená sonda s uloženými Braggovskými senzory 3 a 4 má tvar komolého čtyřbokého jehlanu o objemu 20 ml a rozměru (výška x šířka širší podstavy x šířka užší podstavy x tloušťka) 80x40x10x5 mm orientovaného užším rozměrem ke konektoru 1. Zapouzdřená neinvazivní měřicí sonda_2 je pro praktické použití připojena k elastickému pásu 13, připojitelnému k hrudi monitorované osoby pomocí kontaktní přezky. Vyhodnocovací jednotka 11, připojená k měřicí části pomocí optického vlákna 5_a konektoru L kde propojovací optické vlákno 5_pro neinvazivní měřicí sondu 2 z pohledu vstupního a výstupního rozhraní reprezentuje konvenční jednovidové optické vlákno standardu G.652.D o délce volené v rozmezí 2 až 500 m, sestává ze širokospektrálního zdroje světla SLED 7, který musí pracovat s hodnotami výstupního výkonu v rozmezí 1 až 10 mW při dostatečné stabilitě zajištěné teplotním a proudovým kontrolérem a spektrální šířkou výstupního světla v rozmezí 1510 až 1580 nm, optického cirkulátoru 8, který je optickým pasivním zařízením sloužícím ke směrování světla od jednoho portu ke druhému, na stejné vlnové délce, řídicí jednotky 9 a optického spektrálního analyzátoru 10 a využívá adaptivní filtry pro filtraci superponovaných signálů. Vyhodnocovací jednotka 11 je dále připojena k zařízení 12 pro zpracování dat tvořeným počítačem, jehož software pracuje se signálem ve spektrální oblasti, ze které se vyhodnocují měřené parametry s možností připojení zobrazovací jednotky, na níž pak lze sledovat výstupy měření. Pomocí PC je prováděna správa vyhodnocovací jednotky 11 USB připojením nebo přes webové rozhraní.
Volný konektor 6Jze v případě potřeby použít pro připojení další neinvazivní měřicí sondy 2_pro multiplexování - zapojení více sond do série, když je reálné připojení až32 měřicích sond.
Průmyslová využitelnost
Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle tohoto vynálezu je použitelný zejména ve zdravotnictví pro monitorování velkého počtu, až 32 pacientů a to jak pro monitorování základních vitálních funkcí pacientů na lůžkách intenzivní péče, tak i pro monitorování pohybu a základních vitálních funkcí pacientů na běžných lůžkách z krátkodobého i dlouhodobého časového hlediska.
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla, sestávající z měřicí části, vyhodnocovací jednotky (11), zařízení pro zpracování dat a přenosového optického vlákna (5), opatřeného připojovacími koncovými prvky, vyznačující se tím, že měřicí část optovláknového měřícího systému sestává alespoň z jedné neinvazivní měřicí sondy (2), sestávající ze dvou Braggovských senzorů (3 a 4), tvořených Braggovskými mřížkami rozdílné citlivosti na deformaci a teplotu, dosažené specifickým tvarem sondy (2), kdy Braggovské senzory jsou ve vzdálenosti 50 mm a propojeny optickým vláknem (5), společně zapouzdřenými do polymeru polydimethylsiloxan (PDMS), když sonda (2) je k vyhodnocovací jednotce (11) připojena optickým vláknem (5) vybaveným dvěma připojovacími koncovými prvky, konektory (1) a (6), přičemž pro připojení sondy (2) slouží konektor (1) a konektor (6) je volný, a že vyhodnocovací jednotka (11), připojená k měřicí části pomocí optického vlákna (5) a konektoru (1), sestává ze širokospektrálního zdroje (7) světla SLED, optického cirkulátoru (8), řídicí jednotky (9) a optického spektrálního analyzátoru (10), když připojení vyhodnocovací jednotky (11) k sondě (2) je realizováno prostřednictvím optického cirkulátoru (8), a tato vyhodnocovací jednotka (11) je dále připojena k zařízení pro zpracování dat tvořeného počítačem (12) s možností připojení zobrazovací jednotky.
