CZ36880U1 - A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient - Google Patents

A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient Download PDF

Info

Publication number
CZ36880U1
CZ36880U1 CZ2023-40692U CZ202340692U CZ36880U1 CZ 36880 U1 CZ36880 U1 CZ 36880U1 CZ 202340692 U CZ202340692 U CZ 202340692U CZ 36880 U1 CZ36880 U1 CZ 36880U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
vibration sensor
pulse wave
patient
sensors
control unit
Prior art date
Application number
CZ2023-40692U
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Filip StudniÄŤka
Studnička Filip RNDr., Ph.D.
Richard Cimler
Cimler Richard Ing., Ph.D.
Jan Štěpán
Štěpán Jan Ing., Ph.D.
Jan Šlégr
Šlégr Jan doc. RNDr., Ph.D.
Damián BUŠOVSKÝ
Damián Mgr. Bušovský
Original Assignee
Univerzita Hradec Králové
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Hradec Králové filed Critical Univerzita Hradec Králové
Priority to CZ2023-40692U priority Critical patent/CZ36880U1/en
Publication of CZ36880U1 publication Critical patent/CZ36880U1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.In the registration procedure, the Industrial Property Office does not determine whether the subject of the utility model meets the conditions of eligibility for protection according to § 1 of Act. E. 478/1992 Coll.

Systém pro měření rychlosti pulsní vlny aorty a sledování změny ABI indexu u ležícího pacientaA system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient

Oblast technikyField of technology

Předkládané technické řešení se týká sytému, který umožňuje neinvazivní monitorování parametrů hemodynamiky souvisejících s progresí aterosklerózy, přičemž konkrétně se týká systému pro měření rychlosti pulsní vlny aorty a pro sledování změny indexu kotníkových tlaků, tzn. ABI indexu, u ležícího pacienta.The presented technical solution relates to a system that enables non-invasive monitoring of hemodynamic parameters related to the progression of atherosclerosis, and specifically relates to a system for measuring the speed of the aortic pulse wave and for monitoring changes in the ankle pressure index, i.e. ABI index, in the supine patient.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současném stavu techniky jsou známa řešení zabývající se měřením rychlosti pulsní vlny aorty a ABI indexu (z anglického Ankle-Brachial index, tj. indexu kotníkových tlaků či také indexu kotník-paže), který dává do poměru velikost arteriálních tlaků na zápěstí a na kotnících. V patentové literatuře se jedná např. o dokumenty CN 104 970 781 B, US 2010 0 292 586 A1, TW 516 951 B, US 9 854 976 B2, EP 1 500 910 B1 či US 10 390 716 B2, přičemž tyto patenty jsou založené na modifikaci známých metod, jako je ultrazvuková či oscilometrická metoda, případně na využití fotopletysmografů.In the current state of the art, there are solutions dealing with measuring the speed of the aortic pulse wave and the ABI index (from the English Ankle-Brachial index, i.e. the index of ankle pressures or the ankle-arm index), which gives a ratio of the magnitude of the arterial pressures on the wrists and ankles . In the patent literature, these are e.g. documents CN 104 970 781 B, US 2010 0 292 586 A1, TW 516 951 B, US 9 854 976 B2, EP 1 500 910 B1 or US 10 390 716 B2, while these patents are based on the modification of known methods, such as the ultrasound or oscillometric method, or on the use of photoplethysmographs.

Existuje také množství odborných publikací, které popisují změny měření v závislosti na fyziologických vlastnostech člověka či v závislosti na různých patologiích a které se týkají příslušných měřicích přístrojů. Jmenovat lze např. článek A new device for automatic measurements of arterial stiffness and ankle-brachial index (Cortez-Cooper, 2003), který popisuje automatizaci stávajících metod, jako je aplanační tonometrie a další, nebo články Measurement and Interpretation of the Ankle-Brachial Index (Aboyans, 2012), Pitfalls in the ankle-brachial index and brachial-ankle pulse wave velocity (Ato, 2018), Comparison of aortic pulse wave velocity measured by three techniques: Complior, SphygmoCor and Arteriograph (Rajzer, 2008) či Novel Methods for Pulse Wave Velocity Measurement (Pereira, 2015).There are also a number of professional publications that describe measurement changes depending on the physiological characteristics of a person or depending on various pathologies and which refer to the relevant measuring devices. Examples include the article A new device for automatic measurements of arterial stiffness and ankle-brachial index (Cortez-Cooper, 2003), which describes the automation of existing methods such as applanation tonometry and others, or the articles Measurement and Interpretation of the Ankle-Brachial Index (Aboyans, 2012), Pitfalls in the ankle-brachial index and brachial-ankle pulse wave velocity (Ato, 2018), Comparison of aortic pulse wave velocity measured by three techniques: Complior, SphygmoCor and Arteriograph (Rajzer, 2008) or Novel Methods for Pulse Wave Velocity Measurement (Pereira, 2015).

