CZ307183B6 - A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus - Google Patents
A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307183B6 CZ307183B6 CZ2016-518A CZ2016518A CZ307183B6 CZ 307183 B6 CZ307183 B6 CZ 307183B6 CZ 2016518 A CZ2016518 A CZ 2016518A CZ 307183 B6 CZ307183 B6 CZ 307183B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- loop
- pregnant woman
- measuring
- monitoring
- coupler
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Předmětem vynálezu je zařízení pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy se senzorem z optických vláken a jednotkou pro zpracování signálu, která obsahuje A/D převodník (1 2) a digitální signálový procesor (13) spočivajicí v tom, že jednotka pro zpracování signálu je připojena k interferometru, který obsahuje vysílací jednotku (1) se zdrojem (7) záření, přijímači jednotku (2) s alespoň jedním fotodetektorenr (6) a prostřednictvím optických vláken mezi přijímací jednotku (2) a vy sílací jednotku (1) připojený optovláknový senzor s optickými vlákny tvořícími měřicí trasu s měřicí smyčkou (4) a referenční trasu s referenční smyčkou (5) s alespoň jedním vazebním členem (8) na počátku a konci uvedených tras, kde jc s výhodou alespoň část měřicí trasy s měřicí smyčkou (4) optovláknového senzoru zafixována v primárním vazebním prostředku (9) z elastomerů.The object of the invention is a monitoring device vital functions of a pregnant woman with a sensor fiber processing unit and processing unit a signal that contains an A / D converter (1 2) and a digital signal processor (13) residing therein that the signal processing unit is connected to an interferometer that includes a transmitter unit (1) with radiation source (7), receiver unit (2) with at least one photodetector (6) and through optical fibers between receiving unit (2) and the transmitting unit (1) connected fiber optic fiber optic sensor forming measuring route with measuring loop (4) and reference route with a reference loop (5) having at least one binding loop a member (8) at the beginning and end of said paths, where jc preferably at least a portion of the measuring path with the measuring fixed by the loop (4) of the fiber optic sensor in a primary binding agent (9) of elastomers.
Description
Vynález se týká zařízení pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy s využitím senzoru optovláknového interferometru. Dále mj. umožní snímání mechanických/akustických projevů, jako například činnosti dělohy obsahující plod a měření základních životních funkcí gravidní ženy.The present invention relates to a device for monitoring the vital functions of a pregnant woman using a fiber optic interferometer sensor. Furthermore, it will enable, among other things, the acquisition of mechanical / acoustic manifestations, such as the uterine activity containing the fetus and the measurement of the vital functions of a pregnant woman.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
V průběhu těhotenství a také během samotného porodu je důležité sledovat vitální funkce plodu a matky a kontrakce dělohy matky. S rozšiřující se možností prováděných porodů (například porody do vody či porody v poloze, kterou si matka sama vybere) se také zvyšují nároky na používané senzory vitálních funkcí rodičky i plodu. Princip měření založený na snímání vibrací však pro optimální měření vyžaduje, aby byla rodička v klidu, nežádoucí vibrace mohou snížit přesnost snímání signálů.During pregnancy and during labor, it is important to monitor the fetal and maternal vital functions and the uterine contractions. With the increasing possibility of performing births (for example, birth in water or birth in a position of choice by the mother), the demands on the used sensors of vital functions of the mother and the fetus are also increasing. However, the vibration sensing principle requires the mother to be calm for optimal measurement, unwanted vibration can reduce the signal sensing accuracy.
Monitorování plodové tepové frekvence FHR (Fetal Heart Rate) a jejích změn v závislosti na pohybech plodu a kontrakční činnosti dělohy gravidní ženy umožňuje získat informace potřebné ke správnému zhodnocení stavu plodu před porodem i během něj. Zejména tyto informace mohou pomoci lékařům při monitorování a diagnostice ohrožených plodů i gravidních žen v průběhu těhotenství i během porodu.Monitoring of the Fetal Heart Rate (FHR) and its changes in relation to fetal movements and contracting activity of the pregnant woman uterus allows the gathering of the information needed to properly assess the condition of the fetus before and during delivery. In particular, this information can help doctors monitor and diagnose endangered fetuses and pregnant women during pregnancy and delivery.
Stávající měření srdečních ozev plodu dítěte se provádí metodou zvanou KTG vyšetření neboli kardiotokografie. Kardiotokografické vyšetření je způsob, jak zjistit stav plodu in utero, kdy jsou monitorovány kontrakce dělohy matky a srdeční ozvy plodu záznamem FHR. Kardiotokograf se skládá ze záznamového zařízení a dvou sond, jmenovitě toko-sondy a kardio-sondy. Toko-sonda je snímačem na bázi piezoelektrického krystalu a slouží k zaznamenávání kontrakcí dělohy. Kardio-sonda může být dvojího typu: pro vnitřní použití (elektroda) nebo pro vnější použití (ultrazvuková). Princip fungování kardio-sondy je založen na Dopplerově jevu, přičemž jsou zaznamenávány stahy srdečních chlopní, předsíní a komor. Větší využití má sonda ultrazvuková, která se vzhledem k zevnímu použití dá použít i před porodem. Kardiotokografie je zatím nejrozšířenější metoda pro měření srdečních ozev plodu v děloze matky. Ačkoliv je tato metoda spolehlivá a účinná, doprovází ji i několik nevýhod či omezení, jako například nutnost připevnění jednotlivých ultrazvukových sond na tělo gravidní ženy v oblasti břišní tak, aby pevně držely a nesklouzávaly, což se nejčastěji provádí pomocí pásu suchého zipu nebo kompresního obvazu omotaného/obepnutého přes sondy okolo těla gravidní ženy. Připevňování ultrazvukových sond na tělo může být pro matku nepříjemné, je časově náročné vzhledem k samotnému procesu připevňování a hledání dostatečně silného signálu pro tyto méně citlivé sondy, a často i neefektivní vzhledem k bodovému snímání srdečních ozev plodu. Je-li dítě v méně dostupné poloze, musí být poloha sond změněna a monitorování opakováno.The current measurement of the fetal heart echo is performed by a method called KTG examination or cardiotocography. Cardiotocographic examination is a way to determine the fetal condition in utero by monitoring the contraction of the mother's uterus and the fetal heart echo by recording the FHR. The cardiograph consists of a recording device and two probes, namely a toco-probe and a cardio-probe. The toco-probe is a piezo-electric crystal sensor and is used to record uterine contractions. The cardio-probe can be of two types: for indoor use (electrode) or for outdoor use (ultrasonic). The function of the cardio-probe is based on the Doppler effect, with contractions of the heart valves, atria and ventricles being recorded. The ultrasonic probe, which can be used even before birth due to external use, has a greater use. Cardiotocography is the most widespread method for measuring the fetal heart rate in the mother's womb. While this method is reliable and effective, it is accompanied by several disadvantages or limitations, such as the need to attach individual ultrasound probes to the body of a pregnant woman in the abdominal area so that they are firm and non-slip, most often using a Velcro belt or compression bandage wrapped around probes around the body of a pregnant woman. Attaching ultrasound probes to the body can be frustrating for the mother, it is time consuming due to the process of attaching and searching for a sufficiently strong signal for these less sensitive probes, and often inefficient for spot sensing fetal heart sounds. If the child is in a less accessible position, the position of the probes must be changed and the monitoring repeated.
Složité a nepohodlné připevňování sond na tělo gravidní ženy v oblasti břišní řeší patentová přihláška WO 2005/110 236 Al, kde je popsáno bezpásové zařízení pro monitorování srdečního pulzu plodu pomocí ultrazvukového senzoru. Zařízení s adhezivní povrchovou úpravou je komfortně přiloženo na tělo gravidní ženy v oblasti břišní a s výhodou používáno v bezdrátové formě umožňující mobilitu gravidní ženy. Zařízení může být také využito pro monitorování srdečního tepu u dětí i dospělých.The complicated and inconvenient attachment of the probes to the body of a pregnant woman in the abdominal area is solved by patent application WO 2005/110 236 A1, which describes a waistless device for monitoring the fetal heart rate by means of an ultrasound sensor. The adhesive coated device is comfortably applied to the body of a pregnant woman in the abdominal region and is preferably used in a wireless form allowing the mobility of the pregnant woman. The device can also be used to monitor heart rate in children and adults.
Řešení pro měření srdečního pulzu pracující na vláknovém (ale nikoliv interferometrickém) principu je známo z patentu US 6 463 187 Bl. Zde je měřicím mechanismem tlak vyvinutý na vazební člen. Vazební člen je pasivní optický prvek, ve kterém dochází ke sloučení, nebo rozdělení optického záření. Základním parametrem je dělicí poměr. Ten se v tomto případě mění na základě tlaku vyvinutého na spoj vláken. Jedná se tedy o pouhý převod tlaku na optický výkon a ten dále na elektrické napětí. Tyto senzory se nazývají intenzitní a jejich řešení je jednoduché. Ovšem v praxi dosahují nízkých citlivostí, což je limitující zejména při monitoringu vitálních funkcí plodu. Využívají se tedy zejména pro měření tepu na zápěstí. Navíc využití tohoto senzoru je čistě bodové, kdy je nutné přiložit zápěstí na konkrétní místo, kde je pohyb pístu z tepny přenášen na vazební člen.A solution for measuring heart rate using a fiber (but not interferometric) principle is known from U.S. Patent No. 6,463,187 B1. Here, the measuring mechanism is the pressure exerted on the coupler. The coupler is a passive optical element in which the optical radiation is combined or distributed. The basic parameter is the split ratio. In this case, it varies based on the pressure exerted on the fiber joint. It is therefore a mere conversion of pressure to optical power and then to electrical voltage. These sensors are called intensity sensors and are simple to solve. In practice, however, they achieve low sensitivities, which is particularly limiting in monitoring fetal vital signs. They are therefore mainly used for measuring the pulse of the wrist. Moreover, the use of this sensor is purely point-wise, where it is necessary to place the wrist at a specific location where the movement of the piston from the artery is transmitted to the coupler.
