CZ308705B6 - Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření - Google Patents
Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308705B6 CZ308705B6 CZ2019762A CZ2019762A CZ308705B6 CZ 308705 B6 CZ308705 B6 CZ 308705B6 CZ 2019762 A CZ2019762 A CZ 2019762A CZ 2019762 A CZ2019762 A CZ 2019762A CZ 308705 B6 CZ308705 B6 CZ 308705B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- pneumatic
- measuring
- magnetic resonance
- human body
- monitoring
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000002802 cardiorespiratory effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 claims 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 abstract description 16
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009610 ballistocardiography Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000000718 qrs complex Methods 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- 238000010989 Bland-Altman Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 3
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 206010019233 Headaches Diseases 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 231100000869 headache Toxicity 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 1
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 1
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 206010015037 epilepsy Diseases 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000004217 heart function Effects 0.000 description 1
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 238000001646 magnetic resonance method Methods 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000034225 regulation of ventricular cardiomyocyte membrane depolarization Effects 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Measuring devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor or mobility of a limb
- A61B5/1102—Ballistocardiography
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích sestává z měřicího modulu (5) spojeného pneumatickým vedením (4) přes propojovací konektory (3) s nejméně jednou sadou pneumatického senzoru (2) společně s polstrováním podložky (19), tvrdou podložkou (18) a podložkou pro tlumení vibrací (17) tvořící kompletní systém měřicí podložky (1). Systém slouží ke kontinuálnímu monitorování kardiorespiračních projevů aktivity lidského těla pomocí balistokardiografie. Hlavní účel jeho použití je zejména při vyšetření magnetickou rezonancí, ale lze jej využít pro monitorování v prostředí CT (počítačová tomografie), rentgen, spánková laboratoř, JIP (jednotka intenzivní péče), lůžka pro dlouhodobě nemocné, hospici ale také monitoring novorozenců.
Description
Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření
Oblast techniky
Vynález se týká systému pro kontinuální monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla zejména uvnitř magneticky rezonančních prostředí. Systém také slouží ke kontinuálnímu monitorování balistických projevů srdce (Balistokardiografie) a respirační aktivity lidského těla i mimo prostředí magnetické rezonance.
Dosavadní stav techniky
Informace o magnetické rezonanci je možné získat z mnoha zdrojů, kdy na internetu například Wikipedia (https://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A1_rezonance) uvádí následující. Magnetická rezonance představuje zobrazovací techniku k zobrazení vnitřních orgánů těla v silném magnetickém poli,běžně se využívají přístroje 1 až 7 T, s využitím elektromagnetické-ho vlnění v řádech desítek až stovek MHz, nejčastěji se používá rezonanční frekvence pro vodík, která je v poli 1T 42,58 MHz. Vodík je v lidském těle nejpočetněji zastoupen a proto se právě používají frekvence podobné této.
Užitím gradientních magnetických polí v přesně definovaných okamžicích dochází dočasně a řízené ke změnám velikosti magnetického pole vyšetřovaných částí těla. Změřené frekvence indukovaného napětí jsou výpočtem převedeny na polohu v obraze a amplituda napětí je zobrazena na škále šedé. Různé úrovně šedé potom svědčí o různých vlastnostech měřených tkání. K interpretaci obrazů je používáno zejména sledování rozhraní, na kterých se mění intenzita signálu. Nevýhodou této metody je, že se při tomto typu zobrazení často vyskytují artefakty, které snižují kvalitu výsledného obrazu. Za zkreslením či vznikem artefaktů může být magnetohydrodynamický efekt, což je fyzický jev popisující pohyb vodivé kapaliny proudící pod vlivem vnějšího magnetického pole. U tohoto fenoménu je elektromagnetismus spojen s dynamikou. Tato vazbaje nevyhnutelná v případech, kdy se dotyčný materiál (v tomto případě krev) může chovat jako vodič a díky tomu má schopnost se měnit a být měněn vněj šími magnetickými poli v případě, kdy dochází k jeho relativnímu pohybu. Krevní plazma, která tvoří asi 60 % celkového objemu krve, obsahuje přibližně 10 % rozpuštěných látek, zejména iontů. Tyto ionty se pohybují uvnitř cév, kde na ně působí síla v důsledku přítomnosti vnějšího magnetického pole. Tato síla způsobí, že se ionty pohybují kolmo ke směru toku krve a kolmo na směr působení magnetického pole, což vede ke změně potenciálu uvnitř cév. Vznikají tak artefakty související s magnetickým polem, zvláště výrazné jsou při měření v magnetickém poli s vysokou intenzitou, kdy tak dochází ke zkreslení signálu EKG, což zabraňuje správné detekci R vlny a následné synchronizaci. Při použití intenzit polí vyšších, než 3T se vliv magnetohydro-dynamického účinku na signál zvyšuje a získání dostatečně kvalitního signálu pro MR triggering se stává obtížnějším, záznam EKG je prostorově i časově zkreslený, a to do té míry, že vlna R již nemusí být jasně identifikovatelná nebo může být zaměnitelná s dominantní T vlnou, jejíž napěťová úroveň může v extrémních případech přesahovat velikost R vlny až o 20 % (např. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18002339/ nebo https://www.mr-tip.com/servl.php?type=dbl&dbs=Magnetohydrodynamic%20Effect). Metodou magnetické rezonance je rovněž problematické vyšetřovat pohybující se vnitřní části těla (např. střevní kličky).