Bylo by nicméně vhodné přijít s řešením nového systému, který by se vyznačoval jednoduchou konstrukcí a který by umožňoval neinvazivní, či dokonce bezkontaktní měření parametrů hemodynamiky souvisejících s progresí aterosklerózy. Především by bylo žádoucí přijít s řešením, které by umožnovalo neinvazivní měření rychlosti pulsní vlny aorty s ohledem na pacientovo dýchání. Požadované řešení by zároveň mělo umožňovat sledování změny ABI indexu, přičemž např. nízká hodnota ABI indexu může indikovat zúžení nebo zablokování tepen v nohách.However, it would be advisable to come up with a solution for a new system that would be characterized by a simple design and that would allow non-invasive or even non-contact measurement of hemodynamic parameters related to the progression of atherosclerosis. Above all, it would be desirable to come up with a solution that would allow non-invasive measurement of the speed of the aortic pulse wave with respect to the patient's breathing. At the same time, the desired solution should enable the monitoring of the change in the ABI index, whereby, for example, a low value of the ABI index may indicate a narrowing or blockage of the arteries in the legs.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky do jisté míry odstraňuje systém pro měření rychlosti pulsní vlny aorty a sledování změny ABI indexu u ležícího pacienta. Podstata systému dle předkládaného technického řešení spočívá v tom, že zahrnuje alespoň jeden první senzor vibrací pro umístění v laterální linii v oblasti srdce, alespoň jeden druhý senzor vibrací pro umístění v laterální linii v lumbální oblasti, řídicí jednotku spojenou s alespoň jedním prvním senzorem vibrací a s alespoň jedním druhým senzorem vibrací a výpočetní modul.To a certain extent, the above-mentioned shortcomings are eliminated by the system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change in the ABI index in a lying patient. The essence of the system according to the presented technical solution is that it includes at least one first vibration sensor for placement in the lateral line in the heart region, at least one second vibration sensor for placement in the lateral line in the lumbar region, a control unit connected to at least one first vibration sensor and at least one other vibration sensor and a computing module.

Hlavní výhoda předkládaného technického řešení spočívá v tom, že umožňuje neinvazivní a také bezkontaktní měření rychlosti pulsní vlny. Samotné měření je pro pacienta pohodlné a neobtěžující, neboť senzory nemusejí přijít do přímého kontaktu s jeho tělem. Systém také umožňuje sledování změny ABI indexu, čehož lze využít např. v případech, kdy pacient leží na lůžku po dobu několika dní nebo déle.The main advantage of the presented technical solution is that it enables non-invasive and also non-contact measurement of pulse wave speed. The measurement itself is comfortable and unobtrusive for the patient, as the sensors do not have to come into direct contact with his body. The system also enables monitoring of the change in the ABI index, which can be used, for example, in cases where the patient lies in bed for several days or longer.

- 1 CZ 36880 U1- 1 CZ 36880 U1

Výpočetní modul je výhodně uzpůsoben pro výpočet doby doběhu pulsní vlny na základě dat z alespoň jednoho prvního senzoru vibrací a alespoň jednoho druhého senzoru vibrací a pro výpočet rychlosti pulsní vlny. Z hodnot rychlosti pulsní vlny lze usuzovat na míru progrese aterosklerózy. Doba doběhu pulsní vlny navíc obecně kolísá s tím, jak pacient dýchá, neboť při dýchání dochází ke změně nitrohrudního tlaku a se změnou tohoto tlaku se mění také krevní tlak. Pro spolehlivé měření rychlosti pulsní vlny je proto na základě dat ze senzorů stanoveno, kdy se pacient nadechl a kdy vydechl, a výpočetní modul je uzpůsoben pro stanovení různých dob doběhu pulsní vlny při výdechu a při nádechu pacienta.The computing module is advantageously adapted for calculating the pulse wave run-off time based on data from at least one first vibration sensor and at least one second vibration sensor and for calculating the speed of the pulse wave. The rate of progression of atherosclerosis can be inferred from the values of the pulse wave speed. In addition, the pulse wave's decay time generally fluctuates with how the patient breathes, because intrathoracic pressure changes during breathing, and blood pressure also changes with this pressure change. For reliable measurement of the pulse wave speed, it is therefore determined on the basis of the data from the sensors when the patient inhaled and when he exhaled, and the calculation module is adapted to determine different pulse wave decay times during exhalation and inhalation of the patient.

Systém dále výhodně zahrnuje alespoň jeden analogově digitální převodník spojený s alespoň jedním prvním senzorem vibrací a s alespoň jedním druhým senzorem vibrací. Díky analogově digitálnímu převodníku lze analogový signál ze senzorů vibrací převést na digitální signál, který je již možné zpracovat řídicí jednotkou nebo jej zaslat do jiné části systému, např. bezdrátovým spojením na vzdálený server.The system further advantageously includes at least one analog-to-digital converter connected to at least one first vibration sensor and to at least one second vibration sensor. Thanks to the analog-to-digital converter, the analog signal from the vibration sensors can be converted into a digital signal, which can already be processed by the control unit or sent to another part of the system, e.g. via a wireless connection to a remote server.

Prvním senzorem vibrací a druhým senzorem vibrací jsou výhodně piezoelektrické senzory. Tyto senzory nemusejí být upevněny k pacientovi, a umožňují tak bezkontaktní měření. Zároveň se vyznačují dostatečnou citlivostí pro zaznamenání příslušných vibrací.The first vibration sensor and the second vibration sensor are preferably piezoelectric sensors. These sensors do not have to be attached to the patient, and thus enable non-contact measurements. At the same time, they are characterized by sufficient sensitivity to record the relevant vibrations.

Prvním senzorem vibrací a druhým senzorem vibrací mohou být tříosé gyroskopy uzpůsobené pro upevnění k tělu pacienta. Tyto senzory mohou být k tělu pacienta např. přilepeny.The first vibration sensor and the second vibration sensor may be three-axis gyroscopes adapted to be attached to the patient's body. These sensors can be glued to the patient's body, for example.

Systém dále výhodně zahrnuje vzdálený server a řídicí jednotka zahrnuje komunikační modul, přičemž vzdálený server je komunikačně spojený s řídicí jednotkou pomocí komunikačního modulu. Vzdálený server (tzv. cloud) může sloužit nejen k ukládání či zobrazování naměřených dat nebo vypočítaných hodnot, ale také k provedení všech potřebných výpočtů, především tedy k výpočtu rychlosti pulsní vlny.The system further advantageously includes a remote server and the control unit includes a communication module, wherein the remote server is communicatively connected to the control unit by means of a communication module. A remote server (the so-called cloud) can be used not only to store or display measured data or calculated values, but also to perform all the necessary calculations, primarily to calculate the pulse wave speed.