Dle článku S. Albína a kol. (A Non-invasive Fiber Optic Sensor for Fetal Heart Rate Monitoring, SPIE Vol. 3211, 0277-786X/97, pages 496-500) je navržen neinvazivní senzor z optických vláken pro měření FHR. Úsek dvou optických vláken je zbaven akrylátové primární ochrany na povrchu, tyto holé části dvou vláken (s hraniční vlnovou délkou 750 ± 50 nm) jsou zkrouceny a spojeny dohromady ve speciální tavící mikropeci, tak vytvoří 2x 2 vazební člen, který se připojí na elastickou membránu v hliníkové destičce. Na vstupu je umístěna laserová polovodičová dioda produkující záření výkonu 5 mW a vlnovou délkou 830 nm. Vstup světla do vazebního členu produkuje dva výstupy. Signály na dvou výstupech jsou detekovány křemíkovým (Si) detektorem, monitorovány osciloskopem s GPIB počítačovým rozhraním. K. odstínění signálů pozadí, jako je například dýchání a pohyby plodu či srdečního pulzu matky, jsou použity techniky filtrování signálu. Senzor uvedený v článku dle Albína a kol., není založen na principu interferometru, ale funguje na principu změny vazebního poměru speciálně vyrobeného vazebního členu, kdy se mění intenzita záření přímo na výstupu. Není ani uvedeno, jakým způsobem je neinvazivní sonda umístěna do blízkosti zdroje signálu.According to the article by S. Albín et al. (A non-invasive Fiber Optic Sensor for Fetal Heart Rate Monitoring, SPIE Vol. 3211, 0277-786X / 97, pages 496-500) is a non-invasive fiber optic sensor for FHR measurement. The optical fiber section is deprived of acrylic primary protection on the surface, these bare portions of the two fibers (with a wavelength of 750 ± 50 nm) are twisted and joined together in a special melting micro-oven to form 2 x 2 couplers that attach to the elastic membrane in an aluminum plate. At the input is a laser semiconductor diode producing radiation of 5 mW and a wavelength of 830 nm. The light input to the coupler produces two outputs. The signals on two outputs are detected by a silicon (Si) detector, monitored by an oscilloscope with a GPIB computer interface. Signal filtering techniques are used to shield background signals such as maternal breathing and fetal or cardiac pulse movements. The sensor mentioned in the article by Albín et al., Is not based on the principle of interferometer, but works on the principle of changing the binding ratio of a specially manufactured coupler, where the intensity of radiation changes directly at the output. Nor is it indicated how the non-invasive probe is placed near the signal source.
Optické interferometry jsou přístroje, jejichž princip je založen na interferenci světla, mají široké využití zejména ve fyzice. Dvousvazkové interferometry se schematicky liší svým uspořádáním, různé typy jsou známy pod názvy Mach-Zehnderův interferometr, Michelsonův interferometr, Sagnacův interferometr a další. Obsahují vždy zdroj záření (běžně laserový) a detektor záření (nebo jeho náhradu), kde paprsky prochází optickou soustavou se zrcadly, pro světlo částečně propustnými skleněnými deskami a dalšími prvky. V optovláknovém interferometru je spojení zdroje záření a detektoru realizováno pomocí optických vláken, která slouží k přenosu světelných signálů ve směru podélné osy optického vlákna. Optická vlákna mohou sloužit jen k přenosu informace nebo i jako senzory. Optovláknové interferometry měří průměrnou deformaci vlákna mezi dvěma body v porovnání s druhým volným vláknem, které není k těmto bodům připojeno.Optical interferometers are instruments whose principle is based on light interference, they have a wide application especially in physics. Two-beam interferometers differ schematically in their arrangement, different types are known under the names Mach-Zehnder interferometer, Michelson interferometer, Sagnac interferometer and others. They always contain a radiation source (normally a laser) and a radiation detector (or its replacement), where the beams pass through an optical system with mirrors, light-transmitting glass plates and other elements. In the fiber optic interferometer, the connection of the radiation source and the detector is realized by means of optical fibers, which serve to transmit light signals in the direction of the longitudinal axis of the optical fiber. Fiber optics can only be used to transmit information or even as sensors. Optical fiber interferometers measure the average fiber deformation between two points compared to a second loose fiber that is not attached to these points.
K měření srdeční ozvy se také používají interferometrické senzory využívající vláknově optické interferometry k měření srdeční ozvy. Tyto interferometrické senzory jsou založeny na fázové modulaci světelné vlny, která se šíří optickým vláknem, vyvolané působením tlaku na optické vlákno přiložené na tělo. Ze změny fáze detekované světelné vlny se zjišťují naměřené fyzikální veličiny.Interferometric sensors using fiber optic interferometers to measure cardiac echo are also used to measure heart rate. These interferometric sensors are based on phase modulation of the light wave that propagates through the optical fiber caused by applying pressure to the optical fiber applied to the body. The measured physical quantities are determined from the phase change of the detected light wave.
V článku Špragera a kol. (Heartbeat and Resporation Detection Form Optical Interferometric Signals by Using a Multimethod Approach, IEEE Transastions on Niomedical Engineering, Vol. 59, No. 10, October 2012, pages 2922-2929) je zmíněno použití Michelsonova interferometru pro měření vitálních funkcí pomocí optického senzoru v přímém nebo nepřímém kontaktu s lidským tělem, přičemž experimentální část je prezentována na metodě nepřímého kontaktu.In the article by Sprager et al. (Heartbeat and Resporation Detection Form Optical Interferometric Signals by Using a Multimethod Approach, IEEE Transastions on Niomedical Engineering, Vol. 59, No. 10, October 2012, pages 2922-2929) mentions the use of a Michelson interferometer to measure vital signs using an optical sensor in direct or indirect contact with the human body, the experimental part being presented on the indirect contact method.
Patent US 6 498 652 popisuje přenosné, neinvazivní zařízení primárně sloužící jako monitor dechu, srdečního pulzu a fyzického pohybu dospělých osob nebo dětí, jehož základem je interferometr známého typu (Mach-Zehnerův, Sagnacův, Michelsonův, Fabry-Perotův), generující optický signál ovlivněný akusticko-mechanickými signály v optických vláknech, který zahrnuje zdroj záření, vstup první a druhé trasy optických vláken o minimální délce tras 10 m s optickou ztrátou okolo 20 dB, kde se trasy dělí v prvním vazebním členu (případně slučují ve druhém vazebním členu). První trasa optických vláken je umístěna v blízkosti pacienta a druhá trasa obsahuje referenční smyčku s polarizátorem, prostředky pro tvorbu sériového sledu interferenčních obrazců, které snímá fotodetektor a převádí na elektrický signál dále zpracovanýU.S. Patent No. 6,498,652 discloses a portable, non-invasive device primarily serving as a monitor for the breath, heart rate, and physical movement of adults or children based on an interferometer of known type (Mach-Zehner, Sagnac, Michelson, Fabry-Perot) generating an optical signal acousto-mechanical signals in the optical fibers, which include a radiation source, input of the first and second optical fiber paths with a minimum path length of 10 m with an optical loss of about 20 dB, where the paths are divided in the first coupler (optionally combined in the second coupler). The first optical fiber path is located close to the patient and the second path includes a reference loop with a polarizer, means for generating a series of interference patterns, which senses the photodetector and converts it into an electrical signal further processed
-2CZ 307183 B6 procesorem a zobrazený na výstupním systému, kde je možná kombinace signálu srdečního pulzu a dechu za použití dolno propustného filtru. Jeden nebo více optických senzorů je umístěno v obdélníkové podšívce podložky, kde podložka se umístí na matraci dětské postýlky, nemocniční postele apod. a překryje prostěradlem, kde optické vlákno je vedeno klikaticí ze strany na stranu celou podložkou, a podložka je optickým vláknem spojena s elektro - optickou jednotkou (se zdrojem záření, fotodetektorem, procesorem signálu a dalšími obvody) připevněnou ke konstrukci lůžka, z ní jsou signály vysílány vysílačem do vzdáleného přenosného přijímače se zobrazovacím systémem zpracovaného signálu. Zařízení také obsahuje připojený A/D převodník, digitální signálový procesor a řadič. Toto řešení však neumí monitorovat hůře snímatelné a nedostupné signály veličin, jako je tepová frekvence plodu (FHR), děložní kontrakce či pohyby plodu v děloze, k jejichž monitorování je potřeba mnohem citlivější přístroj.-2GB 307183 B6 and displayed on an output system where a combination of heart rate and breath signals is possible using a low pass filter. One or more optical sensors are located in the rectangular lining of the pad, where the pad is placed on a cot mattress, hospital bed, etc., and overlaps with a sheet where the optical fiber is guided zigzag side to side through the entire pad, and the pad is connected to the electro - an optical unit (with a radiation source, a photodetector, a signal processor and other circuits) mounted to the bed structure, from which signals are transmitted by a transmitter to a remote portable receiver with a signal processing system imaging system. The device also includes a connected A / D converter, digital signal processor and controller. However, this solution cannot monitor hard-to-read and unavailable signals such as fetal heart rate (FHR), uterine contractions or fetal movements in the uterus, which require a much more sensitive device to monitor.
Optovláknové ani neinvazivní ultrazvukové senzory popsané v úvodní části nejsou dostatečně citlivé pro monitorování vitálních funkcí plodu vraných stádiích těhotenství ajejich používání v předporodní fázi doprovází často zdlouhavé připevňování a nacházení správné polohy pro sondy. Vysoká citlivost sond nebo zisk dostatečně silného signálu FHR jsou klíčové parametry efektivního získávání dat.The fiber optic and non-invasive ultrasound sensors described in the introductory section are not sensitive enough to monitor the fetal vital signs in the early stages of pregnancy, and their use in the prenatal phase is often accompanied by lengthy mounting and finding the right position for the probes. High sensitivity of the probes or gain of a sufficiently strong FHR signal are the key parameters of efficient data acquisition.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny zařízením pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy se senzorem z optických vláken a jednotkou pro zpracování signálu, která obsahuje A/D převodník a digitální signálový procesor, jehož podstata spočívá v tom, že jednotka pro zpracování signálu je připojena k interferometru, který obsahuje vysílací jednotku se zdrojem záření, přijímací jednotku s alespoň jedním fotodetektorem a prostřednictvím optických vláken mezi přijímací jednotku a vysílací jednotku připojený optovláknový senzor s optickými vlákny tvořícími měřicí trasu s měřicí smyčkou a referenční trasu s referenční smyčkou s alespoň jedním vazebním členem na počátku a konci uvedených tras.The above drawbacks are overcome by a device for monitoring the fetal vital signs of a pregnant woman with an optical fiber sensor and a signal processing unit comprising an A / D converter and a digital signal processor, which is based on the signal processing unit being connected to an interferometer comprising a transmitter unit with a radiation source, a receiver unit with at least one photodetector, and a fiber optic sensor comprising a measuring loop with a measuring loop and a reference loop with a reference loop with at least one coupler initially connected via a fiber optic between the receiving unit and the transmitting unit and at the end of these routes.
Hlavním přínosem oproti řešením známým ze stavu techniky je použití senzoru na principu interferometru umožňující podstatně citlivější snímání srdeční tepové frekvence plodu. Výhodou použití senzoru z optických vláken je také pasivní optická detekce a pasivní demodulace, kompletní izolování od elektrické sítě, tj. odolnost vůči rušení ze sítě, elektrická nevodivost sondy jsou s gravidní ženou spojeny elektricky nevodivými optickými vlákny.The main benefit over prior art solutions is the use of an interferometer-based sensor that allows for a much more sensitive sensing of the fetal heart rate. The advantage of using a fiber optic sensor is also passive optical detection and passive demodulation, complete isolation from the electrical network, ie resistance to interference from the network, the electrical non-conductivity of the probe are connected to the pregnant woman by electrically nonconductive optical fibers.