Další nevýhodou vyšetření prostřednictvím magnetické rezonance je jeho délka. Vyšetření na přístroji magnetické rezonance probíhá nejčastěji po dobu 10-30 minut a pacient po celou tuto dobu musí setrvat v klidu, což je u kojenců, malých dětí, starších osob nebo zraněných velký problém. Rovněž při snímání problematických orgánů nebo požadavku na vysoké rozlišení výsledného obrazu anebo výskytů artefaktů se může doba vyšetření prodlužovat a trvat i více než 45 minut.
- 1 CZ 308705 B6
Například má-li pacient velká tetování, pak pigmenty v kůži mohou interagovat se statickým magnetickým polem skeneru, protože tetovací inkousty obsahují mnoho těžkých kovů včetně oxidu titaničitého, olova, chrómu, niklu a oxidů železa a mohou tak způsobit, krom jiného i vznik artefaktů pň snímání na přístrojích magnetické rezonance, viz například https://docplayer.cz/12926373-Magneticka-rezonance-martin-sedlar-2011-sedlar-m-mail-municz.html nebo https://radiopaedia.org/cases/mri-artefact-tattooed-eyeliner. Kromě artefaktů, mohou při dlouhotrvajícím vyšetření, a v případě pacientů s velkým tetováním se tato pravdě-podobnost zvyšuje, vznikat i popáleniny, jak je uvedeno například v článku „Turning UP the heat on MRI“ (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2998395/).
Mezi nevýhody magnetické rezonance ovlivňující schopnost pacienta zůstat v klidu je rovněž její hlučnost, pacient je při takto prováděném vyšetření sice vybaven ucpávkami uší, nicméně pokud je vyšetření dlouhé, může tento déle trvající hluk vyvolat například bolest hlavy (viz příčiny vzniku bolestí hlavy - https://www.ikem.cz/cs/migrena/a-1996/ ) a zapříčinit tak samovolné pohyby pacienta po podložce a tím opět vznik artefaktů a tím pádem i nepřesností ve snímcích a vyšetření se tak prodlužuje.
Vzhledem k tomu, že je nutné pro tento typ vyšetření zachovávat dostatečný příjem tekutin (viz například „Příprava pacienta před MR vyšetřením“ - https://www.homolka.cz/naseoddeleni/11635-diagnosticky-program/l 1635-radiodiagnosticke-oddeleni-rdg/l 1780-nasesluzby/11782-magneticka-rezonance/priprava-pacienta-pred-mr-vysetrenim-l/, může velmi dlouhé měření ovlivnit hydrataci organismu a to zejména u malých dětí a starších osob.
Pro sledování vitálních funkcí lidského těla v magneticky rezonančních prostředích, respektive tepové a dechové frekvence, tedy konkrétních pohybů lidského těla, jsou dnes využívána speciální konvenční zařízení odolná vůči elektromagnetickému poli (EMI), která jsou velmi finančně nákladná.
Pro měření srdeční aktivity jsou užívány speciální elektrody a přístroje zvané elektrokardio-gramy. Tyto přístroje zaznamenávají elektrickou aktivitu srdce. V případě, že jsou užity v elektromagneticky zarušených prostředích, jako je například magnetická rezonance (MR) může docházet ke snížení jejich funkční spolehlivosti právě vlivem těchto silných magnetických polí, viz výše magnetohydrodynamický efekt. Pokud je pacient do takového magnetického pole umístěn, je často zaznamenáno zvýšení T-vlny EKG. Toto zvýšení může být tak výrazné, že se T-vlna ve skutečnosti stává větší než QRS-komplex (obecné označení pro depolarizaci komor). Tyto účinky na vlny T a R mohou být následkem chybného spuštění MR skeneru (prodlužuje se tak doba vyšetření), protože dochází k chybnému detekování Rvlny, a to zejména u zařízení s magnetickými poli s vyšší intenzitou (3T nebo 7T).
