CZ32809U1 - Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích - Google Patents
Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích Download PDFInfo
- Publication number
- CZ32809U1 CZ32809U1 CZ2019-36059U CZ201936059U CZ32809U1 CZ 32809 U1 CZ32809 U1 CZ 32809U1 CZ 201936059 U CZ201936059 U CZ 201936059U CZ 32809 U1 CZ32809 U1 CZ 32809U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- heart rate
- environments
- sensor
- electromagnetically
- rate monitor
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 7
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 238000009532 heart rate measurement Methods 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000010989 Bland-Altman Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000000707 wrist Anatomy 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
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Description
Oblast techniky
Zařízení slouží k monitorování tepové frekvence zejména v elektromagneticky zarušených prostředích nebo například ve spánkových laboratořích.
Dosavadní stav techniky
Pro sledování vitálních funkcí lidského těla, respektive tepové frekvence se dnes využívají monitorovací zařízení zvaná „monitor životních funkcí“. Jedná se o zařízení, které pracují na odlišném principu (elektronická zařízení), která se mohou skládat z jednoho nebo více senzorů, zpracování dat ze senzorů, případně zobrazovacího zařízení. Tyto zařízení mohou obsahovat i komunikační rozhraní pro zaznamenávání, zpracování a zobrazování biometrických dat.
Monitor životních funkcí využívá k snímání stavu pacienta různé typy senzorů. Mezi základní lze uvést senzory pro měření EKG a srdeční frekvence (v případě EKG o elektrody snímající přímo napěťové potenciály). Součástí všech senzorů musí být přívodní kabely a konektory pro připojení k monitoru.
Ve všech oblastech elektrotechniky je důležitým faktorem pro vytvoření monitorovacího zařízení jeho velikost a způsob napájení. Z hlediska využití senzorů vbiomedicíně je lze rozdělit podle velikosti do tří skupin: na neinvazivní senzory (senzory, které přichází pouze do styku s pokožkou), částečně invazivní senzory (využívají k monitorování tělních dutin), invazivní senzory (využívány pro měření uvnitř orgánů nebo krevního řečiště).
V případě optovláknových senzorů se například využívá invazivní monitorování, kdy optické vlákno vkládané přímo do krevního řečiště (detekce plynů a elektrolytů v krvi).
Častá je aplikace optických senzorů pro monitorování kardiovaskulární parametrů sledovaného subjektu, tedy se týkají zejména srdce a cév, kdy je například optický senzor umístěn uvnitř polyuretanové trubice se světelným zdrojem na konci. Senzor je vytvořen tak, aby vlákno odráželo přenášené světlo a vytvořilo tlak nezávislý na zdroji světla nebo je měření prováděno na základě změny světla v dutině, kdy na základě změny optické interference uvnitř dutiny, je změněna intenzita odraženého světla, která pak může být detekována fotodetektorem na protilehlém konci vlákna.
Z patentové literatury uvádíme příklady současných řešení, která se zaobírají sledováním srdečního tepu, případně dechové frekvence. Tato zařízení jsou často implementována na zápěstí pacienta a sledují tak jeho puls jde například o CN104856656 „Fiber bragg grating pulse testing head, novel three-path optical pulse testing systém and method” nebo KR 20090027270 „Systém fór measuring human pulse using fiber bragg grating sensor“. Tato zařízení však nejsou konstruována do elektromagneticky zarušených prostředí. Z odborných článků, které se zaobírají problematikou sledování životních funkcí v elektromagneticky zarušených prostředích je možné nalézt například v článku NEDOMÁ, Jan, Stanislav KEPA.K, Marcel FAJKUS, Jakub ČUBÍK. Petr ŠIŠKA, Radek MARTINEK a Petr KŘUPA.: Magnetíc resonance imaging compatible noninvasive fibre-optic sensors based on the Bragg gratings and interferometers in the application of monitoring heart and respiration rate of the human body: A comparative study. Sensors. 2018(11), 30. ISSN 1424-8220. V tomto článku je pro výrobu senzoru použita jiná technologie, materiál a výsledné rozměry a váha senzoru jsou vyšší.
- 1 CZ 32809 U1
Podstata technického řešení
Výše uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje zařízení dle tohoto vynálezu, kdy je využit optický senzor s FBG (Fibre Bragg Grating) mřížkou, který pro své zapouzdření využívá metodu nanášení kompozitního materiálu na plochu ve vrstvách. Výsledkem tohoto řešení je tedy zařízení, které lze využít k monitorování tepové frekvence zejména v elektromagneticky zarušených prostředích a v oblasti spánkové laboratoře. Zařízení je konstruováno jako neinvazivní.