Komunikačním modulem je výhodně Wi-Fi modul, přičemž komunikační spojení mezi řídicí jednotkou a vzdáleným serverem je bezdrátové. Tím je eliminována potřeba kabeláže pro spojení se vzdáleným serverem.The communication module is preferably a Wi-Fi module, and the communication connection between the control unit and the remote server is wireless. This eliminates the need for cabling to connect to a remote server.

Výpočetní modul je výhodně součástí vzdáleného serveru. V tomto provedení není nutné mít příliš výkonnou, a tudíž nákladnou řídicí jednotku, neboť řídicí jednotka neprovádí detailní analýzu naměřeného signálu, ale tento signál zasílá pro další zpracování (tj. provedení výpočtů) na vzdálený server. Vzdálený server může poskytovat také uživatelsky přívětivější a přehlednější výstup.The computing module is preferably part of the remote server. In this embodiment, it is not necessary to have a very powerful and therefore expensive control unit, because the control unit does not perform a detailed analysis of the measured signal, but sends this signal to a remote server for further processing (i.e. performing calculations). A remote server can also provide a more user-friendly and clear output.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:The essence of the technical solution is further clarified on examples of its implementation, which are described using the attached drawings, where on:

obr. 1 je schematicky znázorněno uspořádání systému dle předkládaného technického řešení v prvním příkladném provedení se zjednodušeným znázorněním pacienta na lůžku.Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement of the system according to the presented technical solution in the first exemplary embodiment with a simplified representation of the patient on the bed.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution

Technické řešení bude dále objasněno na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.The technical solution will be further explained on examples of implementation with reference to the relevant drawings.

Předmětem předkládaného technického řešení je systém pro měření rychlosti pulsní vlny aorty a sledování změny ABI indexu u ležícího pacienta 9, přičemž tento systém v prvním příkladném provedení zahrnuje alespoň jeden první senzor 1 vibrací pro umístění v laterální linii v oblasti srdce, alespoň jeden druhý senzor 2 vibrací pro umístění v laterální linii v lumbální oblasti, řídicíThe subject of the presented technical solution is a system for measuring the velocity of the pulse wave of the aorta and monitoring the change in the ABI index in a lying patient 9, while this system in the first exemplary embodiment includes at least one first vibration sensor 1 for placement in the lateral line in the region of the heart, at least one second sensor 2 vibrations for placement in the lateral line in the lumbar region, control

- 2 CZ 36880 U1 jednotku 3, výpočetní modul 4 a vzdálený server 6. V prvním příkladném provedení systému je výpočetní modul 4 součástí vzdáleného serveru 6. Pro větší přehlednost a lepší logickou návaznost textu bude v rámci příkladných uskutečnění nejprve detailně popsáno uspořádání systému a provedení jeho jednotlivých součástí a následně bude podrobněji popsáno zpracování dat výpočetním modulem 4.- 2 CZ 36880 U1 unit 3, computing module 4 and remote server 6. In the first exemplary embodiment of the system, the computing module 4 is part of the remote server 6. For greater clarity and better logical continuity of the text, the layout of the system and implementation will first be described in detail within the framework of the exemplary implementations its individual components and then the processing of data by computing module 4 will be described in more detail.

V prvním příkladném provedení, jak je schematicky znázorněno na obr. 1, zahrnuje systém skupinu prvních senzorů 1 vibrací a skupinu druhých senzorů 2 vibrací, přičemž skupina prvních senzorů 1 vibrací zahrnuje jeden či více prvních senzorů 1 vibrací a skupina druhých senzorů 2 vibrací zahrnuje jeden či více druhých senzorů 2 vibrací.In the first exemplary embodiment, as shown schematically in Fig. 1, the system includes a group of first vibration sensors 1 and a group of second vibration sensors 2, wherein the group of first vibration sensors 1 includes one or more first vibration sensors 1 and the group of second vibration sensors 2 includes one or more second sensors 2 vibrations.

Skupina prvních senzorů 1 vibrací je umístěná v laterální linii v oblasti srdce a je uzpůsobená pro zaznamenávání signálu pro určení mechanického triggeru stahu srdečního svalu, který indikuje vznik pulsní vlny aorty. Pulsní vlna aorty odpovídá jednomu úderu srdce, při kterém je vytlačena krev ze srdce do aorty a následně do jednotlivých tepen a dalších cév. Vytlačení a transport krve jsou spojeny s nárůstem krevního tlaku v cévách, který v druhé fázi srdečního cyklu poklesne. Vrchol pulsní vlny odpovídá nejvyšší hodnotě tlaku, kterého je dosaženo, naopak minimum pulsní vlny odpovídá nejnižší hodnotě krevního tlaku. Při srdečním pulsu tak dochází k mechanickým vzruchům, tj. vibracím, které se šíří aortou a jednotlivými cévami. Skupina prvních senzorů 1 vibrací je dále uzpůsobená pro zaznamenávání mechanických vibrací souvisejících s pacientovým 9 dýcháním, přičemž ze signálu získaného prvními senzory 1 vibrací lze určit, kdy se pacient nadechl a kdy vydechl.The first group of vibration sensors 1 is located in the lateral line in the region of the heart and is adapted to record a signal to determine the mechanical trigger of contraction of the heart muscle, which indicates the emergence of a pulse wave of the aorta. The aortic pulse wave corresponds to one heartbeat, during which blood is pushed from the heart into the aorta and then into individual arteries and other vessels. The ejection and transport of blood are associated with an increase in blood pressure in the vessels, which decreases in the second phase of the cardiac cycle. The peak of the pulse wave corresponds to the highest value of the pressure that is reached, while the minimum of the pulse wave corresponds to the lowest value of the blood pressure. During the heart pulse, mechanical excitations occur, i.e. vibrations that spread through the aorta and individual vessels. The group of first vibration sensors 1 is further adapted to record mechanical vibrations related to the patient's 9 breathing, whereby it can be determined from the signal obtained by the first vibration sensors 1 when the patient inhaled and when he exhaled.