- 2. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, vyznačující se tím, že zapouzdřená neinvazivní měřící sonda (2) s uloženými Braggovskými senzory (3 a 4) má tvar komolého čtyřbokého jehlanu o objemu 20 ml a rozměru, výška x šířka širší podstavy x šířka užší podstavy x tloušťka, 80x40x10x5 mm, orientovaného užší podstavou ke konektoru (6), přičemž pro praktické použití je tato měřicí sonda (2) připojena k elastickému pásu (13), připojitelnému k hrudi monitorované osoby pomocí kontaktní přezky.
- 3. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, vyznačující se tím, že zapouzdřená neinvazivní měřicí sonda (2) s uloženými Braggovskými senzory (3 a 4) má tvar komolého čtyřbokého jehlanu o objemu 20 ml a rozměru, výška x šířka širší podstavy x šířka užší podstavy x tloušťka, 80x40x10x5 mm, orientovaného užší podstavou ke konektoru (1), přičemž pro praktické použití je tato měřicí sonda (2) připojena k elastickému pásu (13), připojitelnému k hrudi monitorované osoby pomocí kontaktní přezky.
- 4. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že propojovacím optickým vláknem (5) pro připojení neinvazivní měřicí sondy (2) je konvenční jedno vidové optické vlákno standardu G.652.D o délce volené v rozmezí 2 až 500 m.
- 5. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, nároku 2 nebo 3 a nároku 4, vyznačující se tím, že širokospektrální zdroj (7) světla SLED pracuje s hodnotami výstupního výkonu v rozmezí 1 až 10 mW při dostatečné stabilitě zajištěné teplotním a proudovým kontrolérem a vlnové délce λ v rozmezí 1510 až 1580 nm.
- 6. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, nároku 2 nebo 3 a nároku 4a 5, vyznačující se tím, že širokospektrální, optický cirkulátor (8) je optickým pasivním zařízením ke sloučení nebo dělení optického signálu na stejné vlnové délce.-6CZ 306857 B6
- 7. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, nároku 2 nebo 3 a nároku 4 až 6, vyznačující se tím, že optický spektrální analyzátor (10) využívá adaptivní filtry pro filtraci superponovaných signálů.
- 8. Optovláknový měřicí systém pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla podle nároku 1, nároku 2 nebo 3 a nároku 4 až 7, vyznačující se tím, že počítač (12) pracuje se softwarem pro zpracování signálu ve spektrální oblasti, ze které vyhodnocuje měřené parametry vitálních funkcí lidského těla a provádí správu vyhodnocovací jednotky (11) pomocí USB připojení a/nebo přes webové rozhraní.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-509A CZ306857B6 (cs) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-509A CZ306857B6 (cs) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2016509A3 CZ2016509A3 (cs) | 2017-08-09 |
| CZ306857B6 true CZ306857B6 (cs) | 2017-08-09 |
Family
ID=59519972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-509A CZ306857B6 (cs) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306857B6 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307778B6 (cs) * | 2018-06-04 | 2019-04-24 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Senzor pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích a způsob jeho výroby |
| CZ310328B6 (cs) * | 2020-10-10 | 2025-02-26 | České vysoké učení technické v Praze | Multisenzorické monitorovací zařízení pro agregaci biologických a fyzikálních dat těla, zejména v nositelných diagnostických a rehabilitačních systémech |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6498652B1 (en) * | 2000-02-08 | 2002-12-24 | Deepak Varshneya | Fiber optic monitor using interferometry for detecting vital signs of a patient |
| US8009946B2 (en) * | 2008-01-22 | 2011-08-30 | General Electric Company | Fiberoptic patient health multi-parameter monitoring devices and system |
| US20120203117A1 (en) * | 2009-08-06 | 2012-08-09 | Agency For Science, Technology And Research | Vital signs detecting device and a method for detecting vital signs |
-
2016
- 2016-08-24 CZ CZ2016-509A patent/CZ306857B6/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6498652B1 (en) * | 2000-02-08 | 2002-12-24 | Deepak Varshneya | Fiber optic monitor using interferometry for detecting vital signs of a patient |