Zařízení pracuje s jedno vidovým optickým vláknem a je založeno na principu měření deformací (pohybu) těla sledovaného subjektu. Zařízení má s výhodou obdélníkový tvar o rozměrech lOx 30 mm a je vytvořeno uložením (zapouzdřením) Braggovy mřížky do čtyř vrstev sklolaminátu jako je například Epikote Resin MGS LR 285 s vytvrzovacím činidlem MGS LH 285. Tloušťka všech 4 vrstev je 0,8 mm. Hmota použitá pro zapouzdření je inertní vůči lidské pokožce a odolná vůči elektromagnetickým interferencím.
Z výše uvedeného tak metodou nanášení jednotlivých vrstev na povrch, vznikne zařízení s malými rozměry i hmotností, které minimalizuje narušení komfortu pacienta během krátkodobých, ale i dlouhodobých vyšetřeních (např. spánková laboratoř). Kombinace vláknově optické technologie a výše zmíněného sklolaminátu pak zaručuje elektromagnetickou imunitu senzoru (senzor je imunní vůči rušení z napájecí sítě a elektromagnetickým polím, která mohou produkovat jiná zařízení). Tato charakteristická vlastnost (elektromagnetická imunita) umožňuje sledování tepové frekvence subjektu např. při magnetické rezonanci, rentgenu a jiných vyšetření využívajících elektromagnetické pole.
Kromě výše uvedených vlastností je tento kompozitní materiál vysoce pevný, chemicky stálý, má nízkou hmotnost a má i dobré hygienické vlastnosti. Další výhodu pak představuje pasivita z hlediska jeho napájení elektrickou energií, stejně tak oddělení místa monitorování subjektu od místa zpracování dat v řádu stovek metrů (v rámci použitého typu přívodního optického vlákna). Zařízení má s výhodou pouze jeden přívodní vodič. Díky své velikosti je zařízení možno komfortně aplikovat na sledovaný subjekt. Celé zařízení je lehce udržovatelné, a tedy odpovídá medicínským standardům a je možné jej použít i opakovaně.
Při použití podložky, je možné zařízení aplikovat přímo na sledovaný subjekt. Použitá podložka může být buď jednorázová - například fixační páska, s výhodou pružná páska - například kineziologický tejp nebo může být podložka určena pro mnohočetné použití, což je například využití pružného kontaktního pásu, jež je možné umístit na sledovaný subjekt, například okolo hrudi, a zajistit pomocí upínacího mechanismu, který mohou představovat například přezky nebo suchý zip. Další možností aplikace je pak využití podkladu pro tzv. samolepící medicínské elektrody.
Pro praktickou aplikaci daného zařízení a získání uvedených parametrů měřeného subjektu včetně zvukového záznamu srdce je nutný komerčně dostupný přístroj pro vyhodnocení senzoru (např. FBGuard). Nutná je také adaptivní filtrace signálu pro oddělení superponované tepové frekvence na dechovou frekvenci pacienta a adaptivní filtr, který umožňuje získat zvukový záznam srdce.
Objasnění výkresů
Obr. 1 představuje zařízení v řezu. Obr. 2 je pohled na zařízení shora. Na obr. 3 se nachází graf srovnávacího měření senzorem a komerčním EKG. Obr. 4 představuje praktické použití senzoru dle příkladu 1.
-2CZ 32809 U1
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Na plošku o rozměrech 10x30 mm je nanesen sklolaminát, na tuto vrstvuje uložena další ploška stejné velikosti se stejným materiálem tímto je vytvořena spodní část ochranného pouzdra 4, složená ze dvou vrstev. Do svrchní vrstvy je vycentrováno a uloženo optické vlákno 2 s Braggovskou mřížkou 3 tak, aby jeden konec optického vlákna 2 zůstal volný pro zapojení vstupního rozhraní L Opačný konec optického vlákna 2 uloženého ve spodní části ochranného pouzdra 4 je pak zapouzdřen dalšími dvěma vrstvami se sklolaminátem. Pouzdro 4 má obdélníkový tvar, přičemž delší strana obdélníku má 30 mm, kratší strana 10 mm a celková tloušťka pouzdra 4 s umístěným optickým vláknem 2 je 0,8 mm. Celková hmotnost senzoru je 2gPro aplikaci v praxi je pak senzor umístěn jako součást pružného kontaktního pásu 5 na sledovaný subjekt, jak je vidět na obr. 4, přičemž tento pás je zajištěn upínacím mechanismem v podobě přezek nebo suchého zipu. Celek je pak připojen k běžnému vyhodnocovacímu zařízení.