Skupina druhých senzorů 2 vibrací je umístěná v laterální linii v lumbální oblasti a je uzpůsobená pro detekci pulsní vlny aorty, tj. pro detekci mechanického vzruchu, který ke skupině druhých senzorů 2 vibrací dorazí za určitou dobu od stahu srdečního svalu, přesněji řečeno od okamžiku, kdy je pomocí prvních senzorů 1 vibrací detekován mechanický trigger stahu srdečního svalu. Tato doba se také nazývá jako doba doběhu pulsní vlny a jedná se o časový parametr, pomocí něhož lze při znalosti vzájemné vzdálenosti skupiny prvních senzorů 1 vibrací a skupiny druhých senzorů 2 vibrací určit rychlost pulsní vlny. Tyto výpočty provádí výpočetní modul 4, jak bude přiblíženo níže.The group of second sensors 2 vibrations is located in the lateral line in the lumbar region and is adapted to detect the pulse wave of the aorta, i.e. for the detection of a mechanical stimulus that arrives at the group of second sensors 2 vibrations after a certain time from the contraction of the heart muscle, more precisely from the moment, when the mechanical trigger of contraction of the heart muscle is detected using the first sensors 1 vibrations. This time is also called the pulse wave run-up time and is a time parameter that can be used to determine the speed of the pulse wave, knowing the mutual distance of the first vibration sensor group 1 and the second vibration sensor group 2. These calculations are performed by the calculation module 4, as will be explained below.

V prvním příkladném provedení senzorů vibrací jsou prvními senzory 1 vibrací a druhými senzory 2 vibrací piezoelektrické senzory, přičemž měřený mechanický vzruch způsobuje deformaci krystalu v senzoru, a generuje tak elektrické napětí, tj. analogický signál odpovídající vibracím. V prvním příkladném provedení jsou první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací integrovány do samotného lůžka 8, na němž pacient 9 leží, např. jsou uloženy pod matrací. Tím je zajištěno bezkontaktní měření, neboť první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací nejsou v přímém kontaktu s tělem pacienta 9. Alternativně mohou být první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací umístěny na lůžku 8 a pacient 9 na nich leží, nicméně nemusejí být k tělu pacienta 9 přímo upevněny. Alternativně mohou být první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací připevněny přímo k tělu ležícího pacienta 9, konkrétně k jeho zádům. Alternativně mohou být první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací připevněny k jiné části těla pacienta, např. první senzory 1 vibrací k jeho hrudi a druhé senzory 2 vibrací k jeho břišní části. Alternativně jsou prvními senzory 1 vibrací nebo druhými senzory 2 vibrací jiné typy senzorů, např. tenzometrické senzory nebo tříosé gyroskopy, přičemž v případě použití tříosých gyroskopů musí být tyto tříosé gyroskopy upevněny, např. nalepeny, na tělo pacienta 9. Snímací frekvence prvních senzorů 1 vibrací a druhých senzorů 2 vibrací je výhodně alespoň 200 Hz.In the first exemplary embodiment of vibration sensors, the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 are piezoelectric sensors, whereby the measured mechanical excitation causes deformation of the crystal in the sensor, and thus generates an electrical voltage, i.e. an analog signal corresponding to the vibrations. In the first exemplary embodiment, the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 are integrated into the bed 8 itself, on which the patient 9 lies, e.g. they are stored under the mattress. This ensures non-contact measurement, as the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 are not in direct contact with the body of the patient 9. Alternatively, the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 can be placed on the bed 8 and the patient 9 is lying on them, but they do not have to be directly attached to the patient's body 9. Alternatively, the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 can be attached directly to the body of the lying patient 9, specifically to his back. Alternatively, the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 can be attached to another part of the patient's body, eg the first vibration sensors 1 to his chest and the second vibration sensors 2 to his abdomen. Alternatively, the first vibration sensors 1 or the second vibration sensors 2 are other types of sensors, e.g., strain gauge sensors or three-axis gyroscopes, and if three-axis gyroscopes are used, these three-axis gyroscopes must be fixed, e.g., glued, to the patient's body 9. The sensing frequency of the first sensors 1 vibration and second sensors 2 vibration is preferably at least 200 Hz.

Ať už je však provedení senzorů vibrací jakékoliv z výše popisovaných možností, pro správnou funkci systému musí být skupina prvních senzorů 1 vibrací při měření umístěná v laterální linii v oblasti srdce a skupina druhých senzorů 2 vibrací musí být při měření umístěná v laterální linii v lumbální oblasti, tj. v oblasti pod bedry. Laterální linií je myšlená linie, která prochází ležícím tělem pacienta 9 mezi jeho chodidly a hlavou, případně je s touto linií rovnoběžná a prochází nad pacientem 9 či pod ním. Vertikální poloha této laterální linie přitom není podstatná, stejně jakoRegardless of whether the design of the vibration sensors is any of the options described above, for the proper functioning of the system, the first group of 1 vibration sensors must be located in the lateral line in the heart area during the measurement, and the second group of 2 vibration sensors must be located in the lateral line in the lumbar area during the measurement , i.e. in the area below the hips. The lateral line is an imaginary line that passes through the lying body of the patient 9 between his feet and his head, or is parallel to this line and passes above or below the patient 9. At the same time, the vertical position of this lateral line is not essential, as well as

