CZ34010U1 - Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI - Google Patents
Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI Download PDFInfo
- Publication number
- CZ34010U1 CZ34010U1 CZ2020-37326U CZ202037326U CZ34010U1 CZ 34010 U1 CZ34010 U1 CZ 34010U1 CZ 202037326 U CZ202037326 U CZ 202037326U CZ 34010 U1 CZ34010 U1 CZ 34010U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- monitoring
- vital functions
- human body
- sensors
- probe
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 7
- 238000002599 functional magnetic resonance imaging Methods 0.000 title claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 8
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002565 electrocardiography Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 3
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 238000010989 Bland-Altman Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 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
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 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
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. č. 478/1992 Sb.
CZ 34010 Ul
Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI
Oblast techniky
Zařízení slouží k monitorování vybraných parametrů vitálních funkcí lidského těla zejména v elektromagneticky zarušených prostředích, jakým je například funkční magnetická rezonance.
Dosavadní stav techniky
Pro sledování vitálních funkcí lidského těla, respektive tepové a dechové frekvence jsou v současnosti využívány monitorovací zařízení zvaná „monitor životních funkcí“. Jedná se o elektronická zařízení, která se mohou skládat z jednoho nebo více senzorů, zpracování dat ze senzorů, případně zobrazovacího zařízení. Tato 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, srdečního frekvence, dechové frekvence. Dále pak senzory okysličení krve, senzor pro měření teploty či respiračních parametrů. Jedná se většinou o převodníky neelektrických veličin na elektrické (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. Ne všechny takto vyvinuté přístroje, však lze úspěšně aplikovat v případě monitorování vitálních funkcí, kde hraje svou roli i požadavek na pohodlí monitorovaného subjektu, případně prostředí, ve kterém je subjekt monitorován. Z hlediska využití senzorů v biomedicíně 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 aplikace optických senzorů je 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 neboje 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.
Mezi senzory monitorující kardiovaskulární parametry patří například CN 201389015, CN 104856656, KR 20090027270 apod., kdy se tato zařízení liší zejména počtem použitých senzorů a počtem sledovaných parametrů. Dále se mezi sebou odlišují způsobem aplikace na sledovaný subjekt, velikostí a způsobem zapouzdření.
Z nepatentové literatury existují články zabývající se monitorováním frekvence a srdečního tepu jako je například: „Monitoring respiration and cardiac aktivity using fiber bragg grating-based sensor (L. Dziuda, F. W. Skibniewski, M. Krej, J. Lewandowski; IEEE Transactions on biomedical Engineering, vol. 59, No.7, July 2012) nebo „Fiber bragg grating sensor based device for simultaneous measurement of respiratory and cardiac activities“ (K. Chethana, A.S. Guru Prasad, S.N.Omkar, S. Asokan; J. Biophotonics 10, No.2, 278-285, 2017), přičemž některé
- 1 CZ 34010 UI tyto typy senzorů jsou vyráběny metodou 3D tisku, což je uvedeno například v publikaci ,, Application of embedded fiber bragg grating (FBG) sensors in monitoring health to 3D printing structures (L. Fang, T. Chen, R. Li, S. Liu; IEE sensors journal , vol. 16, No. 17, 1st September 2016).
Nevýhodami výše uvedených řešení je tedy zejména celková velikost daného zařízení, způsob aplikace daného zařízení a dále omezenými možnostmi pro monitorování. Výše uvedená zařízení nejsou odolná proti elektromagnetickému zarušení nebo díky své konstrukci nejsou vhodná pro biomedicínské aplikace. Výše uvedená zařízení nejsou konstruována tak, aby byla odolná proti pohybu sledovaného subjektu, který může znehodnotit jeho měřené vitální signály. Další nevýhodou je také velké množství kabeláže, například napájecí kabely, které tato zařízení využívají.
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 komplexní jednolitou vrstvu dvousložkového silikonového adičního kaučuku. Výsledkem tohoto řešení je tedy zařízení, které lze využít k monitorování vybraných parametrů vitálních funkcí lidského těla (dechové a tepové frekvence) zejména v elektromagneticky zarušených prostředích - funkční magnetické rezonance. Zařízení je konstruováno jako neinvazivní.