Dalšího podstatného zvýšení citlivosti snímání srdeční tepové frekvence plodu je možné dosáhnout ve výhodném provedení vynálezu, kdy je alespoň část měřicí trasy s měřicí smyčkou optovláknového senzoru zafixována v primárním vazebním prostředku zelastomeru. Primární vazební prostředek je určen pro neinvazivní kontakt s tělem v břišní oblasti gravidní ženy, umisťuje se tedy přímo na kůži blízko zdroje signálu, přičemž primární vazební prostředek brání přístupu vzduchu mezi kontaktními povrchy, tj. mezi senzorem a kůží. Výhodou je dále snadná aplikovatelnost s nižšími nároky na obsluhu personálem.A further substantial increase in the sensitivity of the fetal heart rate sensing can be achieved in a preferred embodiment of the invention, wherein at least a portion of the measuring path with the measuring loop of the fiber optic sensor is fixed in the primary binding agent of the zelastomer. The primary binding means is intended for non-invasive contact with the body in the abdominal region of a pregnant woman, thus being placed directly on the skin near the signal source, the primary binding means preventing air from contacting the contact surfaces, i.e. between the sensor and the skin. The advantage is also easy applicability with lower demands on operation by personnel.
Vynález umožňuje v každém případě, díky pokročilým technikám zpracování signálů, snímání a oddělení dvou a více veličin z jednoho signálu, například pulzu gravidní ženy a plodu, a to buď za použití jedné měřicí smyčky v kontaktu s tělem, nebo za současného použití měřicí a referenční smyčky v kontaktu s tělem, kde ve výhodném provedení, kdy je referenční smyčka také v kontaktu s tělem odděleně od smyčky měřicí, je citlivost měření podstatně zvýšena. Snímání více veličin současně je úsporné z hlediska času, počtu použitých sond.In any case, thanks to advanced signal processing techniques, the invention allows the sensing and separation of two or more quantities from a single signal, such as a pregnant woman's fetus and a fetus, either using a single measuring loop in contact with the body or using a measuring and reference device. body contact loops, wherein in a preferred embodiment where the reference loop is also in contact with the body separately from the measurement loop, the sensitivity of the measurement is substantially increased. Sensing multiple quantities at the same time is economical in terms of time, number of probes used.
V dalším výhodném provedení je tedy také alespoň část referenční trasy s referenční smyčkou zafixována v sekundárním vazebním prostředku z elastomeru a tento sekundární vazební prostředek pak může být použit pro neinvazivní kontakt s tělem gravidní ženy, zejména v oblasti hrudní. Výhodou tohoto provedení referenční smyčky je pak možnost snímání různých veličinThus, in a further preferred embodiment, at least a portion of the reference loop with the reference loop is also fixed in the secondary elastomer binding means, and the secondary binding means can then be used for non-invasive contact with the body of a pregnant woman, particularly in the thoracic region. The advantage of this embodiment of the reference loop is the possibility of sensing various quantities
- J CZ 307183 B6 pomocí pouze jednoho univerzálního senzoru, kdy z rozdílu mezi referenční a měřicí smyčkou jediného signálu je jednodušeji možné extrahovat dvě a více veličin, například dech gravidní ženy, srdeční pulz gravidní ženy a srdeční pulz plodu, dokonce i v raném stadiu těhotenství, děložní kontrakce, pohyb plodu, apod.With only one universal sensor, it is easier to extract two or more variables from the difference between the reference and measuring loops of a single signal, such as the pregnant woman's breath, the pregnant woman's heart rate and the fetal heart rate, even at an early pregnancy , uterine contractions, fetal movement, etc.
Alespoň část referenční trasy s referenční smyčkou může být také zafixována v primárním vazebním prostředku zelastomeru, který je určen pro neinvazivní kontakt s tělem, zejména v oblasti břišní. Referenční trasa referenční smyčky samozřejmě nemusí být zafixována v žádném vazebním prostředku z elastomeru a v tomto případě není určena pro kontakt s tělem.At least a portion of the reference loop with the reference loop may also be fixed in the primary binding agent of the zelastomer, which is intended for non-invasive body contact, particularly in the abdominal region. Of course, the reference loop reference path need not be fixed in any elastomeric binding means, and in this case it is not intended for body contact.
Ve výhodném provedení je alespoň jeden vazební člen také zafixován v primárním nebo sekundárním vazebním prostředku.In a preferred embodiment, the at least one binding member is also fixed in the primary or secondary binding means.
Elastomery se vyznačují schopností pružné deformace, tj. těleso se dokáže vrátit do původního tvaru. Pružnost či tuhost materiálu je vyjádřena modulem pružnosti (Youngovým modulem pružnosti E). Tuhé matriály, jako např. sklo, s modulem pružnosti v řádech desítek GPa a více, mají tvrdý povrch. Díky tomu se jimi šíří vysokofrekvenční vibrace rychleji a tím účinněji. Naopak materiály s nízkým modulem pružnosti, např. elastomery s modulem pružnosti v řádu jednotek MPa, mají měkký povrch, zvuk se jimi šíří pomaleji a jsou tak citlivější na nízké frekvence, které jsou charakteristické pro projevy lidského těla. Vhodné/optimální elastomery pro použití k výrobě primárního nebo sekundárního vazebního prostředku mají modul pružnosti v rozmezí 1 až 10 MPa. Patří mezi ně např. polydimethylsiloxany (PDMS) mající modul pružnosti 1 až 3 MPa, přírodní kaučuk s modulem pružnosti 1 až 5 MPa nebo polyuretany s modulem pružnosti 2 až 10 MPa.Elastomers are characterized by the ability to elastically deform, ie the body can return to its original shape. The elasticity or stiffness of the material is expressed by the modulus of elasticity (Young's modulus of elasticity E). Rigid materials, such as glass, with a modulus of elasticity of tens of GPa or more have a hard surface. As a result, they transmit high-frequency vibrations faster and more efficiently. In contrast, materials with a low modulus of elasticity, such as elastomers with a modulus of elasticity in the order of MPa, have a soft surface, the sound propagates more slowly, and is thus more sensitive to the low frequencies that are characteristic of the human body. Suitable / optimal elastomers for use in the manufacture of a primary or secondary binder have an elastic modulus in the range of 1 to 10 MPa. These include, for example, polydimethylsiloxanes (PDMS) having a modulus of elasticity of 1 to 3 MPa, natural rubber having a modulus of elasticity of 1 to 5 MPa, or polyurethanes with a modulus of elasticity of 2 to 10 MPa.
Ne všechny materiály s odpovídajícím modulem pružnosti jsou ovšem vhodné pro výrobu primárního nebo sekundárního vazebního prostředku. Důležitým parametrem je také mez pevnosti v tahu a plasticita určující, zda je působící deformace trvalá. Z hlediska modulu pružnosti by vhodným materiálem také mohla být např. plastelína s modulem pružnosti 2 až 5 MPa, ale pro plastelínu se mez pevnosti v tahu pohybuje v řádech desítek kPa, tedy se snadno rozpadá a pro konstrukci vazebních prostředků je nevhodná. Elastomery vč. PDMS mají mez pevnosti v tahu v řádech jednotek MPa, což zaručuje dobrou soudržnost vazebního prostředku při mechanickém namáhání. Např. PVC sice má modul pružnosti 2 až 4 MPa, ale nedostatečná plasticita materiálu neumožňuje snadné kopírování tvaru a přilnutí na povrch těla gravidní ženy, kterou elastomery disponují. Vazební prostředky z elastomerů jsou tedy natolik pružné a poddajné, že se snadno přizpůsobí tvaru lidského těla, tj. tvar těla zcela kopírují a dobře k němu přilnou. Obzvlášť výhodným materiálem pro výrobu vazebních prostředků je polydimethylsiloxan, který je zdravotně nezávadný, inertní, netoxický, nehořlavý, snadno omyvatelný a opakovaně použitelný, bezpečný, neinvazivní, a vodě odolný.However, not all materials with a corresponding modulus of elasticity are suitable for the production of a primary or secondary binder. An important parameter is also the tensile strength and plasticity that determines if the deformation is permanent. From the point of view of the modulus of elasticity, a suitable material could also be plasticine with a modulus of elasticity of 2 to 5 MPa, but for plasticine the tensile strength is in the order of tens of kPa. Elastomers incl. PDMS have an ultimate tensile strength in the order of MPa, which ensures good bonding of the bonding agent under mechanical stress. E.g. PVC has a modulus of elasticity of 2 to 4 MPa, but the lack of plasticity of the material does not allow easy copying of the shape and adhesion to the body surface of the pregnant woman, which the elastomers have. Thus, the elastomeric binding means is so flexible and flexible that it readily conforms to the shape of the human body, i.e., completely conforms to the shape of the body and adheres well thereto. A particularly preferred material for making binding agents is polydimethylsiloxane, which is non-toxic, inert, non-toxic, non-flammable, easy to wash and reusable, safe, non-invasive, and water resistant.
S výhodou má primární a/nebo sekundární vazební prostředek tvar tělesa s podstavou tvaru obdélníku, kruhu, oválu, čtverce, prstence, případně může nabývat i jiných tvarů. S výhodou má vazební prostředek obsah podstavy 15 až 2500 cm2, výšku 2 až 10 mm, hmotnost 50 až 300 g. Důsledkem použití vazebního prostředku je vyšší citlivost senzoru a vyšší pravděpodobnost zachycení signálu díky pokrytí větší plochy snímané oblasti a většímu přiblížení se ke zdroji signálu, čímž je dosaženo vyšší přesnosti/citlivost naměřených dat. Velká citovost použitého senzoru umožňuje monitorování plodu v dřívější než předporodní fázi gravidity, je tedy vhodný pro měření vitálních funkcí plodu, případně gravidní ženy, v raných i pokročilých fázích gravidity. Připevňování optovláknového senzoru dle tohoto vynálezu není přesně určeno velikostí a tvarem těla gravidní ženy, s výhodou lze vyrábět vazební prostředky z elastomeru se zafixovanou měřicí či referenční smyčkou v univerzálním rozměru. Výhodou všech uvedených provedení vazebního prostředku je jednoduchý způsob připevnění na tělo. Jednoduchost provedení optovláknového senzoru navíc dovoluje měření i v netradičních porodních polohách rodičky nebo v nestandardním prostředí, např. při porodech do vody nebo v elektromagneticky zatíženém prostředí (během elektromagnetické rezonance, v blízkosti počítačového tomografu).Preferably, the primary and / or secondary coupling means are in the form of a body with a rectangle, circle, oval, square, ring, or other shape. Preferably, the coupling means has a base content of 15 to 2500 cm 2 , a height of 2 to 10 mm, a weight of 50 to 300 g. The use of the coupling means results in a higher sensor sensitivity and a higher probability of signal capture. signal, which results in higher accuracy / sensitivity of the measured data. The high sensitivity of the sensor enables monitoring of the fetus in the period prior to the antenatal phase of pregnancy, so it is suitable for measuring vital functions of the fetus or pregnant woman in both early and advanced stages of pregnancy. The attachment of the fiber optic sensor of the present invention is not precisely determined by the size and shape of the body of the pregnant woman, preferably the binding means can be made from an elastomer with a fixed measuring or reference loop in a universal dimension. The advantage of all said embodiments of the binding means is a simple method of attachment to the body. In addition, the simplicity of the fiber optic sensor allows measurement in unconventional birthing positions or in non-standard environments such as water births or electromagnetically stressed environments (during electromagnetic resonance, near a computer tomograph).