- 3 CZ 36880 U1 není podstatná přesná vertikální poloha prvních senzorů 1 vibrací a druhých senzorů 2 vibrací vůči této laterální linii, tj. např. to, zda jsou první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací umístěny pod matrací, pod pacientem, na jeho zádech či hrudi, respektive na břiše. Pomocí laterální linie tak lze popsat polohu jednotlivých částí těla a např. definovat oblast hlavy či oblast dolních končetin apod. Pro účely této přihlášky je takto definována oblast srdce v laterální linii a lumbální oblast v laterální linii.- 3 CZ 36880 U1 the exact vertical position of the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 relative to this lateral line is not essential, i.e. whether the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 are located under the mattress, under the patient, on his back or chest, or on the stomach. Using the lateral line, the position of individual parts of the body can be described and, for example, the area of the head, the area of the lower limbs, etc. can be defined. For the purposes of this application, the area of the heart in the lateral line and the lumbar area in the lateral line are defined in this way.

Skupina prvních senzorů 1 vibrací a skupina druhých senzorů 2 vibrací je spojená s řídicí jednotkou 3. Řídicí jednotka 3 ve svém prvním příkladném provedení zahrnuje analogově digitální převodník 5 pro převedení analogového, typicky napěťového, signálu z prvních senzorů 1 vibrací a druhých senzorů 2 vibrací na digitální signál a také komunikační modul 7 zajišťující komunikační spojení řídicí jednotky 3 se vzdáleným serverem 6, tzv. cloudem, kam jsou digitální data zasílána pro další zpracování. Analogově digitální převodník je spojený se skupinou prvních senzorů 1 vibrací a se skupinou druhých senzorů 2 vibrací, nicméně alternativně může systém zahrnovat také více analogově digitálních převodníků 5, které jsou se senzory spojeny jednotlivě. Jeden či více analogově digitálních převodníků 5 také nemusí být přímou součástí řídicí jednotky 3, ale může být zapojený před řídicí jednotkou 3, tj. na vstupu řídicí jednotky 3. Systém dále může zahrnovat jeden nebo více zesilovačů zapojených na výstupu prvních senzorů 1 vibrací a/nebo druhých senzorů 2 vibrací a na vstupu analogově digitálního převodníku 5 pro zesílení naměřeného signálu. Systém může také zahrnovat více řídicích jednotek 3, např. tak, že každý z prvních senzorů 1 vibrací nebo z druhých senzorů 2 vibrací má svou vlastní řídicí jednotku 3.A group of first vibration sensors 1 and a group of second vibration sensors 2 is connected to a control unit 3. In its first exemplary embodiment, the control unit 3 includes an analog-to-digital converter 5 for converting the analog, typically voltage, signal from the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 to digital signal and also the communication module 7 ensuring the communication connection of the control unit 3 with the remote server 6, the so-called cloud, where the digital data is sent for further processing. The analog-to-digital converter is connected to a group of first vibration sensors 1 and to a group of second vibration sensors 2, however, alternatively, the system may also include multiple analog-to-digital converters 5 that are connected to the sensors individually. One or more analog-to-digital converters 5 also do not have to be a direct part of the control unit 3, but can be connected before the control unit 3, i.e. at the input of the control unit 3. The system can also include one or more amplifiers connected at the output of the first sensors 1 of vibrations and/ or other vibration sensors 2 and at the input of the analog-to-digital converter 5 for amplifying the measured signal. The system may also include multiple control units 3, e.g. such that each of the first vibration sensors 1 or of the second vibration sensors 2 has its own control unit 3.

Komunikační modul 7 je v prvním příkladném provedení realizován jako Wi-Fi modul, a řídicí jednotka 3 je tedy se vzdáleným serverem 6 spojená bezdrátově prostřednictvím technologie Wi-Fi. Komunikační spojení mezi řídicí jednotkou 3 a vzdáleným serverem 6 může být alternativně provedeno také jinak, např. pomocí jiné bezdrátové technologie, případně pomocí kabelu, např. pomocí síťového kabelu ethernet.In the first exemplary embodiment, the communication module 7 is realized as a Wi-Fi module, and the control unit 3 is thus connected to the remote server 6 wirelessly via Wi-Fi technology. The communication connection between the control unit 3 and the remote server 6 can alternatively also be implemented differently, e.g. using another wireless technology, possibly using a cable, e.g. using an Ethernet network cable.