Za chybným spouštěním skeneru magnetické rezonance se skrývá řetěz na sobě závislých procesů, při kterých je i zanedbatelná chyba zesílena dalšími bloky pro zpracování signálu, což vyústí v nesprávnou detekci pacientova kardiorespiračního cyklu. To má za následek chybné spuštění přístroje magnetické rezonance. Chyby se mohou vyskytovat dvojího typu, a to na falešně pozitivní, při kterých je rušení magnetické rezonance vyhodnoceno jako QRS-komplex pacientova EKG a dojde k zachycení pacienta v nesprávné fázi kardiorespiračního cyklu, nebo falešně negativní, při kterých je pacientův QRS-komplex nerozpoznatelný od rušení a nedojde ke spuštění skeneru. V případě EKG mohou být například elektrody chybně napojeny na pacienta (špatný kontakt mezi měřicí plochou a kůží pacienta), v takovém případě může dojít k vynechání několika úderů srdce pacienta (QRS komplexů), v nejhorším případě je nutné pacienta vytáhnout a upravit zapojení, což může razantně prodloužit měření. Z tohoto důvodu je velice důležité korektně změřit a zpracovat naměřený signál, a firmy, vyrábějící magnetické rezonance si tyto postupy chrání (viz - https://www.mr-tip.com/servl.php?type=dbl&dbs=Cardiac%20Gating nebo https: //cs .wikipedia. org/wiki/Chyby_typu_I_a_II nebo https://www.hgf.vsb.cz/export/sites/hgf/544/.content/galeriesouboru/skripta/TeoriechybJirankova.pdf).
-2 CZ 308705 B6
Pro měření respirační aktivity jsou v současnosti využívány speciální dechové pneumatické elastické pásy, které se upínají na hruď nebo v břišní oblasti pacienta.
U tohoto typu zařízení není jejich funkce ovlivněna velikostí magnetického pole. Přesnost této funkce je však závislá na vhodném umístění na tělo pacienta, utažení elastického pásu a dostatečného roztahování/stahování hrudního koše, případně břišní dutiny pacienta. Zařízení na tomto principu mohou sloužit pouze k spouštění MR skeneru v závislosti na respirační aktivity.
Jako příklady spisů z patentové literatury uvádíme následující řešení: GB 2519976 „Improvements in and relating to noise cancelling devices“, kdy se jedná o systém pro aktivní potlačení hluku, který je zaměřen na obecné využití zvuků při vyšetření MR. Popsaný systém může také obsahovat přenosový systém na bázi pneumatického vedení, který je však využit pro po-tlačení hluku přenosem signálu o opačné fázi, nikoliv pro měření kardio-respiračních aktivit. Dalším případem může být US 5022405 „A stethoscope for use with patients undergoing Nuclear Magnetic Resonance diagnostics“, kdy se jedná o elektronický stetoskop určený pro magnetickou rezonanci. V dokumentu je popsáno řešení, které převádí akustický signál na elektrický, a poté na optický v prostoru magnetické rezonance. Optický signál je vyveden z místnosti magnetické rezonance mimo magnetické pole pro zpětnou rekonstrukci optického signálu na elektrický. Toto řešení je řešení technicky složité a počítá s použitím elektroniky v místnosti magnetické rezonance a několikanásobně převádí akustický signál na jiné veličiny. V důsledku použití elektroniky uvnitř magnetické rezonance je nutné tyto bloky s elektronikou stínit, protože při snímkování s různým výkonem (1.5T, 3T a 7T) dochází k posunu bezpečné-ho pásma, ve kterém je vliv elektromagnetického pole na elektroniku zanedbatelný. Obdobné řešení na bázi stetoskopu lze najít v patentové literatuře jako WO 2016206704 „Smart Stethoscope“, jedná se o elektronický stetoskop s pokročilými schopnostmi detekce abnormálních stavů. Tento stetoskop měří srdeční tep, rozpoznává zvuky srdce, dýchání a další zvuky generované tělem. Stetoskop identifikuje normální a abnormální zvuky a zobrazí rozpoznanou vadu. Součástí zařízení je alespoň jedna membrána a alespoň jeden mikrofon.