-4CZ 307183 B6-4GB 307183 B6
Minimální délka optického vlákna zafixovaného ve vazebním prostředku se odvíjí mj. od jeho velikosti a má vliv na celkovou citlivost zařízení pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy dle tohoto vynálezu. Při návrhu vazebních prostředků je třeba také vzít v úvahu kritický poloměr ohybu optického vlákna, který je standardně cca 2 cm. Minimální délka optického vlákna, využitelná např. u vazebního prostředku s plochou 15 cm2, je cca 4 cm, přičemž takový vazební prostředek je vhodný pro monitorování životních funkcí plodu v předporodní fázi. Optimálních výsledků bylo dosaženo zafixováním 2 až 3 m optického vlákna ve vazebním prostředku, kdy lze snímat životní funkce plodu už během druhé poloviny druhého trimestru. Delší úseky optických vláken (více než čtyřnásobek optimální délky) ve vazebním prostředku mají obecně ještě vyšší citlivost, avšak z principu také mohou způsobovat nežádoucí vlivy (citlivost na teplotu, mechanická napětí v sondě, kvalitu zdroje záření), které v konečném důsledku snižují kvalitu měření. Uvedené optimální hodnoty byly ověřeny pro jednovidová G.652D vlákna s 900 pm volnou ochranou. Konkrétní hodnoty délky optického vlákna se mohou mírně měnit v závislosti na provedení/parametrech optického vlákna (materiál vlákna, materiál a přítomnost primárních a sekundárních ochran, profily indexu lomu vlákna atd.).The minimum length of the optical fiber fixed in the binding means depends, inter alia, on its size and affects the overall sensitivity of the fetal vital signs monitoring device of the pregnant woman of the present invention. When designing the coupling means, the critical bending radius of the optical fiber, which is about 2 cm by default, should also be considered. The minimum length of the optical fiber useful, for example, in a 15 cm 2 binding device is about 4 cm, and such a binding device is suitable for monitoring the fetal vital functions in the prenatal phase. Optimum results were obtained by fixing 2 to 3 m of optical fiber in the binding device, where the life function of the fetus can be detected already during the second half of the second trimester. Longer sections of optical fibers (more than four times the optimum length) in the coupler generally have an even higher sensitivity, but in principle they can also cause undesirable effects (temperature sensitivity, mechanical stresses in the probe, radiation source quality) which ultimately reduce measurement quality . These optimum values were verified for single mode G.652D fibers with 900 µm free protection. Particular values of optical fiber length may vary slightly depending on optical fiber performance / parameters (fiber material, material and presence of primary and secondary protections, fiber refractive index profiles, etc.).
Ve výhodném provedení je primární a/nebo sekundární vazební prostředek pro aplikaci na tělo opatřen vrstvou roztíratelné vazební hmoty, například sonogelu, vazelíny, oleje nebo plastelíny. Vazební hmota výhodně umožňuje vyloučit či omezit vznik vzduchových bublin, které by jinak snižovaly přenos měřeného signálu.In a preferred embodiment, the primary and / or secondary binding agent for application to the body is provided with a layer of a spreadable binding material, for example sonogel, petrolatum, oil or plasticine. The binding material preferably allows to eliminate or reduce the formation of air bubbles that would otherwise reduce the transmission of the measured signal.
Dělicí poměr vazebního členu má vliv na kvalitu interference. Vazební člen má proto ve výhodném provedení rovnoměrný dělicí poměr.The coupling ratio of the coupler affects the quality of the interference. Therefore, in the preferred embodiment, the coupling member has a uniform separation ratio.
Pro zpracování signálů ze zařízení dle vynálezu je dostatečná vzorkovací frekvence 10 až 20 kS/s. Rozlišení A/D převodníku je typicky 16 nebo 24 bit, vyšší rozlišení umožňuje měřit slabší signály, tj. např. vitální funkce plodu v ranějším stádiu vývoje.A sampling frequency of 10 to 20 kS / s is sufficient to process signals from the device of the invention. The resolution of the A / D converter is typically 16 or 24 bit, the higher resolution allows to measure weaker signals, ie, the fetal vital function at an earlier stage of development.
Vjednom z možných provedení je zapojení interferometru typu Mach-Zehnder, s výhodou pak takové zařízení obsahuje vazební člen lx 2 pro rozdělení na trasu měřicí a referenční, vazební člen 3x 3 pro sloučení uvedených tras a má délku optického vlákna s měřicí smyčkou a délku optického vlákna s referenční smyčkou vybranou z intervalu 1 až 10 m. Rozdíl délek optických vláken (v měřicí a referenční smyčce) ve výhodném provedení v případě demodulace signálu více fotodetektory s typicky 3x 3 (nebo 4x 4) vazebním členem je menši, než koherentní délka zdroje záření. Interferometr typu Mach-Zehnder je pro účely tohoto vynálezu nejvýhodnější z ekonomických důvodů a z důvodu nižších nároků na ochranu zdroje záření a zpětných odrazů.In one embodiment, the Mach-Zehnder interferometer is wired, preferably the device comprises a 1 x 2 coupler for splitting the measurement and reference paths, a 3 x 3 coupler for combining said paths, and has an optical fiber to loop measurement length and optical fiber length. with a reference loop selected from 1 to 10 m. The difference in fiber lengths (in the measurement and reference loops) in the preferred embodiment in the case of signal demodulation of multiple photodetectors with typically 3x 3 (or 4x 4) coupler is less than the coherent radiation source length. . The Mach-Zehnder type interferometer is the most advantageous for the purposes of the present invention for economic reasons and due to lower demands on the protection of the radiation source and back reflection.
V jiném provedení může být zapojení interferometru typu Michelson. Takové zařízení pak s výhodou obsahuje vazební člen 3x 3. Ve vazebním členu 3x 3 dochází k rozdělení i sloučení uvedených tras (měřicí a referenční). Zařízení dle vynálezu má délku optického vlákna s měřicí smyčkou a délku optického vlákna s referenční smyčkou vybranou z intervalu 1 až 10 m. Rozdíl délek optických vláken (v měřicí a referenční smyčce) ve výhodném provedení v případě demodulace signálu více fotodetektory s typicky 3x 3 (nebo 4x 4) vazebním členem je menší, než koherentní délka zdroje záření. Každá ze smyček a tedy dva výstupy z vazebního členu 3x 3jsou zakončeny reflexním prvkem a vysílací jednotka je na třetí výstup vazebního členu 3x 3napojena na, přes v ní zabudovaný nebo k ní externě připojený optovláknový izolátor. Optovláknový izolátor chrání zdroj záření proti odrazu. Reflexním prvkem pak s výhodou může být Faradayovo zrcadlo, Braggovská mřížka nebo zalomené vlákno. Michelsonův interferometr s použitím reflexního prvku je ekonomicky méně výhodný v porovnání se zapojením typu Mach-Zehnder.In another embodiment, the interferometer may be of the Michelson type. Such a device preferably comprises a 3x3 coupler. In the 3x3 coupler, said paths (measuring and reference) are split and merged. The device according to the invention has an optical fiber length with a measuring loop and an optical fiber length with a reference loop selected from 1 to 10 m. The difference in optical fiber lengths (in the measuring and reference loops) is preferred. or 4x 4) the coupler is less than the coherent length of the radiation source. Each of the loops and thus the two outputs of the 3x3 coupler are terminated with a reflective element, and the transmitting unit is connected to the third output of the coupler 3x3 connected to, via an inbuilt or externally connected fiber optic insulator therein. The fiber optic insulator protects the radiation source against reflection. Preferably, the reflective element may be a Faraday mirror, a Bragg grating or a kinked fiber. A Michelson interferometer using a reflective element is economically less advantageous compared to a Mach-Zehnder circuit.
V dalším možném provedení je zapojení interferometru typu Sagnac, s výhodou takové zařízení obsahuje jediné optické vlákno o délce 0,1 až 10 km uspořádané do jedné smyčky, která je současně měřicí smyčkou i referenční smyčkou, přičemž měřicí trasa ve smyčce má opačný směr než referenční trasa ve stejné smyčce, a pro rozdělení i sloučení uvedených tras je v průsečíku optických vláken smyčky umístěn jeden vazební člen 3x3. Alespoň část této smyčky (měřicí aIn another possible embodiment, the Sagnac interferometer is wired, preferably the device comprises a single optical fiber 0.1 to 10 km long arranged in a single loop that is both the measuring loop and the reference loop, the measuring path in the loop having the opposite direction to the reference a single 3x3 coupler is located at the intersection of the optical fibers of the loop. At least part of this loop (measurement and
- 5 CZ 307183 B6 zároveň referenční) je zafixována v jediném primárním vazebním prostředku z elastomeru. V tomto provedení je vysílací jednotka na třetí výstup vazebního členu napojena přes v ní zabudovaný nebo k ní externě připojený optovláknový izolátor. Výhodou interferometru typu Sagnac jsou nižší požadavky na zdroj záření, který zde může být i širokospektrální, s nestabilní vlnovou délkou. Nevýhodou oproti výše uvedeným interferometrům je nižší citlivost na vibrace, která roste s délkou vlákna (několik km) v ramenech, u příliš dlouhých vláken pak hrozí nekompaktnost senzoru.The reference) is fixed in a single primary elastomer binding agent. In this embodiment, the transmitting unit is coupled to the third output of the coupler via a fiber optic insulator incorporated therein or externally connected thereto. The advantage of the Sagnac type interferometer is lower requirements for the radiation source, which can be here also wide-spectrum, with unstable wavelength. The disadvantage of the above-mentioned interferometers is the lower sensitivity to vibrations, which increases with the length of the fiber (several km) in the shoulders, and in the case of too long fibers, the sensor may become incompatible.
Výhodou oproti extrinzitním vláknovým senzorům, kdy je vlákno použito pouze k přenosu světla/záření a samotný senzor je pak konstruován vně vlákna (různé dutiny, rezonátory apod.) nebo oproti klasickým optickým senzorům, kdy je plod ozařován přímo laserem, je fakt, že je celé řešení in-line, tedy že světlo neopouští optické vlákno, což nese bezpečnostní pozitiva, například není třeba řešit míru ozáření organismu neionizujícím zářením (světlem).The advantage over extrinsity fiber sensors, when the fiber is used only for light / radiation transmission and the sensor itself is then constructed outside the fiber (various cavities, resonators, etc.) or compared to conventional optical sensors, where the fetus is directly irradiated by laser, the whole in-line solution, ie that light does not leave the optical fiber, which carries safety positives, for example, there is no need to address the degree of irradiation of the body by non-ionizing radiation (light).