V prvním příkladném provedení systému dle předkládaného technického řešení zahrnuje vzdálený server 6 výpočetní modul 4 pro provedení potřebných výpočtů, především pro stanovení rychlosti pulsní vlny. Pro stanovení rychlosti pulsní vlny je tedy digitální signál zaslán z řídicí jednotky 3 do vzdáleného serveru 6 a je zde zpracován výpočetním modulem 4, přičemž způsob zpracování dat a také potřebné kalibrace bude podrobněji popsán níže. Výsledné informace jsou uživateli zobrazeny např. na webu, počítači, mobilním telefonu či jiném vhodném zařízení. V alternativním příkladném provedení systém rovněž zahrnuje vzdálený server 6, na kterém je možné ukládat či zobrazovat naměřená data, nicméně výpočetní modul 4 je v tomto provedení součástí řídicí jednotky 3. To znamená, že výpočty probíhají přímo v řídicí jednotce 3 spojené se senzory, a nikoliv na vzdáleném serveru 6. V dalším alternativním provedení je výpočetní modul 4 rovněž součástí řídicí jednotky 3, přičemž systém namísto vzdáleného serveru 6 zahrnuje displej pro zobrazení naměřeného signálu a výsledných parametrů. Tento displej může být uspořádán např. na vnější straně lůžka 8. V takovém provedení zajišťuje komunikační modul 7 komunikaci s displejem.In the first exemplary embodiment of the system according to the presented technical solution, the remote server 6 includes a calculation module 4 for performing the necessary calculations, especially for determining the speed of the pulse wave. To determine the speed of the pulse wave, the digital signal is sent from the control unit 3 to the remote server 6 and is processed there by the computing module 4, while the method of data processing and also the necessary calibration will be described in more detail below. The resulting information is displayed to the user, for example, on the website, computer, mobile phone or other suitable device. In an alternative exemplary embodiment, the system also includes a remote server 6, on which it is possible to store or display measured data, however, in this embodiment, the calculation module 4 is part of the control unit 3. This means that the calculations take place directly in the control unit 3 connected to the sensors, and not on the remote server 6. In another alternative embodiment, the computing module 4 is also part of the control unit 3, whereby the system instead of the remote server 6 includes a display for displaying the measured signal and the resulting parameters. This display can be arranged, for example, on the outside of the bed 8. In such an embodiment, the communication module 7 ensures communication with the display.

V následující části bude popsáno zpracování dat výpočetním modulem 4, které je ve své podstatě stejné ve všech výše uvedených příkladných provedeních, tj. ať už výpočty probíhají na vzdáleném serveru 6 či přímo v řídicí jednotce 3.In the following section, data processing by the calculation module 4 will be described, which is essentially the same in all the above-mentioned exemplary embodiments, i.e. whether the calculations take place on the remote server 6 or directly in the control unit 3.

Výpočetní modul 4 je uzpůsoben pro určení mechanického triggeru stahu srdečního svalu, který indikuje vznik pulsní vlny aorty, na základě signálu z prvních senzorů 1 vibrací. Určení mechanického triggeru stahu srdečního svalu je provedeno metodou balistokardiografie známou z článku Application of mechanical trigger for unobtrusive detection of respiratory disorders from body recoil micro-movements (Cimr, 2021), tj. přímo z naměřených dat, aniž by bylo nutné použít elektrokardiograf. Konkrétně je mechanický trigger stahu srdečního svalu určen jako lokální maximum tzv. monitorovací funkce, která je získána na základě délky oblouku (Euclidean arc length), tj. na základě invariantu vypočítaného z naměřených dat. Tímto způsobem je určenThe calculation module 4 is adapted to determine the mechanical trigger of the contraction of the heart muscle, which indicates the formation of a pulse wave of the aorta, based on the signal from the first sensors 1 of vibrations. The determination of the mechanical trigger of contraction of the heart muscle is carried out by the ballistocardiography method known from the article Application of mechanical trigger for unobtrusive detection of respiratory disorders from body recoil micro-movements (Cimr, 2021), i.e. directly from the measured data, without the need to use an electrocardiograph. Specifically, the mechanical trigger of heart muscle contraction is determined as the local maximum of the so-called monitoring function, which is obtained on the basis of the Euclidean arc length, i.e. on the basis of an invariant calculated from the measured data. This is how it is intended

- 4 CZ 36880 U1 mechanický trigger stahu srdečního svalu pro každý úder srdce, tj. jsou detekována všechna lokální maxima monitorovací funkce. Naměřená data jsou při zpracování filtrována metodou klouzavého průměru.- 4 CZ 36880 U1 mechanical trigger of heart muscle contraction for each heartbeat, i.e. all local maxima of the monitoring function are detected. The measured data are filtered during processing using the moving average method.

Výpočetní modul 4 je dále uzpůsoben pro výpočet rychlosti pulsní vlny aorty, přičemž pro výpočet absolutní hodnoty rychlosti pulsní vlny je nejprve potřeba změřit vzdálenost mezi prvními senzory 1 vibrací a druhými senzory 2 vibrací. Dále je pro výpočet rychlosti pulsní vlny výpočetním modulem 4 stanovena tzv. doba doběhu pulsní vlny, a to jako časový rozdíl detekce mechanického triggeru stahu srdečního svalu prvním senzorem 1 vibrací a detekce pulsní vlny druhým senzorem 2 vibrací. Rychlost pulsní vlny je následně získána jako podíl uvedeného časového rozdílu a hodnoty vzdálenosti prvních senzorů 1 vibrací a druhých senzorů 2 vibrací. Z hodnoty rychlosti pulsní vlny je možné usuzovat na míru progrese aterosklerózy, přičemž v praxi obecně platí, že vyšší hodnota rychlosti pulsní vlny indikuje vyšší riziko a vyšší míru progrese aterosklerózy. Doba doběhu pulsní vlny nicméně kolísá s tím, jak pacient 9 dýchá, neboť při dýchání dochází ke změně nitrohrudního tlaku a se změnou tohoto tlaku se mění také krevní tlak. Pro spolehlivé měření rychlosti pulsní vlny je proto na základě dat z prvních senzorů 1 vibrací stanoveno, kdy se pacient 9 nadechl a kdy vydechl, a výpočetním modulem 4 jsou stanoveny různé doby doběhu při výdechu a při nádechu pacienta 9. Stanovení nádechu a výdechu je provedeno pomocí sledování periodických nárůstů a poklesů signálu vyhlazeného metodou klouzavého průměru přes okno s dobou 1,5 s, které odpovídá dýchání. Pro správnou funkci systému je dále provedena jeho kalibrace, která je provedena následovně.The calculation module 4 is further adapted to calculate the speed of the pulse wave of the aorta, and to calculate the absolute value of the speed of the pulse wave, it is first necessary to measure the distance between the first sensors 1 of vibrations and the second sensors of 2 vibrations. Furthermore, for calculating the speed of the pulse wave, the so-called pulse wave run-up time is determined by the calculation module 4, as the time difference between the detection of the mechanical trigger of the contraction of the heart muscle by the first sensor 1 vibration and the detection of the pulse wave by the second sensor 2 vibrations. The speed of the pulse wave is subsequently obtained as the ratio of the specified time difference and the distance value of the first sensors 1 vibration and the second sensors 2 vibrations. From the value of the pulse wave velocity, it is possible to infer the rate of progression of atherosclerosis, while in practice it is generally true that a higher value of the pulse wave velocity indicates a higher risk and a higher rate of progression of atherosclerosis. However, the pulse wave decay time fluctuates with how the patient 9 breathes, because intrathoracic pressure changes during breathing, and blood pressure also changes with this pressure change. For reliable measurement of the pulse wave speed, based on the data from the first vibration sensors 1, it is therefore determined when the patient 9 inhaled and when he exhaled, and the calculation module 4 determines the different deceleration times during exhalation and during inhalation of the patient 9. Determination of inhalation and exhalation is carried out by tracking the periodic rises and falls of the moving average smoothed signal over a 1.5 s window corresponding to respiration. For the proper functioning of the system, its calibration is carried out as follows.