Dalším dokumentem z této oblasti může být CZ 31953 „Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích“, ve kterém je pro monitorování vitálních funkcí lidského těla použit senzor jiné konstrukce na bázi optovláknové technologie. Podobným senzorem je také CZ 2018-40 „Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla v magneticky rezonančních prostředích“, kde pro monitorování vitálních funkcí lidského těla je použit bez membránový senzor zvonovitého tvaru pro monitoring seismokardiografického signálu. Senzor je těsně upnut pomocí elastického pásu k hrudi pacienta v oblasti srdce tak, že pohyby srdce a okolní tkáně modulují akustický tlak uvnitř senzoru a tento modulovaný akustický tlak je vyveden pomocí trubice mimo magnetické pole, kde je snímán. Výše zmiňovaný senzor však neřeší tlak, kterým působí senzor na hruď, který může být pro pacienty diskomfortní, neřeší problematiku instalace senzorů na hruď pacientek a také u obézních osob a to z důvodu většího množství tkáně či její širší vrstvy mezi srdcem a senzorem. V důsledku různorodosti tkáně v okolí srdce se také mohou signály pacientů lišit, což představuje problém pro systém, který analyzuje signál. Nevýhodou použití elastického pásu pro upevnění senzoru je, že dochází k zvýšení tlaku na pokožku v důsledku nádechu, prodloužení obvodu hrudi a natažení elastického pásu, což může být pro pacienta diskomfortní.
Výše uvedená zařízení tak zpravidla používají opticko-akustických mikrofonů, nebo mezistupeň pro zpracování akustického signálu v bezprostřední blízkosti magnetického pole, což zvyšuje technickou náročnost realizace takových typů zařízení, protože mezistupeň musí být od magnetického pole odstíněn.
-3 CZ 308705 B6
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky odstraňuje níže popsaný systém, který slouží ke kontinuálnímu monitorování kardiorespiračních aktivit zejména během měření v elektromagneticky zarušených prostředích bez nutnosti své pevné fixace na pacienta a to tak, aby ovlivnění výsledných snímků ať pohybem pacienta či vznikem nežádoucích artefaktů díky působení magnetického pole, bylo co nejmenší a tím pádem došlo i k podstatnému zkrácení doby vyšetření v tomto prostředí. Za tímto účelem byla sestavena měřicí podložka zejména pro magneticky zarušená prostředí.
Systém sestává z měřicí podložky, kterou může představovat lehátko s jedním nebo více měřicími pneumatickými senzory pro přímé měření kardiorespiračních signálů a s výhodou jedním referenčním pneumatickým senzorem, který je umístěn v oblasti měřicí podložky mimo tělo pacienta. Oba druhy pneumatických senzorů (měřicí i referenční) jsou z pružných neprodyšných materiálů typu PVC, PUR, NBR, EPDM, SBR či silikon, které jsou elektromagneticky imunní.
Pneumatické měřicí senzory jsou tvarově uzpůsobeny jako komora či komory pro optimální signálový zisk při snímání balistických sil vznikajících funkcí srdce a vypuzováním krve do krevního řečiště. Toto multikomorové měření zamezuje prodlužování vyšetření tak, že při ztrátě měřeného signálu v jednom místě podložky je možné detekovat signál ze signálů z jedné z dalších měřicích komor
Referenční pneumatický senzor, umístěný mimo prostor pro uložení těla pacienta, slouží k eliminaci náhodných zvukových artefaktů vzniklých během standardizovaných vyšetřovacích sekvencí magnetického přístroje nebo pohybem pacienta, které by mohly ovlivnit výsledek měření a které by mohly proniknout do uzavřeného pneumatického systému. Výše uvedené senzory jsou díky materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, plně imunní vůči elektromagnetickým interferencím (EMI) a lze je využít v libovolně silném elektromagnetickém poli, aniž by docházelo k jakékoli degradaci měřeného signálu. S výhodou lze nahradit plynné médium uvnitř pneumatického systému kapalinou, a vytvořit tak hydraulický systém. V případě záměny média, dochází i k záměně pneumatických částí systému za části hydraulické. Zásadní výhodou při záměně média v systému je zvýšení rychlosti přenosu balistokardiografického signálu z měřicí podložky do senzoru tlaku proto, že přenosová rychlost není omezena rychlostí zvuku a stlačitelností plynného média v celé délce pneumatického vedení.