Zařízení pracuje s jednovidovými optickými vlákny a je založeno na principu měření deformací (pohybu) těla sledovaného subjektu. Zařízení má s výhodou obdélníkový tvar o rozměrech 8 x 24 mm a je vytvořeno uložením (zapouzdřením) Braggovy mřížky do jednolité vrstvy dvousložkového silikonového adičního kaučuku např typ ZA 50 LT. Tloušťka vrstvy je 1,6 mm. Hmota použitá pro zapouzdření je inertní vůči lidské pokožce a odolná vůči elektromagnetickým interferencím.
Takto vzniklé zařízení má malé rozměry i hmotnost a minimalizuje tak narušení komfortu pacienta během krátkodobých, ale i dlouhodobých vyšetření. Kombinace vláknově optické technologie a výše zmíněného dvousložkového silikonového adičního kaučuku 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 vitálních funkcí subjektu např. při magnetické rezonanci, rentgenu a jiných vyšetření využívajících elektromagnetické pole.
Další výhodu pak představuje pasivita z hlediska napájení senzoru 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
-2CZ 34010 UI frekvence na dechovou frekvenci pacienta a adaptivní filtr, který umožňuje získat zvukový záznam srdce.
Objasnění výkresů
Na obrázku 1 se nachází prototyp zařízení v řezu. Obrázek 2 pak představuje pohled na zařízení shora. Na obrázku 3 je uveden příklad záznamu 534 sekund srdeční činnosti naměřené zařízením ve srovnání se standardním EKG a PPG.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Z dvousložkového aditivního kaučuku ZA 50 LT je vytvořeno ochranné pouzdro 4 do kterého je vycentrováno a uloženo jednovidové optické vlákno 2 s Braggovskou mřížkou 3 tak, aby jeden konec optického vlákna 2 zůstal volný pro zapojení konektoru 1. Opačný konec optického vlákna 2 je uložen a zapouzdřen v komplexní jednolité vrstvě ochranného pouzdra 4. Pouzdro 4 má obdélníkový tvar, přičemž delší strana obdélníku má 24 mm, kratší strana 8 mm a celková tloušťka pouzdra 4 s umístěným optickým vláknem 2 je 1,6 mm. Celková hmotnost zařízení je 3g.
Pro aplikaci v praxi je pak zařízení umístěno jako součást pružného kontaktního pásu na sledovaný subjekt, přičemž tento pás je zajištěn upínacím mechanismem v podobě přezek nebo suchého zipu. Celek je pak připojen k vyhodnocovacímu zařízení.
Měření probíhalo v prostředí magnetické rezonance o síle 3T při sekvenci v rámci fMRI po dobu 534 sekund na zdravém jedinci. Tento příklad je ilustrován na obrázku 3, kde je znázorněn graf popisující srdeční činnost zahrnující úsek 534 sekund ve srovnání se standardním 3-svodovým EKG apulzním oxymetrem. Výsledky provedeného měření byly podrobeny objektivní BlandAltmanově analýzy, která se běžně využívá pro dokazování shody v biomedicínských aplikacích. Výsledky prokázaly shodu vyšší, než je hodnota >95 %, konkrétně 97,16 % což jednoznačně potvrzuje uspokojivou fúnkci vůči konvenčně používaným zařízením jako je EKG nebo pulzní oxymetr.
| EKG | Pulzní Oxymetr | FBG sonda | |||
| Subjekt | Čas měření (s) | Pvz | Pvz | Pvz | B-A analýza (%) |
| Pacient | 534 | 624 | 617 | 609 | 97,16 |
Tab. 1: Výsledky měření zařízení ve srovnání se standardním EKG a pulzním oxymetrem.
Vysvětlivky:
Pvz - počet vzorků (1 vzorek = jeden zaznamenaný srdeční úder)
B-A analýza - výsledek provedené Bland-Altmanovy analýzy vůči EKG
Příklad 2
Příklad 2 se od příkladu 1 odlišuje tím, že je zařízení fixováno na subjekt jednorázově pomocí fixační pásky, kterou představuje například kineziologický tejp.
CZ 34010 Ul
Příklad 3
Příklad 3 se od příkladu 1 odlišuje tím, že je zařízení upevněno k biokompatibilnímu podkladu, který je určen například pro tzv. nalepovací elektrody.