Kalibrace spočívá v tom, že pacient 9 nejprve leží v klidu po dobu pěti minut s nohama nataženýma na lůžku 8 a první senzory 1 vibrací a druhé senzory 2 vibrací provádějí měření popsané výše. Poté je pacientovi 9 změřen tlak tonometrem na ruce i na noze. Následně jsou nohy pacienta 9 podloženy podložkou (např. krabicí) s definovanou výškou a poté pacient 9 opět leží v klidu po dobu pěti minut, tentokrát však s nohama podloženýma podložkou. Nakonec je pacientovi 9 opět změřen tlak tonometrem na ruce i na noze. Tímto způsobem jsou získána data odpovídající čtyřem různým doběhům pulsní vlny pro čtyři různé případy - nádech s nepodloženýma nohama, výdech s nepodloženýma nohama, nádech s podloženýma nohama a výdech s podloženýma nohama. Z výšky podložení nohou je možné určit změnu hydrostatického tlaku, která přímo souvisí se změnou nitrohrudního tlaku, a tudíž také se změnou krevního tlaku na horních a dolních končetinách. Při kalibraci je také změřena vzdálenost skupiny prvních senzorů 1 vibrací a skupiny druhých senzorů 2 vibrací, jak bylo zmiňováno výše.The calibration consists in the fact that the patient 9 first lies still for five minutes with his legs stretched out on the bed 8 and the first vibration sensors 1 and the second vibration sensors 2 perform the measurements described above. After that, patient 9's pressure is measured with a tonometer on the arm and leg. Subsequently, the legs of the patient 9 are supported by a mat (e.g. a box) with a defined height and then the patient 9 lies still for five minutes again, but this time with the legs supported by the mat. Finally, patient 9 has his blood pressure measured again with a tonometer on his arm and leg. In this way, data corresponding to four different pulse wave decays are obtained for four different cases - inhaling with unsupported legs, exhaling with unsupported legs, inhaling with supported legs and exhaling with supported legs. From the height of the feet, it is possible to determine the change in hydrostatic pressure, which is directly related to the change in intrathoracic pressure, and therefore also to the change in blood pressure in the upper and lower limbs. During calibration, the distance of the first sensor group of 1 vibration and the second sensor group of 2 vibrations is also measured, as mentioned above.

Kromě měření rychlosti pulsní vlny umožňuje systém díky kalibraci také sledování absolutní hodnoty krevního tlaku při stálé poloze pacienta 9 a také sledování změny ABI indexu. Sledování změny ABI indexu je konkrétně prováděno tak, že je vypočítána první hodnota jako rozdíl doběhu pulsní vlny v případě nádechu s podloženýma nohama a nádechu s nepodloženýma nohama a dále druhá hodnota jako rozdíl doběhu pulsní vlny v případě výdechu s podloženýma nohama a výdechu s nepodloženýma nohama. V případě, že pacientovi 9, který může na lůžku ležet dny, v budoucnu opět podložíme nohy, můžeme sledovat, zda se tyto dvě hodnoty změnily. Pokud ano, lze říci, že došlo ke změně ABI indexu.In addition to measuring the pulse wave speed, the system also enables, thanks to calibration, the monitoring of the absolute value of blood pressure at a constant position of the patient 9, as well as the monitoring of changes in the ABI index. The monitoring of the change in the ABI index is specifically performed by calculating the first value as the difference in the pulse wave deceleration in the case of inhaling with supported legs and inhaling with unsupported legs, and then the second value as the difference in the deceleration of the pulse wave in the case of exhaling with supported feet and exhaling with unsupported legs . In the event that patient 9, who may be in bed for days, is re-suppressed in the future, we can monitor whether these two values have changed. If so, it can be said that the ABI index has changed.