Jednotlivé okruhy pneumatických senzorů jsou propojovacími konektory, které umožňují snadnou údržbu, propojeny s měřicím modulem skrze uzavřené pneumatické vedení, které umožňuje přenášet měřený signál mimo místnost s magnetickým přístrojem, a umožňuje tak i vzdálené vyhodnocení kardiorespiračních aktivit lidského těla. Pneumatické vedení je plně imunní vůči elektromagnetickým interferencím, a to díky materiálu, ze kterého je vyrobeno. Jedná se o elastický materiál, jako je například PVC, PUR, NBR, EPDM, SBR anebo silikon, který umožňuje snadnou instalaci přenosového média skrze přechodové systémy mezi kontrolní místností a místností s magnetickým přístrojem.
Poslední částí systému je měřicí modul, který je umístěn v zóně mimo magnetický přístroj (kontrolní místnost). Tato jednotka je tvořena senzorem tlaku nebo akustického tlaku, a to v provedení například tlakové čidlo nebo mikrofon - piezoelektrický, elektretový, kondenzátorový, dynamický, uhlíkový, páskový s příslušnými kanály a DSP (digitální signálový procesor). DSP sestává z bloků, které představuje zesilovač, analogově digitální převodník, mikro-procesor a komunikační rozhraní pro připojení k zobrazovací jednotce (osobní počítač, mobil, tablet apod.).
Tyto tři výše uvedené části - pneumatický/é senzor/y, pneumatické vedení a měřicí modul spolu představují uzavřený pneumatický systém, který je imunní vůči vnějším změnám tlaku a také zvukovému rušení, což znamená, že měřený signál není rušen zvukovými projevy magnetického přístroje během své funkce.
-4 CZ 308705 B6
Monitorování kardiorespiračních aktivit je pak zachycováno nejméně jedním měřicím pneumatickým senzorem, který je v přímém kontaktu s tělem pacienta a je propojen pneumatickým médiem přes propojovací konektor s membránovým senzorem. Senzor tlaku je na pneumatickém vedení usazen rovněž vzduchotěsně. Mimo tělo pacienta, avšak zabudovaný uvnitř měřicí podložky v elektromagnetickém prostředí přístroje, je umístěn referenční pneumatický senzor. Referenční a měřicí pneumatický senzor tak produkují dva na sobě nezávislé oddělené záznamy, referenční senzor snímá mechanické vlnění (vibrace) šířené konstrukcí přístroje magnetické rezonance, způsobené jeho provozem a měřicí senzor snímá pouze údaje pacienta.
Velkou výhodou systému například ve vztahu k optickým fonendoskopům, je jeho vyšší odolnost vůči akustickému i vibračnímu rušení, která do značné míry eliminuje vznik artefaktů a tím dochází ke zkrácení doby vyšetření. Výhodou systému je jeho odolnost vůči elektromagnetickým interferencím (lze jej využít v jakkoliv silném elektromagnetickém poli, například při snímání pacienta při magnetické rezonanci, aniž by docházela k jakékoli degradaci měřeného signálu, ke kterému běžně dochází, je-li použita metoda snímání srdečního cyklu pomocí EKG). Systém má elektricky pasivní přístup k monitorování vitálních fúnkcí lidského těla. Rovněž je důležité, že systém představuje zvýšený komfort pro pacienta i pro personál, a to díky bezupí-nacímu systému monitorování namísto tří nebo dvanácti svodového konvenčního EKG nebo jednokanálového seismografíckého senzoru upevněného na hrudi. Dále je podstatné, že celý systém má zjednodušený způsob vyhodnocení a k tomu je úměrná nižší celková cena systému. Rovněž je důležité, že je systém jednoduše udržovatelný z hlediska hygieny. Značnou výhodou je také to, že odpadá nutnost využití optického zdroje záření a speciálních optických kabelů.
Pro účely této přihlášky představuje zkratka MR - magnetickou rezonanci. Dále pro účely této přihlášky - pneumatický systém znamená, že je jako médium použit plyn - například vzduch. V případě hydraulického systému je médiem kapalina.