Výhodou je i možnost využití zařízení na bázi optického interferometru dle vynálezu a monitorování stavu plodu v domácích podmínkách, zejména díky jednoduchosti aplikace, kompaktním rozměrům senzoru i vyhodnocovací jednotky (PC/tablet), kdy obsluhou může být gravidní žena, která může monitorovat sama sebe.The advantage is also the possibility of using the device based on the optical interferometer according to the invention and monitoring the condition of the fetus in home conditions, especially due to the ease of application, compact dimensions of the sensor and evaluation unit (PC / tablet).
Objasnění výkresůClarification of drawings
Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde:The principle of the invention is further elucidated by means of exemplary embodiments thereof, which are described using the accompanying drawings, in which:
obr. 1 schematicky zobrazuje zařízení dle vynálezu s interferometrem typu Mach-Zehnder, kde je měřicí trasa s měřicí smyčkou zafixována v primárním vazebním prostředku a referenční trasa s referenční smyčkou zafixována v sekundárním vazebním prostředku, obr. 2a schematicky zobrazuje zařízení dle vynálezu s interferometrem typu Michelson, se dvěma vazebními členy obr. 2b schematicky zobrazuje zařízení dle vynálezu s interferometrem typu Michelson, s jedním vazebním členem obr. 3a schematicky zobrazuje zařízení dle vynálezu s interferometrem typu Sagnac se dvěma vazebními členy obr. 3b. s jedním vazebním členem.Fig. 1 schematically illustrates a device according to the invention with a Mach-Zehnder type interferometer, where the measuring line with the measuring loop is fixed in the primary coupling means and the reference path with a reference loop is fixed in the secondary coupling means; Michelson, with two couplers of Fig. 2b schematically illustrates a device according to the invention with a Michelson-type interferometer, with one coupler of Fig. 3a schematically illustrates a device according to the invention with a Sagnac type interferometer with two couplers of Fig. 3b. with one coupler.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Vynález bude dále osvětlen, ale nikoli omezen, na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.The invention will be further illustrated, but not limited, by way of example with reference to the accompanying drawings.
Předmětem vynálezu je zařízení pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy, případně dalších mechanicko/akustických projevů, jako například činnosti dělohy a vitálních funkcí gravidní ženy, zahrnující optovláknový senzor jako součást optovláknového interferometru.The subject of the invention is a device for monitoring the fetal vital signs of the pregnant woman, optionally other mechanical / acoustic manifestations, such as the operation of the uterus and the vital signs of a pregnant woman, comprising an optical fiber sensor as part of an optical fiber interferometer.
Zařízení pro monitorování plodu gravidní ženy zahrnuje interferometr a jednotku 3 pro zpracování signálu, kde interferometr dále obsahuje vysílací jednotku 1, přijímací jednotku 2, dále mezi nimi prostřednictvím optických vláken připojený optovláknový senzor.The device for monitoring a fetus of a pregnant woman comprises an interferometer and a signal processing unit 3, wherein the interferometer further comprises a transmitting unit 1, a receiving unit 2, and an optical fiber sensor connected thereto by means of optical fibers.
-6CZ 307183 B6-6GB 307183 B6
Vysílací jednotka i obsahuje zdroj 7 záření, ve výhodném provedení i optovláknový izolátor 14, a je napojena na optická vlákna optovláknového senzoru.The transmitting unit 1 comprises a radiation source 7, preferably a fiber optic insulator 14, and is connected to the optical fibers of the fiber optic sensor.
Vhodným zdrojem 7 záření ve vysílací jednotce i optovláknového interferometru dle tohoto vynálezu je úzko-spektrální laser, který má dostatečnou koherenci pro vznik interference. Lze ale použít jakýkoliv jiný vhodný zdroj záření, například širokospektrální LED s opravnými prvky pro splnění podmínky koherence pro použitá jednovidová vlákna (standardní G.652.D jednovidová vlákna mají pracovní vlnovou délku v oblasti 1280 až 1625 nm), tento zdroj však není ekonomicky výhodnější.A suitable radiation source 7 in both the transmitter unit and the fiber optic interferometer of the present invention is a narrow-spectrum laser having sufficient coherence to produce interference. However, any other suitable radiation source may be used, for example, a wide-spectrum LED with correction elements to meet the coherence condition for the single-mode fibers used (standard G.652.D single-mode fibers have a working wavelength in the region of 1280 to 1625 nm). .
Optovláknový senzor je tvořen optickými vlákny, primárním vazebním prostředkem 9, alespoň jedním vazebním členem 8, ve kterém dochází k rozdělení signálu do dvou optických tras obsahujících smyčku optických vláken, volitelně dle typu uspořádání může obsahovat sekundární vazební prostředek 10, ve výhodném provedení níže popsaného Michelsonova interferometru může obsahovat i alespoň jeden reflexní prvek 11. Jedna tzv. měřicí trasa prochází měřicí smyčkou 4, druhá tzv. referenční trasa prochází referenční smyčkou 5. Tyto trasy jsou ve vazebním členu 8 rozděleny a dle typu interferometru mohou být signályThe fiber optic sensor is comprised of optical fibers, a primary coupling means 9, at least one coupler 8 in which the signal is divided into two optical paths comprising a fiber optic loop, optionally comprising a secondary coupling means 10, preferably Michelson described below The interferometer may also contain at least one reflective element 11. One so-called measuring path passes through the measuring loop 4, the other the so-called reference path passes through the reference loop 5. These paths are divided in the coupler 8 and depending on the interferometer type
a) vedeny po dvojici separátních optických vláken do druhého vazebního členu 8 (MachZehnderův interferometr, viz obr. 1), neboa) conducted in pairs of separate optical fibers to a second coupler 8 (MachZehnder interferometer, see Fig. 1), or
b) vedeny po dvojici separátních optických vláken a po odrazu od reflexního prvku 11 na konci těchto optických vláken vráceny (Michelsonův interferometr, viz obr. 2) do stejného bodu a opět projdou vazebním členem 8 (jediný vazební člen) nebob) guided by a pair of separate optical fibers and, after reflection from the reflective element 11, returned at the end of the optical fibers (Michelson interferometer, see Fig. 2) to the same point and again pass through the coupler 8 (single coupler);
c) vedeny po okruhu jednoho vlákna s optickou smyčkou (Sagnacův interferometr, viz obr. 3), kde první - měřicí trasa je zahájena v jednom směru a druhá - referenční trasa je zahájena v protisměru stejného okruhu, přičemž po navrácení signálu do stejného místa a po druhém průchodu signálu vazebním členem 8 (jediný vazební člen) jsou oba signály dále přivedeny optickými vlákny k přijímací jednotce 2 s fotodetektorem 6.(c) run along a fiber-optic loop circuit (Sagnac interferometer, see Figure 3), where the first measurement path is started in one direction and the second reference path is started in the opposite direction of the same circuit, after returning the signal to the same location; after the second pass of the signal through the coupler 8 (a single coupler), both signals are further fed to the receiver unit 2 with the photodetector 6 by optical fibers.
Na optická vlákna optovláknového senzoru je napojena přijímací jednotka 2, kde je signál přijat fotodetektorem 6, na ní navazuje jednotka 3 pro zpracování signálu, v níž je analogový signál převeden A/D převodníkem 12 na digitální signál a ten je dále zpracován v digitálním signálním procesoru 13 a zobrazen na zobrazovací jednotce, například na monitoru, tiskem v tiskárně apod.The optical fibers of the fiber optic sensor are connected to a receiving unit 2 where the signal is received by a photodetector 6, followed by a signal processing unit 3 in which the analog signal is converted by an A / D converter 12 to a digital signal and processed in a digital signal processor. 13 and displayed on a display, such as a monitor, printing in a printer, and the like.
Existuje více variant fyzického umístění jednotlivých komponent vynálezu, některé varianty jsou uvedeny v následujících příkladných provedeních, která však nemají z hlediska vynálezu omezující vliv. V prvním příkladném kompaktním provedení je vysílací jednotka J_, přijímací jednotka 2 a jednotka 3 pro zpracování signálu integrována v jedné skříňce. Ve druhém příkladném provedení je v první skříňce integrován digitální signálový procesor 13 a ve druhé skříňce jsou integrovány vysílací jednotka i, přijímací jednotka 2 a A/D převodník 12. Externě k této skříňce z prvního příkladného provedení nebo ke dvěma skříňkám z druhého příkladného provedení je připojen pomocí přívodních a odvodních optických vláken senzor zafixovaný v jednom primárním vazebním prostředku 9 nebo dvou vazebních prostředcích 9, J_0, kde ve vazebním prostředku či ve dvou vazebních prostředcích jsou zafixovány měřicí smyčka 4, referenční smyčka 5 i vazební člen/y 8.There are several variants of the physical location of the individual components of the invention, some of which are shown in the following exemplary embodiments, but they do not have a limiting effect on the invention. In a first exemplary compact embodiment, the transmitting unit 1, the receiving unit 2 and the signal processing unit 3 are integrated in one housing. In the second exemplary embodiment, a digital signal processor 13 is integrated in the first housing, and in the second housing the transmitting unit 1, the receiving unit 2 and the A / D converter 12 are integrated. Externally to the housing of the first embodiment or the two housings of the second embodiment The sensor is fixed in one primary coupling means 9 or two coupling means 9, 10 where the measuring loop 4, the reference loop 5 and the coupler (s) 8 are fixed in the coupling means or in the two coupling means.
Ve třetím příkladném provedení je vysílací jednotka i, přijímací jednotka 2 a jednotka 3 pro zpracování signálu integrována v jedné skříňce. Ve druhé skříňce připojené přívodním optickým vláknem se světlem a výstupním optickým vláknem je/jsou umístěn/y vazební člen/y 8 a referenční smyčka 5. Externě ke druhé skříňce je připojen primární vazební prostředek 9 s měřicí smyčkou 4.In a third exemplary embodiment, the transmitting unit 1, the receiving unit 2 and the signal processing unit 3 are integrated in one housing. The coupler (s) 8 and the reference loop (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) are / are located in the second housing coupled to the light source and the optical output (s).
- 7 CZ 307183 B6- 7 GB 307183 B6
Měřicí trasa pro optický signál vedený po optických vláknech optovláknového senzoru v úseku mezi dvěma vazebními členy 8 (Mach-Zehnderův interferometr) nebo mezi prvním a druhým průchodem jediným vazebním členem 8 (Michelsonův či Sagnacův interferometr) definuje úsek optických vláken měřicí trasy s měřicí smyčkou 4, jehož alespoň část je zafixována v primárním vazebním prostředku 9, kde vazební prostředek je tvořen elastomerem, například na bázi polydimethylsiloxanu, do něhož je optické vlákno zafixováno, například zalitím ve formě určitého tvaru a vytvrzením. V příkladném provedení je tato část měřicí trasy s měřicí smyčkou 4, která je zafixována v primárním vazebním prostředku 9 určena pro kontakt a připevnění na tělo gravidní ženy v oblasti břišní, tj. poblíž plodu a tato část senzoru může být jinými slovy označena jako kontaktní měřicí sonda.The measuring path for the optical signal routed over the optical fibers of the fiber optic sensor in the section between two couplers 8 (Mach-Zehnder interferometer) or between the first and second pass through a single coupler 8 (Michelson or Sagnac interferometer) at least a portion of which is fixed in the primary bonding means 9, wherein the binding means is an elastomer, for example based on polydimethylsiloxane, into which the optical fiber is fixed, for example by embedding in a certain shape and curing. In the exemplary embodiment, this portion of the measuring loop with the measuring loop 4, which is fixed in the primary coupling means 9, is intended to contact and attach to the body of the pregnant woman in the abdominal area, i.e. near the fetus. probe.