| US8009946B2 (en) * | 2008-01-22 | 2011-08-30 | General Electric Company | Fiberoptic patient health multi-parameter monitoring devices and system |
| US20120203117A1 (en) * | 2009-08-06 | 2012-08-09 | Agency For Science, Technology And Research | Vital signs detecting device and a method for detecting vital signs |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Chang-sub Park, et al: Journal of Optical Society of Korea 2011, 4, 329 - 334 * |
| Fajkus, M., et al: Mathematical model of optimized design of multipoint sensoric measurement with FBG, doi 10.1117/12.2239551, duben 2016 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ307778B6 (cs) * | 2018-06-04 | 2019-04-24 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Senzor pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích a způsob jeho výroby |
| CZ310328B6 (cs) * | 2020-10-10 | 2025-02-26 | České vysoké učení technické v Praze | Multisenzorické monitorovací zařízení pro agregaci biologických a fyzikálních dat těla, zejména v nositelných diagnostických a rehabilitačních systémech |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2016509A3 (cs) | 2017-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dziuda et al. | Monitoring respiration and cardiac activity using fiber Bragg grating-based sensor | |
| Massaroni et al. | Fiber Bragg grating sensors for cardiorespiratory monitoring: A review | |
| Han et al. | Low-cost plastic optical fiber sensor embedded in mattress for sleep performance monitoring | |
| US9655526B2 (en) | Vital signs fiber optic sensor systems and methods | |
| Dziuda et al. | Fiber Bragg grating strain sensor incorporated to monitor patient vital signs during MRI | |
| Anwar Zawawi et al. | Intensity‐modulated fiber optic sensor for health monitoring applications: a comparative review | |
| Nedoma et al. | Validation of a novel fiber-optic sensor system for monitoring cardiorespiratory activities during mri examinations | |
| Li et al. | Stretchable polymer optical fiber embedded in the mattress for respiratory and heart rate monitoring | |
| Nedoma et al. | Comparison of BCG, PCG and ECG signals in application of heart rate monitoring of the human body | |
| Taoping et al. | Design of pulse and respiration monitoring system based on fiber optic sensing and VMD-FPR processing algorithm | |
| Nedoma et al. | Non-invasive fiber-optic biomedical sensor for basic vital sign monitoring | |
| WO2014060889A1 (en) | Pulmonary plethysmography based on optical shape sensing | |
| De Tommasi et al. | Smart mattress based on fiber Bragg grating sensors for respiratory monitoring: A feasibility test | |
| CN106580295B (zh) | 空分复用多模光纤生命特征参数检测器 | |
| CZ306857B6 (cs) | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla | |
| Presti et al. | Cardiorespiratory monitoring using a mechanical and an optical system | |
| Mohapatra et al. | IoT enabled distributed cardiac monitoring using Fiber Bragg Grating (FBG) sensing technology | |
| Dziuda et al. | Fibre-optic sensor for respiration and heart rate monitoring in the MRI environment | |
| Katayama et al. | Verification of Blood Pressure Monitoring System Using Optical Fiber Sensor—Tracing Sudden Blood Pressure Changes— | |
| Nedoma et al. | Noninvasive fetal heart rate monitoring: validation of phonocardiography-based fiber-optic sensing and adaptive filtering using the NLMS algorithm | |
| Nedoma et al. | SMART medical polydimethylsiloxane for monitoring vital signs of the human body | |
| CZ29832U1 (cs) | Zařízení pro monitorování základních vitálních funkcí lidského těla | |
| CZ31953U1 (cs) | Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích | |
| Gaitán-Padilla et al. | Development of a polymeric optical fiber sensor for stress estimation: A comparative analysis between physiological sensors | |
| Chandana et al. | Fiber Bragg grating based wearable device for monitoring respiratory activity |