Objasnění výkresů
Obr. 1 představuje příkladné užití systému při měření údajů při vyšetření v magnetické rezonanci, jedná se o boční pohled a na obr. 2 se nachází pohled shora při témže užití. Obr. 3 popisuje dílčí části měřicí podložky a obr. 4a až 4c znázorňuje možnosti instalace pneumatického senzoru uvnitř měřicí podložky pro speciální aplikační oblasti. Obr. 5 představuje řez měřicí podložkou znázorňující uložení pneumatického senzoru. Na obr. 6a až 6d jsou znázorněny varianty provedení pneumatického senzoru uzpůsobeného pro měření a vedení signálu. Na obr. 7 se nachází měřicí modul. Záznam o kardiorespirační činnosti pacienta je zobrazen na obr. 8 společně se signálem pro spínání MR přivedeným na externí vstup do počítače obsluhy MR, který je také vyobrazen na obr. 9 v řídicí aplikaci MR. Obr. 10 představuje snímky na kterých je vidět srovnání výsledků z konvenčního EKG (obr. 10a), pulzního oxymetru (obr. 10b) a měřicího senzoru i referenčního senzoru (obr. 10c) a dokládá tak odolnost systému vůči vibracím. Graf se záznamem srdeční činnosti měřený systémem - měřicí senzor a konvenčním senzorem EKG, v magnetickém poli o síle 1,5 T je zachycen na obr. 11. Graf se záznamem dechové frekvence byl naměřen referenčním pneumatickým pásem a měřicím senzorem systému v poli o síle 1,5 T je na obr. 12.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Při snímání na přístroji 9 magnetické rezonance (MR) umístěném ve speciální místnosti 10, jak je uvedeno na obr. 1 a 2, je nutné u pacienta sledovat kardiorespirační aktivitu. Použitý přístroj 9 MR vyzařuje magnetické pole o síle 1,5 T. Snímání probíhá po dobu 15 minut a stejnou dobu, je snímána dechová i tepová frekvence pacienta.
- 5 CZ 308705 B6
Pacient je umístěn na měřicí podložku 1, která obsahuje měřicí pneumatické senzory 2a. Pacient je na měřicí podložce 1 uložen tak, aby se měřicí pneumatický senzor 2a nacházel pod jeho trupem a referenční pneumatický senzor 2b mimo oblast jeho těla. Měřicí pneumatický senzor 2a je propojen propojovacím konektorem 3 a pneumatickým vedením 4 s měřicím modulem 5, detailně znázorněným na obr. 7, umístěným v kontrolní místnosti 11, Referenční pneumatický senzor 2b je se stejným měřicím modulem 5 spojen propojovacím konektorem 3, pneumatickým vedením 4b. Obě pneumatická vedení 4a, 4b se napojují na senzory tlaku 12, které přenáší signál do výpočetní jednotky 15 obvodem zesilovacího stupně 13 propojeným s modulem AD převodníku 14. Výpočetní jednotka 15 je vybavena výstupem 6a pro nepřímé spínání přes PC obsluhy MR vedoucím do PC 7 obsluhy MR a nepřímým spínáním 6b do vstupu 8 pro spínání MR. Měřicí modul 5 obsahuje také výstup pro přímé spínání 6c, který je vyveden z generátoru 16 signálu spínání MR, propojeného s výpočetní jednotkou 15, a přímo napojeného do vstupu 8 pro spínání MR.
Vnitřní konstrukce měřicí podložky 1 je znázorněna při bočním pohledu na obr. 3 a na obrázcích 4a až 4d se v řezu nachází různá provedení pneumatických senzorů 2. Měřicí podložka 1 se skládá s podložky 17 pro tlumení vibrací, referenční tvrdé podložky 18 a polstrování 19 podložky ve kterém jsou umístěny pneumatické senzory 2 z materiálu PVC. Podložka 17 pro tlumení vibrací je v tomto případě z polyuretanového materiálu a referenční tvrdá podložka 18 je z polykarbonátu.
Výsledek měření výše uvedeným systémem zachycuje průměrnou dechovou frekvenci 15 vdechů za minutu z celkového počtu 225 vzorků měření, přičemž chyba detekování je celkem 6 vzorků. Dle Bland-Altmanovy analýzy je tedy úspěšnost měření dechové frekvence v magneticky zarušeném prostředí 96,34 % vůči konvenčnímu měření. V případě tepové frekvence je průměrná tepová frekvence sledovaného pacienta 65,42 tepů/minutu z celkového počtu 959 vzorků, přičemž chybně detekováno je 8 vzorků. Dle Bland-Altmanovy analýzy, je tedy úspěšnost měření tepové frekvence v magneticky zarušeném prostředí 97,67 % vůči konvenčnímu měření. BlandAltmanova analýza je prováděna srovnáním měřicího senzoru 2a a konvenčního senzoru EKG a konvenčního pneumatického pásu pro měření respirační aktivity.