Obdobně referenční trasa v úseku mezi dvěma vazebními členy 8 nebo mezi prvním a druhým průchodem vazebním členem 8 definuje úsek optických vláken referenční trasy s referenční smyčkou 5, který má v jednom příkladném provedení alespoň část zafixovánu v sekundárním vazebním prostředku 10, kde vazební prostředek je tvořen elastomerem, například na bázi polydimethylsiloxanu, do něhož je optické vlákno zafixováno, například zalitím ve formě určitého tvaru a vytvrzením. V takovém případě lze použít pro tuto část senzoru označení kontaktní referenční sonda.Similarly, the reference path in the section between the two couplers 8 or between the first and second passages of the coupler 8 defines a fiber optic section of the reference path with a reference loop 5 having, in one exemplary embodiment, at least a part fixed in the secondary coupler 10. an elastomer, for example based on polydimethylsiloxane, into which the optical fiber is fixed, for example by embedding in the form of a certain shape and curing. In this case, the contact reference probe can be used for this part of the sensor.
V úvahu přichází následující základní možnosti snímání mechanických/akustických tělesných signálů:The following basic possibilities of sensing mechanical / acoustic body signals are possible:
a) Pokud je referenční trasa s referenční smyčkou 5 tvořená pouze optickým vláknem bez fixace v elastomeru (v případě Mach-Zehnderova či Michelsonova interferometru), je integrována do skříňky zmíněné výše. V takovém případě lze tuto část senzoru označit jako nekontaktní referenční sonda.a) If the reference line with reference loop 5 is made up only of optical fiber without fixation in the elastomer (in the case of Mach-Zehnder or Michelson interferometer), it is integrated into the box mentioned above. In this case, this part of the sensor can be referred to as a non-contact reference probe.
b) Nebo v dalším příkladném provedení je alespoň část referenční smyčky 5 zafixována v primárním vazebním prostředku 9 (v případě Sagnacova interferometru) a je určena pouze pro kontakt s oblastí břišní (poblíž plodu) pomocí jednoho vazebního prostředku. Optovláknový senzor pak neobsahuje sekundární vazební prostředek JO a v kontaktu s tělem je pouze primární vazební prostředek 9, kde referenční smyčka 5 je zároveň měřicí smyčkoub) Or, in another exemplary embodiment, at least a portion of the reference loop 5 is fixed in the primary binding means 9 (in the case of a Sagnac interferometer) and is intended only for contact with the abdominal region (near the fetus) by a single binding means. The fiber optic sensor then does not contain the secondary coupling means 10 and only the primary coupling means 9 is in contact with the body, where the reference loop 5 is also the measuring loop
4.4.
c) Další variantou v jiném příkladném uskutečnění je, že jsou pro kontakt s tělem použity dva vazební prostředky, což je možné pouze u Mach-Zehnderova a Michelsonova interferometru, přičemž v sekundárním vazebním prostředku 10 je umístěna alespoň část referenční smyčky 5 (kontaktní referenční sonda) a v primárním vazebním prostředku 9 je umístěna alespoň část měřicí smyčky 4 (kontaktní měřicí sonda) a každý z těchto prostředků je určen pro jiné umístění při kontaktu s tělem (např. měřicí smyčka v oblasti břišní a referenční smyčka v oblasti hrudní) pro rozdílové měření, což je vhodné pro zesílení signálu při snímání vitálních funkcí plodu v rané fázi těhotenství, čímž se výrazně zvýší výkon systému a citlivost měření aje možné analyzovat dvě a více veličin, například dech gravidní ženy, srdeční pulz gravidní ženy a srdeční pulz plodu, z jednoho signálu.c) Another variant in another exemplary embodiment is that two coupling means are used for contact with the body, which is only possible with a Mach-Zehnder and Michelson interferometer, wherein at least a portion of the reference loop 5 (contact reference probe) is located in the secondary coupling 10. ) and at least a portion of the measuring loop 4 (contact measuring probe) is located in the primary coupling means 9 and each of these means is intended for a different location in contact with the body (e.g., abdominal and reference chest loop) measurement, which is useful for amplifying the signal when sensing fetal vital signs early in pregnancy, which significantly increases system performance and sensitivity of measurement and it is possible to analyze two or more variables, such as pregnant woman's breath, pregnant woman's heart rate and fetal heart rate, one signal.
Senzor a vazební prostředky se smyčkami jsou neinvazivní (neintrusivní), tedy jsou v kontaktu s vnější částí těla, tj. neprovádí se jejich průnik dovnitř těla gravidní ženy.The sensor and loop fasteners are non-invasive (non-intrusive), ie they are in contact with the outside of the body, ie they do not penetrate into the body of a pregnant woman.
Dělicí poměr vazebního členu 8 má vliv na kvalitu interference. V ideálním případě se skládá světlo se stejnou intenzitou, tj. při destruktivní interferenci je intenzita signálů rovna nule a při konstruktivní je maximální. Vazební člen 8 má proto ve výhodném provedení rovnoměrný dělicí poměr.The splitting ratio of the coupler 8 affects the quality of the interference. Ideally, the light is composed with the same intensity, ie, with destructive interference, the intensity of the signals is equal to zero and at the constructive maximum. Therefore, in the preferred embodiment, the coupling member 8 has a uniform separation ratio.
Délka optických vláken, respektive vzdálenost osoby, na níž je měřicí část senzoru umístěna, od skříňky s vysílací jednotkou 1 a přijímací jednotkou 2 atd. je omezena pouze maximální možnouThe length of the optical fibers, respectively the distance of the person on which the measuring part of the sensor is placed, from the box with the transmitting unit 1 and the receiving unit 2 etc. is limited only by the maximum possible
- 8 CZ 307183 B6 použitelnou délkou optických vláken. V příkladném provedení jsou použita jednovidová křemenná vlákna. Lze však využít i jiné typy optických vláken, například polarizaci zachovávající optická vlákna, vlákna se dvěma a více jádry, plastová jednovidová optická vlákna, pokud jsou vhodná pro pracovní vlnovou délku.Optical fiber length. In the exemplary embodiment, single-mode quartz fibers are used. However, other types of optical fibers may also be used, such as polarization-preserving optical fibers, dual-core and multi-core fibers, plastic single-mode optical fibers, as long as they are suitable for the working wavelength.
Primární vazební prostředek 9 a sekundární vazební prostředek H) jsou tělesa určitého tvaru, s tvarem podstavy například obdélníku, čtverce, pásu, kruhu, oválu, prstence, případně můžou nabývat i jiných tvarů. S výhodou mají vazební prostředky obsah podstavy 15 až 2500 cm2, výšku 2 až 10 mm, hmotnost 30 až 300 g. Pro zvýšení pravděpodobnosti zachycení signálu je vhodné pokrýt širší oblast, tj. cílem vynálezu není bodové snímání. Shora jsou rozměry vazebního prostředku omezeny cenou, maximální možnou délkou optických vláken a praktičností použití dle tvaru a rozmezí rozměrů jakých může nabývat lidské tělo. Principiálně lze vazební prostředky vyrábět ve více rozměrech, s menším rozměrem, např. pro pokrytí měřené oblasti u menších osob a pro měření na menším prostoru, např. na boku těla gravidní ženy, nebo ve větším rozměru, např. pro pokrytí zvětšené břišní oblasti v předporodní fázi gravidity. Dalším důležitým parametrem uvedených vazebních prostředků je dostatečná hmotnost/objem pro potřebnou adhezi/přídržnost na kůži. V příkladném provedení má vazební prostředek tvar dutého válce s výškou 5 mm, o podstavě tvaru prstence s vnějším průměrem 160 mm a vnitřním průměrem 100 mm, s hmotností 75 g a toto provedení bylo zvoleno pro univerzální použití. Nebo v jiném příkladném provedení má vazební prostředek tvar válce o výšce 5 mm s kruhovou podstavou o průměru 300 mm a hmotnosti 300 g.The primary coupling means 9 and the secondary coupling means 11 are bodies of a certain shape, with the shape of a base such as a rectangle, square, strip, circle, oval, ring or possibly other shapes. Preferably, the binding means have a base content of 15 to 2500 cm 2 , a height of 2 to 10 mm, a weight of 30 to 300 g. In order to increase the probability of signal capture it is advisable to cover a wider area, i.e. From above, the dimensions of the binding means are limited by the price, the maximum possible length of the optical fibers, and the practicality of use according to the shape and range of dimensions that the human body can assume. In principle, the coupling means can be manufactured in multiple dimensions, with a smaller dimension, eg to cover the measured area for smaller persons and for measurements in a smaller space, eg on the side of a pregnant woman, or to a larger dimension, eg to cover an enlarged abdominal area prenatal phase of pregnancy. Another important parameter of said binding means is sufficient weight / volume for the required adhesion / adhesion to the skin. In an exemplary embodiment, the binding means has the shape of a hollow cylinder having a height of 5 mm, a ring-shaped base with an outer diameter of 160 mm and an inner diameter of 100 mm, weighing 75 g and this embodiment has been chosen for universal use. Alternatively, in another exemplary embodiment, the binding means has the shape of a cylinder having a height of 5 mm with a circular base having a diameter of 300 mm and a weight of 300 g.