Claims (8)

1. Systém pro měření rychlosti pulsní vlny aorty a sledování změny indexu kotníkových tlaků, tzn. ABI indexu, u ležícího pacienta (9), vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jeden první senzor (1) vibrací pro umístění v laterální linii v oblasti srdce, alespoň jeden druhý senzor (2) vibrací pro umístění v laterální linii v lumbální oblasti, řídicí jednotku (3) spojenou s alespoň jedním prvním senzorem (1) vibrací a s alespoň jedním druhým senzorem (2) vibrací a výpočetní modul (4).1. A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change in the index of ankle pressures, i.e. ABI index, in a lying patient (9), characterized in that it includes at least one first vibration sensor (1) for placement in the lateral line in the heart region, at least one second vibration sensor (2) for placement in the lateral line in the lumbar region, a control unit (3) connected to at least one first vibration sensor (1) and to at least one second vibration sensor (2) and a computing module (4). 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že výpočetní modul (4) je uzpůsoben pro výpočet doby doběhu pulsní vlny na základě dat z alespoň jednoho prvního senzoru (1) vibrací a alespoň jednoho druhého senzoru (2) vibrací a pro výpočet rychlosti pulsní vlny.2. The system according to claim 1, characterized in that the computing module (4) is adapted to calculate the pulse wave run-up time based on data from at least one first vibration sensor (1) and at least one second vibration sensor (2) and to calculate the speed pulse waves. 3. Systém podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že dále zahrnuje alespoň jeden analogově digitální převodník (5) spojený s alespoň jedním prvním senzorem (1) vibrací a s alespoň jedním druhým senzorem (2) vibrací.3. The system according to any one of the preceding claims 1 and 2, characterized in that it further comprises at least one analog-to-digital converter (5) connected to at least one first vibration sensor (1) and to at least one second vibration sensor (2). 4. Systém podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že prvním senzorem (1) vibrací a druhým senzorem (2) vibrací jsou piezoelektrické senzory.4. The system according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the first vibration sensor (1) and the second vibration sensor (2) are piezoelectric sensors. 5. Systém podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že prvním senzorem (1) vibrací a druhým senzorem (2) vibrací jsou tříosé gyroskopy uzpůsobené pro upevnění k tělu pacienta (9).5. The system according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the first vibration sensor (1) and the second vibration sensor (2) are three-axis gyroscopes adapted to be attached to the patient's body (9). 6. Systém podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že systém dále zahrnuje vzdálený server (6) a řídicí jednotka (3) zahrnuje komunikační modul (7), přičemž vzdálený server (6) je komunikačně spojený s řídicí jednotkou (3) pomocí komunikačního modulu (7).6. The system according to any one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the system further comprises a remote server (6) and the control unit (3) comprises a communication module (7), wherein the remote server (6) is communicatively connected to the control unit (3) using the communication module (7). 7. Systém podle nároku 6, vyznačující se tím, že komunikačním modulem (7) je Wi-Fi modul, přičemž komunikační spojení mezi řídicí jednotkou (3) a vzdáleným serverem (6) je bezdrátové.7. The system according to claim 6, characterized in that the communication module (7) is a Wi-Fi module, while the communication connection between the control unit (3) and the remote server (6) is wireless. 8. Systém podle kteréhokoli z předcházejících nároků 6 a 7, vyznačující se tím, že výpočetní modul (4) je součástí vzdáleného serveru (6).8. The system according to any one of the preceding claims 6 and 7, characterized in that the computing module (4) is part of the remote server (6).
CZ2023-40692U 2023-01-25 2023-01-25 A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient CZ36880U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2023-40692U CZ36880U1 (en) 2023-01-25 2023-01-25 A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2023-40692U CZ36880U1 (en) 2023-01-25 2023-01-25 A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ36880U1 true CZ36880U1 (en) 2023-02-24

Family

ID=85384251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2023-40692U CZ36880U1 (en) 2023-01-25 2023-01-25 A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ36880U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9833151B2 (en) Systems and methods for monitoring the circulatory system
US11224385B2 (en) Method for determining a person's sleeping phase which is favourable for waking up
JP5984088B2 (en) Noninvasive continuous blood pressure monitoring method and apparatus
CN105342591B (en) For measuring the body worn system of continuous non-invasive blood pressure (cNIBP)
EP3451901B1 (en) A method and apparatus for determining at least one of a position and an orientation of a wearable device on a subject
EP2501278B1 (en) Apparatus for sensing blood flow and hemodynamic parameters
JP2003511101A (en) Apparatus and method for continuous non-invasive determination of physiological properties
US11678809B2 (en) Apparatus and method for determining a calibration parameter for a blood pressure measurement device
Inan Recent advances in cardiovascular monitoring using ballistocardiography
Diaz et al. Heart rate detection from single-foot plantar bioimpedance measurements in a weighing scale
JP6670376B2 (en) A method and apparatus for estimating the aortic pulse transit time (aortic PTT) from time differences measured between a plurality of reference points on a ballistocardiogram (BCG wave).
WO2008007361A2 (en) Wearable, ambulatory, continuous, non-invasive blood pressure measuring method and system
KR20180081138A (en) And apparatus for estimating arterial pulse delivery time from end-region measurement
Motoi et al. Development of a fully automated network system for long-term health-care monitoring at home
CZ36880U1 (en) A system for measuring the speed of the aortic pulse wave and monitoring the change of the ABI index in a supine patient
CN116058812A (en) Detection device and system convenient for patient wearing
JP2008307307A (en) Evaluation method of blood vessel function, and apparatus for the same
EP0188508A1 (en) Apparatus for determining the respiratory behaviour of a patient
JP2001190507A (en) Blood pressure measuring method and hemady namometer
Romano et al. Smart Vest And Adaptive Algorithm For Vital Signs And Physical Activity Monitoring: A Feasibility Study
Monalisa et al. Investigation of Pulse Rate and ABPI (Ankle-Brachial Pressure Index) in Relax Condition and after Exercise
WO2024030554A1 (en) Systems, assemblies, and methods for assessment and management of congestion in heart failure
Córdova-Fraga et al. Biomagnetic Validation to Skin Level for Blood Pressure Curves and Venous
Lategola et al. A Device and Method for Rapid Indirect Measurement of Human Systolic and Diastolic Blood Pressures

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20230224