Příklad 2
V tomto příkladu uskutečnění jsou monitorovány pohyby tzv. rizikové osoby (například pacient s epilepsií) u kterých může při vyšetření dojít k nestandardním pohybům těla jako je například třes. Systém v tomto případě využívá měřicí podložky 1 prezentovaný na obr. 4c, ve kterém je měřicí podložka 1 rozdělena do N komor měřicího pneumatického senzoru 2a, přičemž tělo snímané osoby působí na alespoň jednu z těchto komor. Každý z 1 až n měřicích pneumatických senzorů 2a představuje jeden měřicí kanál se svým vlastním propojovacím konektorem 3, pneumatickým vedením 4 propojeným se senzorem tlaku 12 uvnitř měřicího modulu 5. Základní fúnkce monitoringu vitálních funkcí je doplněna diferenciálním vyhodnocením komor měřicího pneumatického senzoru 2a, která poskytuje doplňkovou informaci o pohybu pacienta v tunelu MR.
Příklad 2 se pak odlišuje od příkladu 1 hybridním řízením vstupu 8 pro spínání MR dle kardiorespiračního cyklu. Je tak kompenzován pohyb těla a krevního řečiště v důsledku aktivity srdce, ale také pohybu vnitřních orgánů a celého těla v důsledku dechové aktivity.
Příklad 3
Příklad 3 se od předchozích příkladů odlišuje tím, že měřicí podložka 1 odpovídá svou velikostí a počtem pneumatických senzorů, takové velikosti, která je vhodná pro dětské postýlky, kočárky, kolébky či dětské autosedačky apod. Systém při monitoringu dítěte rozlišuje absenci snímaných vitálních fúnkcí dítěte v důsledku jeho pohybu na měřicí podložce 1 nebo jejího opuštění pomocí pomoci diferenciálního zpracování signálů z měřicích pneumatických senzorů 2a. Tato měřicí podložka 1 je s výhodou opatřena o pneumatický okruh simulující svými pulzy srdce matky.
-6CZ 308705 B6
V tomto případě je pneumatickým senzorem 2a membránový tlakový senzor, kde je membrána buzena, a představuje tak aktivní prvek tvořící změny tlaku, kterými je simulován dech/tep.
Příklad 4
Příklad 4 se odlišuje od příkladu 1 tím, že obsahem pneumatického systému zahrnující pneumatické senzory 2, propojovací konektory 3, pneumatická vedení 4 až po senzory tlaku 12 je odlišné médium, v tomto případě kapalina. V případě použití hydraulického systému je kapalina působením MR zahřívána a navozuje tak pocit pohodlí pro pacienta a tím jej uklidňuje, a bude tak navozovat stav pohodlí pro pacienta. Kapalina také urychluje přenos balistokardiografického signálu z měřicí podložky 1 do senzorů tlaku 12. přičemž přenosová rychlost není omezena rychlostí zvuku a stlačitelností plynného média v celé délce pneumatických vedení 4.
Průmyslová využitelnost
Systém slouží k snížení času nutného pro vyšetření na MR a zároveň pro monitorování balistických projevů (balistokardiografie) a respirační aktivity lidského těla. Systém lze využít pro monitorování v prostředí CT (počítačová tomografie), rentgen, spánková laboratoř, JIP (jednotka intenzivní péče), lůžka pro dlouhodobě nemocné, domovy pro seniory, hospicová péče, ale také pro monitoring novorozenců, dětí apod.
Claims (6)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření vyznačující se tím, že sestává z měřicího modulu (5) ke kterému je pneumatickým vedením (4) zakončeným propojovacími konektory (3) připojená měřicí podložka (1) se sadou pneumatických senzorů (2), která sestává z nejméně jednoho měřicího pneumatického senzoru (2a) a nejméně jednoho referenčního pneumatického senzore (2b), přičemž společně představují uzavřený pneumatický/hydraulický systém., imunní vůči zvukovému rušení a mechanickým, vibracím, magnetické rezonance (9), dále je měřicí modul (5) připojen k PC (7) obsluhy MR a k vstupu (8) pro spínání MR. ke kterému je připojeno i PC (7) obsluhy MR nepřímým spínáním (6b).
- 2. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřicí podložka (1) je složena z pneumatických senzore (2), polstrování (19) podložky, tvrdé podložky (18) a podložky (17) pro tlumení vibrací.
- 3. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích podle nároku 2, vyznačující se tím, že měřicí pneumatický senzor (2a) a referenční, pneumatický senzor (2b) jsou vzájemně funkčně zaměnitelné.