Pro získání kvalitních výsledků měření je nutné vazební prostředek dostatečně připevnit k povrchu těla, například ke kůži v břišní oblasti, a zajistit co nejlepší přenos akustické vlny či vibrací ze snímané oblasti. Vazební prostředek je vyroben z vhodného materiálu, který zajišťuje snadné přilnutí části senzoru na tělo, bez nutnosti externích upevňovacích elementů. Vhodnými materiály jsou elastomery, které se po podstatné deformaci malým napětím a uvolněním tohoto napětí při pokojové teplotě rychle vrací k přibližně původním rozměrům a tvaru, lze použít elastomery jako například polysulfidové hmoty, polyesterové hmoty, polykondenzační silikony, polyadiční silikony, vinylové silikony, které však zároveň musí být vhodné pro zdravotnictví. V příkladném provedení je vazební prostředek tvořen materiálem na bázi polydimethylsiloxanu (PDMS, ze skupiny polykondenzačních silikonů), z čehož plynou následující výhody. Sonda je zdravotně nezávadná, inertní, netoxická, nehořlavá, omyvatelná, opakovatelně použitelná a její pružnost a poddajnost umožňuje dobře kopírovat tvar povrchu lidského těla a přilnout k němu. Lze ale použít jakýkoliv jiný elastomer či materiál splňující uvedené vlastnosti a mající dobrou adhezi ke kůži, jehož výrobní podmínky pro zafixování sondy obdobným způsobem neumožňují přístup vzduchu k sondě a složení elastomerů neohrožuje funkčnost sondy.In order to obtain good measurement results, the coupler must be sufficiently attached to the body surface, such as the skin in the abdominal area, to ensure the best possible transmission of acoustic waves or vibrations from the sensed area. The binding means is made of a suitable material that ensures that a portion of the sensor can easily adhere to the body without the need for external fastening elements. Suitable materials are elastomers which, following substantial deformation by low stresses and releasing this stress at room temperature, quickly return to approximately their original dimensions and shape. Elastomers such as polysulfide masses, polyester masses, polycondensation silicones, polyaddition silicones, vinyl silicones can be used. it must also be suitable for health care. In an exemplary embodiment, the binding agent is a polydimethylsiloxane based material (PDMS, from the group of polycondensation silicones), with the following advantages. The probe is non-toxic, inert, non-toxic, non-flammable, washable, reusable, and its resilience and flexibility allows it to follow the shape of the human body and adhere to it. However, any other elastomer or material meeting said properties and having good adhesion to the skin may be used whose manufacturing conditions for fixing the probe similarly do not allow air access to the probe and the elastomer composition does not compromise the functionality of the probe.
Ke zvýšení účinnosti signálu a zamezení útlumu přenosu vibrací či akustických vln je nutné předejít vzniku vzduchových bublin mezi snímaným povrchem (např. povrchem břišní oblasti) a vazebním prostředkem. Samotný pevný vazební prostředek je dostatečně přilnavý, případně je nutné vytlačit vzduch vniklý mezi kontaktní povrchy, nicméně pro zvýšení kvality přenosu akustického/vibračního/mechanického signálu a přídržnosti vazebního prostředku na těle je vhodné před aplikací na tělo vazební prostředek opatřit vazební hmotou ze strany kontaktu s tělem. Vazební hmota je nejlépe roztíratelná a může být například na bázi gelu (např. sonogel), na bázi tuku (např. vazelína, olej), plastelína, atd. nebo lze použít různé vazební hmoty v kombinaci. V jednom příkladu uskutečnění je optické vlákno měřicí smyčky 4 při výrobě zalito do elastomerů PDMS, čímž je vytvořen primární vazební prostředek 9, který je před aplikací na tělo opatřen vrstvou sonogelu.In order to increase signal efficiency and to prevent damping of the transmission of vibrations or acoustic waves, it is necessary to prevent the formation of air bubbles between the sensed surface (eg the abdominal area) and the coupling device. The rigid bonding agent itself is sufficiently adherent, or it is necessary to push out air penetrated between the contact surfaces, however, in order to improve the transmission quality of the acoustic / vibration / mechanical signal and the bonding strength of the bonding agent to the body, the body. The binder is preferably spreadable and may be, for example, gel-based (e.g., sonogel), fat-based (e.g., petrolatum, oil), plasticine, etc., or various binding compositions may be used in combination. In one embodiment, the optical fiber of the measuring loop 4 is fabricated into PDMS elastomers during manufacture, thereby forming a primary coupling means 9 which is coated with a sonogel prior to application to the body.
Princip monitorování vibrací/akustických signálů těla využívá známých zapojení optovláknových interferometrů.The principle of vibration / acoustic signal monitoring of the body utilizes the known connections of fiber optic interferometers.
V preferovaném příkladu uskutečnění, jak je znázorněno na obr. 1, obsahuje optický interferometr typu Mach-Zehnder jednovidová optická vlákna, vazební člen 8 typu 1x2 proIn a preferred embodiment, as shown in Fig. 1, the Mach-Zehnder optical interferometer comprises single mode optical fibers, a 1x2-type coupler 8 for
-9CZ 307183 B6 rozdělení na trasu měřicí a referenční, vazební člen typu 3x 3pro sloučení uvedených tras, což umožňuje zkonstruování pasivního senzoru a pasivní demodulaci signálu interferometru. Vazební členy 8 mají rovnoměrný dělicí poměr 50:50, resp. přibližně 33:33:33. Laserový zdroj 7 záření s výkonem od -30 dBm do+15dBm, který je uložený ve vysílací jednotce I, emituje elektromagnetické záření o vlnových délkách 1280 až 1625 nm, které je přenášeno jednovidovými optickými křemennými vlákny. Optické vlákno s měřicí smyčkou 4 a optické vlákno s referenční smyčkou 5 mají každé délku přibližně 8 m, přičemž délka přibližně 2,5 m optického vlákna s měřicí smyčkou 4 je zafixována v primárním vazebním prostředku 9 a délka přibližně 2 m optického vlákna s referenční smyčkou 5 je zafixována v sekundárním vazebním prostředku 10. Rozdíl délek optických vláken (v měřicí a referenční smyčce) ve výhodném provedení v případě demodulace signálu více fotodetektory 6 s typicky 3x 3 (nebo 4x 4) vazebním členem 8 je menší než koherentní délka zdroje 7 záření. Fotodetektory 6 jsou vyrobené z polovodičových materiálů (např. InGaAs, Ge) citlivých na pracovní vlnové délky v provedení PIN (fotodioda s PN přechodem a s intrinzítní mezivrstvou zapojena v závěrném směru ve fotovodivostním režimu) nebo APD (lavinová fotodioda, vhodná pro slabé signály). K interferometru je připojen standardní A/D převodník 12 pro digitální signálový procesor 13 s minimální vzorkovací frekvencí 10 kS/s.-9EN 307183 B6 Measurement and reference path splitter, 3x 3 coupler for combining the paths, allowing passive sensor design and passive demodulation of the interferometer signal. The couplers 8 have a uniform split ratio of 50:50 resp. approximately 33:33:33. The laser radiation source 7 with the power of -30 dBm to + 15dBm, which is stored in the transmitting unit I, emits electromagnetic radiation with wavelengths 1280 to 1625 nm, which is transmitted by single-mode optical quartz fibers. The measuring loop 4 and the reference loop 5 each have a length of approximately 8 m, with a length of approximately 2.5 m of the measuring loop 4 being fixed in the primary coupling means 9 and a length of approximately 2 m of the reference loop optical fiber 5 is fixed in the secondary coupling means 10. The difference in optical fiber lengths (in the measuring and reference loop) preferably in the case of signal demodulation by multiple photodetectors 6 with typically 3x 3 (or 4x 4) coupler 8 is less than the coherent length of radiation source 7 . Photodetectors 6 are made of semiconductor materials (eg, InGaAs, Ge) sensitive to working wavelengths in the PIN design (photodiode with PN junction and intrinsic interlayer interconnected in the reverse direction in the photoconductivity mode) or APD (avalanche photodiode, suitable for weak signals). A standard A / D converter 12 for a digital signal processor 13 with a minimum sampling rate of 10 kS / s is connected to the interferometer.
V dalším příkladném uskutečnění, znázorněném na obr. 2a, obsahuje optický interferometr typu Michelson jednovidová optická vlákna a vazební člen 8 (typu 3x 3). Ve vazebním členu 8 3x 3dochází k rozdělení i sloučení výše uvedených tras (měřicí a referenční). Vazební člen 8 má rovnoměrný dělicí poměr. Laserový zdroj 7 záření s výkonem od -30 dBm do +15 dBm, který je uložený ve vysílací jednotce!, emituje elektromagnetické záření o vlnových délkách 1280 až 1625 nm, které je přenášeno jednovidovými optickými křemennými vlákny. Vysílací jednotka 1 je na třetí výstup vazebního členu 8 napojena přes v ní zabudovaný nebo k ní externě připojený optovláknový izolátor 14, který chrání zdroj 7 záření proti odrazu. Optické vlákno s měřicí smyčkou 4 a optické vlákno s referenční smyčkou 5 mají každé přibližně stejnou délku 10 m a každé je zakončeno reflexním prvkem 11. Délka přibližně 3 m optického vlákna s měřicí smyčkou 4 je zafixována v primárním vazebním prostředku 9 a délka přibližně 3 m optického vlákna s referenční smyčkou 5 je zafixována v sekundárním vazebním prostředku 10. Reflexním prvkem 11, nejlépe s maximální odrazivosti, může být například Faradayovo zrcadlo, Braggovská mřížka nebo zlomené vlákno. Fotodetektory 6 jsou vyrobeny z polovodičových materiálů citlivých na pracovní vlnové délky (např. InGaAs, Ge) v provedení PIN nebo APD. K interferometru je připojen standardní A/D převodník 12 pro digitální signálový procesor 13 s minimální vzorkovací frekvencí lOkS/s. Na obr. 2b je znázorněno další možné provedení vynálezu s Michelsonovým interferometrem sjedním vazebním členem 8 2x2 a jedním fotodetektorem 6.In another exemplary embodiment shown in Fig. 2a, the Michelson optical interferometer comprises single mode optical fibers and a coupler 8 (3x 3 type). In the coupler 8 3x 3d, the above-mentioned paths (measuring and reference) are split and merged. The coupling member 8 has a uniform separation ratio. The laser radiation source 7 with the power of -30 dBm to +15 dBm, which is stored in the transmitting unit 1, emits electromagnetic radiation of wavelengths 1280 to 1625 nm, which is transmitted by single-mode optical quartz fibers. The transmitting unit 1 is connected to the third output of the coupler 8 via a built-in or externally connected fiber optic insulator 14, which protects the radiation source 7 against reflection. The optical fiber with the measuring loop 4 and the optical fiber with the reference loop 5 each have approximately the same length of 10 m and each terminate in a reflective element 11. A length of approximately 3 m optical fiber with the measuring loop 4 is fixed in the primary coupling means 9 and a length of approximately 3 m The reflective element 11, preferably of maximum reflectivity, may be, for example, a Faraday mirror, a Bragg grating or a broken fiber. Photodetectors 6 are made of semiconductor materials sensitive to working wavelengths (eg InGaAs, Ge) in PIN or APD design. A standard A / D converter 12 for a digital signal processor 13 with a minimum sampling rate of 10 kS / s is connected to the interferometer. Fig. 2b shows another possible embodiment of the invention with a Michelson interferometer with one 2x2 coupler 8 and one photodetector 6.
