FI125005B

FI125005B - Menetelmä ja laite kudoksen paineen mittaamiseksi

Info

Publication number: FI125005B
Application number: FI20105077A
Authority: FI
Inventors: Tapani Taskinen; Aki Backman
Original assignee: Hld Healthy Life Devices Oy
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2015-04-30
Also published as: FI20105077A; FI20105077A0; WO2011092379A1; US20130245454A1; EP2528500A1; US9724004B2; EP2528500A4

Description

MENETELMÄ JA LAITE KUDOKSEN PAINEEN MITTAAMISEKSI

KEKSINNÖN ALA

Keksintö koskee yleisesti kudoksen paineen mittaamiseen. Erityisesti keksintö koskee kudoksen paineen mittaamista turvotuksen alaisesta kudoksesta alipaineeseen perustuvalla mittalaitteella.

TEKNIIKAN TASO

Kudoksen turvotus, esimerkiksi ihon lymfaturvotus, laskimoperäinen turvotus tai myös lihasvaurioissa syntyvät turvotukset, ovat ongelma, jonka hoitamiseksi käytetään puristetuotteita kuten puristesukkia tai puristekäsineitä. Puristetuotteiden mitoituksessa ongelmana on sopivan puristepaineen määrittäminen.

Eräs menetelmä turvotuksen mittaamiseksi perustuu käsin tai sormin tunnusteluun ja mittanauhalla mittaamiseen. Eräissä tekniikan tason mukaisissa mittalaitteissa kudosta painetaan mekaanisella painimella, jolloin mekaanisesti tuotettu voima mitataan ja sen perusteella lasketaan turvotuksen tai kudospaineen muutos. Eräissä tekniikan tason mukaiset ratkaisut ovat bioimpedanssiin perustuvia kudosnestetilan mittaamislaitteita sekä invasiivisia kudoksen sisään asetettavia paineantureita. US-patentissa 5,484,399 esitetään menetelmä ja laite kudospaineen alentamiseksi. Laite käsittää myös kudospainemittarin. Laitteessa on neulamaisia, pitkiä putkia, joiden terävässä päässä on ainakin yksi reikä. Laite työnnetään kudokseen ja putkista imetään ilmaa, jolloin kudoksessa oleva nesteen paine on suurempi kuin putkessa oleva paine. Näin kudoksesta siirtyy nestettä putkeen ja kudoksen paine alenee. Kudospainemittari on sijoitettu yhteen putkista.

Fl-patentissa 109651 esitetään menetelmä kudosturvotuksen mittaamiseksi. Menetelmässä sähkömagneettinen anturi asetetaan kiinni ihon pinnalle, jolloin anturin kapasitanssi on verrannollinen ihon ja ihon alaisen kudoksen dielektrisyyskertoimeen, joka puolestaan on verrannollinen ihon vesipitoisuuteen. Turvotus määritetään mittaamalla sähkömagneettisen anturin kapasitanssi korkealla taajuudella, kuten 20-500 MHz. US-patentissa 6,186,962 esitetään menetelmiä ja laitteita kudospaineen mittaamiseksi. Eräässä keksinnön mukaisessa laitteessa on levymäinen osa, joka asetetaan kiinni kudokseen. Levyssä on aukko sauvalle, jota työnnetään kohti kudosta, jolloin sauvaan kohdistuvista voimista päätellään kudoksen paine.

Edellä esitetyt tekniikan tason mukaisten laitteiden mittausmenetelmiin sisältyy epävarmuustekijöitä, kuten ihon ja sähkömagneettisen anturin välinen rajapinta ja kudoksen vesimäärän luonnollinen vaihtelu. Lisäksi mittaukset voivat olla potilaalle erittäin epämukavia, kuten esimerkiksi mainitut invasiiviset menetelmät.

KEKSINNÖN TAVOITE Tämän keksinnön tavoitteena on tarjota menetelmä ja laite kudoksen paineen määrittämiseksi ei-invasiivisella tavalla hyödyntäen kudoksen omaa painetta ja kimmoisuutta.

KEKSINNÖN LYHYT KUVAUS

Keksinnön mukaiselle laitteelle kudoksen paineen mittaamiseksi on tunnusomaista, että laite käsittää painekammion, välineet painekammion paineen mittaamiseksi ja välineet alipaineen aiheuttaman ihokudoksen nouseman mittaamiseksi.

Erään suoritusmuodon mukainen laite käsittää lisäksi keskusyksikön, joka käsittää välineet tiedon prosessoimiseksi ja tallentamiseksi.

Erään toisen suoritusmuodon mukainen laite käsittää lisäksi paineistusyksikön, joka on järjestetty alipaineen aikaansaamiseksi painekammioon.

Erään kolmannen suoritusmuodon mukainen laite käsittää lisäksi välineet kudoksen paineen määrittämiseksi mitatun ihokudoksen nouseman ja mitatun painekammion paineen avulla. Ihokudoksen nousemaa ja/tai painekammion painetta voidaan mitata myös ajan funktiona kudoksen paineen määrittämiseksi.

Erään neljännen suoritusmuodon mukaisessa laiteessa välineet ihokudoksen nouseman mittaamiseksi käsittävät ainakin yhden etäisyysanturin. Etäisyysanturi voi olla esimerkiksi infrapuna-anturi, laser-anturi tai tonometri. Laitteessa voi olla lisäksi välineet verenpaineen mittaamiseksi ja/tai ihon alaisten kudosten kuvantamiseksi.