- 4. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích podle nároku 1 a 3, vyznačující se tím, že každý užitý pneumatický senzor (2) je vlastním kanálem s propojovacím konektorem (3) a pneumatickým vedením (4) napojen na měřicí modul (5) propojený s PC (7) obsluhy MR.
- 5. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích podle nároku 1, vyznačující se tím, že v měřicím modulu (5) se nachází takový počet senzorů tlaku (12), který odpovídá počtu pneumatických senzorů (2) napojených přes modul A/D převodníku (14) k výpočetní jednotce (15) s výstupem (6a) pro nepřímé spínání MR do PC (7) obsluhy MR a generátore (16) signálu pro spínání MR s výstupem (6c) pro přímé spínání MR.
- 6. Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích podle nároku 1, vyznačující se tím, že materiál pneumatických senzorů (2), propojovacího konektoru (3) a pneumatického vedení (4) je elektromagneticky imunní a zároveň je materiál pneumatického senzore (2) pružný a to zejména, nikoli však výhradně, v místě dotyku těla s pneumatickými senzory (2).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-762A CZ2019762A3 (cs) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-762A CZ2019762A3 (cs) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308705B6 true CZ308705B6 (cs) | 2021-03-10 |
| CZ2019762A3 CZ2019762A3 (cs) | 2021-03-10 |
Family
ID=74849247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-762A CZ2019762A3 (cs) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2019762A3 (cs) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008194400A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-28 | Kinden Corp | 空気圧式検知センサ |
| CZ31953U1 (cs) * | 2018-06-04 | 2018-08-07 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích |
-
2019
- 2019-12-10 CZ CZ2019-762A patent/CZ2019762A3/cs unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008194400A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-08-28 | Kinden Corp | 空気圧式検知センサ |
| CZ31953U1 (cs) * | 2018-06-04 | 2018-08-07 | Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava | Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2019762A3 (cs) | 2021-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Beltrão et al. | Contactless radar-based breathing monitoring of premature infants in the neonatal intensive care unit | |
| Marchionni et al. | An optical measurement method for the simultaneous assessment of respiration and heart rates in preterm infants | |
| JP6884433B2 (ja) | 睡眠無呼吸測定装置及びその方法 | |
| JP5451402B2 (ja) | センサ構成を有する心弾動センサシステム及び身体運動の心弾動検出をする方法 | |
| JP5798348B2 (ja) | 運動検出を伴う心電図検査を実行するシステム及び方法 | |
| US20030233034A1 (en) | Apparatus for measuring vital functions | |
| CN103026252B (zh) | 用于去除互耦mri干扰的双压力传感器信号链 | |
| CN111543949A (zh) | 一种基于脑磁图与脑电图的儿童asd诊断装置 | |
| Cay et al. | An e-textile respiration sensing system for NICU monitoring: design and validation | |
| Zhang et al. | Adaptive motion artefact reduction in respiration and ECG signals for wearable healthcare monitoring systems | |
| JP2011519663A (ja) | 胃腸の機能および生理学的特性を監視する方法およびシステム | |
| Nukaya et al. | A noninvasive heartbeat, respiration, and body movement monitoring system for neonates | |
| KR20220164565A (ko) | Ecg 신호를 생성하기 위한 방법 및 시스템 | |
| CN107595278A (zh) | 一种生成医学影像设备门控信号的方法、装置及系统 | |
| US20130253843A1 (en) | Non-resistive contact electrical systems and methods for visualizing the structure and function of objects or systems | |
| Bhattacharya et al. | Cardiac Time Intervals under Motion Using Bimodal Chest E-Tattoos and Multistage Processing | |
| Fedotov et al. | Motion artifacts reduction in wearable respiratory monitoring device | |
| Yang et al. | Pulse transit time measurement using seismocardiogram and in-ear acoustic sensor | |
| CN103027684A (zh) | 用于去除在呼吸运动监测中由身体运动引起的噪声的装置和方法 | |
| CZ308705B6 (cs) | Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla nejen v magneticky rezonančních prostředích snižující nutnou délku vyšetření | |
| Ladrova et al. | Fiber-optic cardiorespiratory monitoring and triggering in magnetic resonance imaging | |
| Bürgin et al. | Multichannel esophageal signals to monitor respiratory rate in preterm infants | |
| Kam et al. | All plastic optical fiber-based respiration monitoring sensor | |
| Dembovskiy et al. | Development of a biotechnical magnetopletysmography system for monitoring respiratory rate and heart rate | |
| CZ201993A3 (cs) | Systém pro monitorování kardiorespiračních aktivit lidského těla v magneticky rezonančních prostředích |