V jiném příkladném uskutečnění, jak je znázorněno na obr. 3a, obsahuje optický interferometr typu Sagnac jednovidová optická vlákna a jeden vazební člen 8 (typu 3x3). Vazební člen 8 má rovnoměrný dělicí poměr. Laserový zdroj 7 záření s výkonem od - 30 dBm do +15 dBm, který je uložený ve vysílací jednotce!, emituje elektromagnetické záření o vlnových délkách 1280 až 1625 nm, které je přenášeno jednovidovými optickými křemennými vlákny. Vysílací jednotka ! je na třetí výstup vazebního členu 8 3x 3napojena přes v ní zabudovaný nebo k ní externě připojený optovláknový izolátor 14, chránící laser proti odrazu. Optovláknový senzor obsahuje jediné optické vlákno o délce 0,1 až 10 km, příkladně 1 km, uspořádané do jedné smyčky, která je současně měřicí smyčkou 4 i referenční smyčkou 5, přičemž měřicí trasa ve smyčce má opačný směr než referenční trasa ve stejné smyčce, a pro rozdělení i sloučení uvedených tras je v průsečíku optických vláken smyčky umístěn jeden vazební člen 8 3x3. Citlivost senzoru lineárně roste s délkou úseku optického vlákna zafixovaného v primárním vazebním prostředku 9, v příkladném provedení byl celý úsek 1 km optického vlákna i vazební člen 8 3x 3zafixován v primárním vazebním prostředku 9. Fotodetektory 6 jsou vyrobeny z polovodičových materiálů (např. InGaAs, Ge) citlivých na pracovní vlnové délky v provedení PIN nebo APD. K interferometru je připojen standardní A/D převodník 12 pro digitální signálový procesor 13In another exemplary embodiment, as shown in Figure 3a, the Sagnac-type optical interferometer comprises single mode optical fibers and one coupler 8 (type 3x3). The coupling member 8 has a uniform separation ratio. The laser radiation source 7, with power ranging from -30 dBm to +15 dBm stored in the transmitter unit, emits electromagnetic radiation at wavelengths of 1280 to 1625 nm, which is transmitted by single-mode optical quartz fibers. Transmitting unit! is connected to the third output of the coupler 8 3x 3 via a built-in or externally connected fiber optic insulator 14, protecting the laser against reflection. The fiber optic sensor comprises a single optical fiber of 0.1 to 10 km, for example 1 km, arranged in a single loop, which is both the measuring loop 4 and the reference loop 5, the measuring path in the loop having the opposite direction to the reference path in the same loop. and for splitting and merging said paths, one coupler 8 3x3 is positioned at the intersection of the optical fibers of the loop. The sensitivity of the sensor increases linearly with the length of the optical fiber section fixed in the primary coupling means 9, in the exemplary embodiment, the entire 1 km optical fiber section and the coupler 8 were 3x fixed in the primary coupling means 9. The photodetectors 6 are made of semiconductor materials. Ge) sensitive to working wavelengths in PIN or APD design. A standard A / D converter 12 for the digital signal processor 13 is connected to the interferometer
- 10CZ 307183 B6 s minimální vzorkovací frekvencí 10 kS/s. Na obr. 3b je znázorněno možné provedení vynálezu s Sagnacovým interferometrem s jedním vazebním členem 8 2x 2 a jedním fotodetektorem 6.- 10GB 307183 B6 with a minimum sampling rate of 10 kS / s. Fig. 3b shows a possible embodiment of the invention with a Sagnac interferometer with one coupler 8 2x 2 and one photodetector 6.
A/D převodník 12 má konečnou rychlost vzorkování, která ovlivňuje např. maximální rychlost/frekvenci fázové změny, kterou lze sledovat. Správná hodnota vzorkovací frekvence je důležitá pro nezkreslené snímání analogového signálu z fotodiod. Pro zařízení dle vynálezu je dostatečná vzorkovací frekvence 10 až 20 kS/s. Rozlišení A/D převodníku 12 je typicky 16 nebo 24 bit, vyšší rozlišení umožňuje měřit slabší signály, tj. např. životní funkce plodu v ranějším stádiu vývoje.The A / D converter 12 has a finite sampling rate that affects, for example, the maximum rate / phase change rate that can be monitored. The correct sampling rate is important for undistorted sensing of the analog signal from the photodiodes. A sampling frequency of 10 to 20 kS / s is sufficient for the device according to the invention. The resolution of the A / D converter 12 is typically 16 or 24 bit, a higher resolution allows to measure weaker signals, ie, the fetal life function at an earlier stage of development.
Ačkoli je zařízení dle vynálezu určeno především pro monitorování vitálních funkcí plodu gravidní ženy, snímáním akustických vln/vibrací pomocí optovláknového senzoru dle vynálezu lze monitorovat řadu tělesných životních funkcí doprovázených mechanickou/akustickou činností. Například u dělohy a plodu lze monitorovat plodovou tepovou frekvenci (FHR) při mechanické činnosti srdce plodu, pohyb plodu v děloze, děložní kontrakce, a další funkce. Souběžně lze monitorovat i životní funkce gravidní ženy, jako např. dech, tepovou frekvenci a krevní tlak a další tělesné ukazatele u gravidních žen. V příkladném provedení probíhá základní měření vitálních funkcí plodu a gravidní ženy v polohách vsedě nebo vleže v prostředí ordinace, nemocničního pokoje, porodního sálu nebo i doma.Although the device according to the invention is primarily intended for monitoring the fetal vital signs of a pregnant woman, by sensing acoustic waves / vibrations using the fiber optic sensor according to the invention, a number of bodily vital functions accompanied by mechanical / acoustic activity can be monitored. For example, in the uterus and fetus, fetal heart rate (FHR) can be monitored during fetal heart activity, fetal movement in the uterus, uterine contractions, and other functions. At the same time, the vital functions of a pregnant woman, such as breath, heart rate and blood pressure, and other body indicators in pregnant women can be monitored. In the exemplary embodiment, the basic measurement of the vital functions of the fetus and the pregnant woman is carried out in the sitting or lying positions in the office, hospital room, delivery room or even at home.
Naměřená data jsou dále analyzována a interpretována. Tepová frekvence plodu FHR je v reálných podmínkách degradována množstvím nežádoucích složek. Obecně známý princip použití adaptivních metod je zde nově použit i pro analyzovaná data z interferometrického měření dle tohoto vynálezu. Díky použití adaptivních metod zpracování naměřených signálů, které počítají s tím, že prostředí, ve kterém filtr pracuje, se časem mění, proto jsou zaznamenány změny podmínek a upraveny koeficienty filtru v závislost na měnícím se okolí, je možné tyto nežádoucí složky odfiltrovat, například lze odfiltrovat superponování silnějšího tepu matky MHR (aby nekontaminovalo FHR), technických artefaktů a biologických artefaktů (pohybové artefakty, děložní kontrakce) a měřit tak tepovou frekvenci plodu v reálných podmínkách.The measured data are further analyzed and interpreted. The FHR heart rate is degraded by a number of undesirable components under real conditions. The generally known principle of using adaptive methods is newly applied here also for analyzed data from interferometric measurements according to the invention. By using adaptive measurement signal processing methods that allow the environment in which the filter operates to change over time, so changes in conditions are recorded and the filter coefficients are adjusted depending on the changing environment, these unwanted components can be filtered out, for example filter out superimposing of a stronger MHR heart rate (to avoid contamination of FHR), technical artifacts and biological artifacts (movement artifacts, uterine contractions) to measure fetal heart rate in real conditions.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Vynález je prvotně určen pro monitorování vitálních funkcí plodu, případně dalších mechanických/akustických projevů, například Činnosti dělohy obsahující plod nebo životních funkcí gravidní ženy. Do budoucna lze počítat i s aplikací pro veterinární účely. Dále lze provést modifikace v navrženém systému pro monitorování srdeční činnosti plodu, stahů dělohy v předporodním období těhotenství, případně pro získání zvukového záznamu činnosti srdce, například k monitorování činnosti srdečních síní, chlopní, dechu či ke sledování polohy plodu v děloze.The invention is primarily intended to monitor the fetal vital functions, possibly other mechanical / acoustic manifestations, for example, uterine activity containing the fetus or vital functions of a pregnant woman. In the future it is possible to count on the application for veterinary purposes. Furthermore, modifications can be made to the proposed system for monitoring fetal cardiac activity, uterine contractions during pre-term pregnancy, or to obtain a sound record of heart activity, for example, to monitor cardiac, valvular, breath, or fetal position in the uterus.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016-518A CZ2016518A3 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2016-518A CZ2016518A3 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ307183B6 true CZ307183B6 (en) | 2018-02-28 |
CZ2016518A3 CZ2016518A3 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=61249290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2016-518A CZ2016518A3 (en) | 2016-08-29 | 2016-08-29 | A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2016518A3 (en) |
Citations (1)
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 |
-
2016
- 2016-08-29 CZ CZ2016-518A patent/CZ2016518A3/en unknown
Patent Citations (1)
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 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Poeggel, S., et al: Sensors 2015, 15, 17115 – 17148 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2016518A3 (en) | 2018-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chethana et al. | Fiber bragg grating sensor based device for simultaneous measurement of respiratory and cardiac activities | |
US6498652B1 (en) | Fiber optic monitor using interferometry for detecting vital signs of a patient | |
Dziuda et al. | Monitoring respiration and cardiac activity using fiber Bragg grating-based sensor | |
US20170215736A1 (en) | Vital signs fiber optic sensor systems and methods | |
Li et al. | Wearable alignment-free microfiber-based sensor chip for precise vital signs monitoring and cardiovascular assessment | |
CN105796076B (en) | Optical fiber type continuous detection type blood pressure sensor and wearing device thereof | |
AU756142B2 (en) | Apparatus and method for measuring pulse transit time | |
Sharath et al. | Blood pressure evaluation using sphygmomanometry assisted by arterial pulse waveform detection by fiber Bragg grating pulse device | |
Pant et al. | A novel approach to acquire the arterial pulse by finger plethysmography using fiber Bragg grating sensor | |
Yu et al. | Non-invasive smart health monitoring system based on optical fiber interferometers | |
He et al. | Optical fiber sensors for heart rate monitoring: A review of mechanisms and applications | |
Padma et al. | Carotid arterial pulse waveform measurements using fiber Bragg grating pulse probe | |
US20150230730A1 (en) | Pulmonary plethysmography based on optical shape sensing | |
Leitão et al. | Optical fiber sensors for central arterial pressure monitoring | |
Sirkis et al. | Fiber sensor for non-contact estimation of vital bio-signs | |
Miyauchi et al. | Basic experiment of blood-pressure measurement which uses FBG sensors | |
Chen et al. | Non-invasive measurement of vital signs based on seven-core fiber interferometer | |
Kumar et al. | Fiber Bragg grating-based pulse monitoring device for real-time non-invasive blood pressure measurement—A feasibility study | |
Liang et al. | Wearable and multifunctional self-mixing microfiber sensor for human health monitoring | |
Nedoma et al. | Non-invasive fiber-optic biomedical sensor for basic vital sign monitoring | |
Allsop et al. | Cardiac-induced localized thoracic motion detected by a fiber optic sensing scheme | |
Umesh et al. | A brief overview of the recent bio-medical applications of fiber Bragg grating sensors | |
CZ307183B6 (en) | A device for monitoring vital functions of a pregnant woman's foetus | |
Hong et al. | Noninvasive detection of cardiovascular pulsations by optical Doppler techniques | |
CN108937850B (en) | OCT imaging system integrating optical fiber sensing and in-vivo multi-parameter measurement |