Měření probíhá po dobu 10 minut v prostředí magnetické rezonance o síle vyzařovaného pole 1,5 T. Tento příklad je ilustrován na obrázku 3, kde je znázorněn graf měření tepové frekvence zahrnující úsek 10 minut a 48 sekund ve srovnání se standardním EKG. Výsledkem měření výše uvedeným senzorem je zachycená průměrná tepová frekvence 83 tepů za minutu z celkového počtu 894 vzorků měření, přičemž chyba detekování je celkem 46 vzorků. Dle Bland-Altmanovy analýzy je tedy úspěšnost měření tepové v magneticky zarušeném prostředí 95,08 % vůči konvenčnímu měření.
Příklad 2
Příklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že je senzor fixován na subjekt jednorázově, pomocí fixační pásky, kterou představuje například kineziologický tejp. Podmínky měření jsou stejné jako v předchozím příkladu uskutečnění.
Příklad 3
Příklad 3 se od příkladu 1 odlišuje tím, že je senzor upevněn k biokompatibilnímu podkladu, který je určen například pro tzv. nalepovací elektrody.
Průmyslová využitelnost
Senzor je určen pro monitorování tepové frekvence, případně srdečních odezev zejména v elektromagneticky zarušených prostředích (elektromagnetická rezonance) nebo ve spánkové laboratoři apod.
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (3)
1. Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích vyznačující se tím, že sestává z ochranného pouzdra (4) ze čtyř vrstev kompozitního materiálu, který představuje sklolaminát, mezi kterými je centrálně umístěno optické vlákno (2) s Braggovskou mřížkou (3) a to tak, že jeden konec vlákna (2) je umístěn uprostřed pouzdra (4), druhý konec vlákna (2) je zakončen vstupním rozhraním (1).
-3 cz 32809 U1
2. Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích podle nároku 1 vyznačující se tím, že ochranné pouzdro (4) je obdélníkového tvaru jehož rozměry jsou 30x lOx 0,8 mm.
3. Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích podle předchozích nároků vyznačující se tím, že vytvrzený kompozitní materiál pouzdra (4) je elektromagneticky inertní.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36059U CZ32809U1 (cs) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36059U CZ32809U1 (cs) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ32809U1 true CZ32809U1 (cs) | 2019-04-23 |
Family
ID=66250363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36059U CZ32809U1 (cs) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ32809U1 (cs) |
-
2019
- 2019-03-28 CZ CZ2019-36059U patent/CZ32809U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Presti et al. | Wearable system based on flexible FBG for respiratory and cardiac monitoring | |
| Anwar Zawawi et al. | Intensity‐modulated fiber optic sensor for health monitoring applications: a comparative review | |
| Lau et al. | Intensity-modulated microbend fiber optic sensor for respiratory monitoring and gating during MRI | |
| Pant et al. | A novel approach to acquire the arterial pulse by finger plethysmography using fiber Bragg grating sensor | |
| WO2008018050A2 (en) | A device for use with reflective pulse oximetry | |
| Kam et al. | Compact and low-cost optical fiber respiratory monitoring sensor based on intensity interrogation | |
| WO2009074928A1 (en) | Measurement apparatus and method | |
| Fajkus et al. | MR fully compatible and safe FBG breathing sensor: A practical solution for respiratory triggering | |
| Nedoma et al. | Non-invasive fiber-optic biomedical sensor for basic vital sign monitoring | |
| De Tommasi et al. | Smart mattress based on fiber Bragg grating sensors for respiratory monitoring: A feasibility test | |
| Fajkus et al. | FBG sensor for heart rate monitoring using 3D printing technology | |
| Chen et al. | Plastic optical fiber microbend sensor used as breathing sensor | |
| US11944411B2 (en) | Wearable device with mechanical spring to detect pulse transit time | |
| CZ31953U1 (cs) | Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích | |
| Dziuda et al. | Fibre-optic sensor for respiration and heart rate monitoring in the MRI environment | |
| Nedoma et al. | A novel FBG-based triggering system for cardiac MR imaging at 3 Tesla: a pilot pre-clinical study | |
| CZ32809U1 (cs) | Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích | |
| CZ2018265A3 (cs) | Senzor pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích a způsob jeho výroby | |
| Ladrova et al. | Fiber-optic cardiorespiratory monitoring and triggering in magnetic resonance imaging | |
| CZ34010U1 (cs) | Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI | |
| Chandana et al. | Fiber Bragg grating based wearable device for monitoring respiratory activity | |
| Nedoma et al. | Noninvasive fetal heart rate monitoring: validation of phonocardiography-based fiber-optic sensing and adaptive filtering using the NLMS algorithm | |
| Kam et al. | All plastic optical fiber-based respiration monitoring sensor | |
| Son et al. | Measurement and analysis of pulse wave using a clamping pulsimeter equipped with hall effect device | |
| CZ306857B6 (cs) | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20190423 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20230328 |