Průmyslová využitelnost
Zařízení je určeno pro monitorování vitálních funkcí - zejména dechové a tepové frekvence, případně srdečních odezev zejména v elektromagneticky zarušených prostředích (elektromagnetická rezonance) nebo ve spánkové laboratoři.
Claims (3)
1. Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI, vyznačující se tím, že sestává z ochranného pouzdra (4), které představuje komplexní jednolitá vrstva dvousložkového aditivního kaučuku, ve kterém je centrálně umístěno optické vlákno (2) s Braggovskou mřížkou (3) a to tak, že jeden konec vlákna (2) je umístěn uprostřed pouzdra (4) a druhý konec je zakončen konektorem (1).
2. Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI podle nároku 1, vyznačující se tím, že ochranné pouzdro (4) je obdélníkového tvaru a jeho rozměry jsou 24 x 8 x 1,6 mm.
3. Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI podle předchozích nároků, vyznačující se tím, že dvousložkový aditivní kaučuk představující pouzdro (4) je elektromagneticky inertní.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37326U CZ34010U1 (cs) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37326U CZ34010U1 (cs) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ34010U1 true CZ34010U1 (cs) | 2020-05-19 |
Family
ID=70970062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2020-37326U CZ34010U1 (cs) | 2020-03-12 | 2020-03-12 | Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ34010U1 (cs) |
-
2020
- 2020-03-12 CZ CZ2020-37326U patent/CZ34010U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Massaroni et al. | Fiber Bragg grating sensors for cardiorespiratory monitoring: A review | |
| Massaroni et al. | Design and feasibility assessment of a magnetic resonance-compatible smart textile based on fiber Bragg grating sensors for respiratory monitoring | |
| Dziuda et al. | Fiber Bragg grating strain sensor incorporated to monitor patient vital signs during MRI | |
| US8009946B2 (en) | Fiberoptic patient health multi-parameter monitoring devices and system | |
| Pant et al. | A novel approach to acquire the arterial pulse by finger plethysmography using fiber Bragg grating sensor | |
| Shellock et al. | Cardiovascular catheters and accessories: ex vivo testing of ferromagnetism, heating, and artifacts associated with MRI | |
| WO2019025138A1 (en) | OPTICAL SENSOR DEVICE AND ELECTRICAL DEVICE COMPRISING AN OPTICAL SENSOR DEVICE | |
| Cay et al. | An e-textile respiration sensing system for NICU monitoring: design and validation | |
| Presti et al. | Respiratory and cardiac rates monitoring during MR examination by a sensorized smart textile | |
| Taoping et al. | Design of pulse and respiration monitoring system based on fiber optic sensing and VMD-FPR processing algorithm | |
| De Tommasi et al. | Smart mattress based on fiber Bragg grating sensors for respiratory monitoring: A feasibility test | |
| Nedoma et al. | Non-invasive fiber-optic biomedical sensor for basic vital sign monitoring | |
| Fajkus et al. | FBG sensor for heart rate monitoring using 3D printing technology | |
| CZ31953U1 (cs) | Zařízení pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích | |
| CZ34010U1 (cs) | Kontaktní tělová sonda pro sledování vitálních funkcí lidského těla při fMRI | |
| KR200278492Y1 (ko) | 심전도용 생체전극 | |
| Dziuda et al. | Fibre-optic sensor for respiration and heart rate monitoring in the MRI environment | |
| CZ2018265A3 (cs) | Senzor pro monitorování vitálních funkcí lidského těla v elektromagneticky zarušených prostředích a způsob jeho výroby | |
| CZ32809U1 (cs) | Neinvazivní senzor pro monitorování tepové frekvence v magneticky zarušených prostředích | |
| Narbonneau et al. | FBG-based smart textiles for continuous monitoring of respiratory movements for healthcare applications | |
| Nedoma et al. | Noninvasive fetal heart rate monitoring: validation of phonocardiography-based fiber-optic sensing and adaptive filtering using the NLMS algorithm | |
| Nedoma et al. | SMART medical polydimethylsiloxane for monitoring vital signs of the human body | |
| CZ306857B6 (cs) | Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla | |
| Gupta | Biomedical sensors and data acquisition | |
| Garanin et al. | Methods for measuring respiratory rate based on the analysis of chest wall movements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20200519 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20240312 |