Keksinnön mukainen menetelmä kudoksen paineen mittaamiseksi on tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet alipaineen luomiseksi kudoksen pinnalle, mainitun alipaineen mittaamiseksi, alipaineen aiheuttaman kudoksen nouseman mittaamiseksi, ja kudoksen paineen määrittämiseksi mitatun alipaineen ja mitatun kudoksen nouseman perusteella.

Eräässä menetelmän suoritusmuodossa mitataan alipainetta ja/tai kudoksen nousemaa ajan funktiona kudoksen paineen määrittämiseksi.

Keksinnön eräs etu on siinä, että se ei ole invasiivinen eikä kudokseen johdeta sähkövirtaa eikä magneettikenttää. Ihon tai kudoksen pinnalle luodaan alipaine, jolloin mittauksessa hyödynnetään kudoksen omaa sisäistä painetta ja kudoksen kimmoisia ominaisuuksia. Mittauksessa on mahdollista hyödyntää myös ylipainetta tai ylipaineen ja alipaineen yhdistelmää.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitetyihin edullisiin suoritusmuotoisiin ja oheisiin kuviin, joissa kuvio 1 esittää erään yksinkertaisen suoritusmuodon mukaisen mittalaitteen, kuvio 2 esittää erään monipuolisemman suoritusmuodon mukaisen mittalaitteen, kuvio 3 esittää erään suoritusmuodon mukaisen mittalaitteen geometriaa, ja kuvio 4 havainnollistaa ihon nouseman ja käytettävän alipaineen yhteyttä.

Kuviossa 1 on esitettynä erään yksinkertaisen suoritusmuodon mukainen mittalaite kudoksen paineen mittaamiseksi. Suoritusmuodon mukainen mittalaite käsittää keskusyksikön 2, paineistusyksikön 6 ja painekammion 10. Painekammion 10 yhteydessä on lisäksi paineanturi 12 ja etäisyysanturi 14. Etäisyysanturi 14 voi olla esimerkiksi infrapunalla, näkyvällä valolla, laserilla tai radiotaajuuksilla toimiva lähetin-vastaanotin tai tonometri, jossa on mekaanisesti ulos työntyvä osa, jonka liike mitataan etäisyyden 16 mittaamiseksi. Paineantureita ja/tai etäisyysantureita voi olla useita.

Keskusyksikkö 2 käsittää välineet tiedon prosessoimiseksi ja tallentamiseksi sekä ohjelmien ajamiseksi. Keskusyksikkö 2 on yhdistetty paineistusyksikköön 6, joka puolestaan on yhdistetty painekammioon 10. Paineistusyksikkö 6 on järjestetty luomaan alipaine painekammioon 10 poistamalla väliainetta, esimerkiksi ilmaa tai vettä, painekammiosta kudoksen 20 nouseman aikaansaamiseksi.

Paineistusyksikköön 10 muodostettavan alipaineen vaikutuksesta sisäinen paine kudosvälitilassa/soluvälitilassa, verisuonissa ja imusuonissa laajentaa kudoksen tilavuutta ja venyttää ja/tai kohottaa ihoa, joka on kimmoinen. Aluksi laajentuneen kohdan kudospaine on pienempi kuin ympäröivässä kudostilassa. Kudosvälitilaneste/soluvälitilaneste, veri ja imuneste siirtyvät korkeammasta paineesta kohti matalampaa painetta ja täyttävät laajentuneen tilavuuden. Näin iho kohoaa siihen asti, kunnes kudoksen kimmovoiman vaikutuksesta päädytään lopulta tasapainotilaan. Tasapainotilassa kudoksen kimmoisuuden ja painekammion ilmanpaineen aiheuttamat voimat vastaa suuruudeltaan kudoksen paineen voimaa.

Edellä mainitussa tapahtumassa paineanturin 12 antaman signaalin perusteella saadaan mitattua paine ja paineen muutos ajan funktiona ja samoin etäisyysanturin 14 mittausten perusteella tiedetään kudoksen ja/tai ihon nousema ajan funktiona. Mittaustulokset siirretään keskusyksikölle 2, jossa tieto tallennetaan ja prosessoidaan. Näiden mittausten perusteella keskusyksikkö laskee ihon ja/tai kudoksen kimmovoiman sekä edelleen ihon ja/tai kudoksen paineen tai turvotuspaineen.

Kuviossa 2 on esitettynä erään monipuolisemman suoritusmuodon mukainen mittalaite kudoksen paineen mittaamiseksi. Tämän suoritusmuodon mittalaite käsittää enemmän antureita ja/tai mittalaitteita kuin em. yksinkertaisen suoritusmuodon mittalaite. Etäisyysanturi 14 voi olla esimerkiksi infrapunalla, näkyvällä valolla, laserilla tai radiotaajuuksilla toimiva lähetin-vastaanotin tai tonometri, jossa on mekaanisesti ulos työntyvä osa, jonka liike mitataan etäisyyden 16 mittaamiseksi. Paineantureita ja/tai etäisyysantureita voi olla useita. Lisäksi paineanturia tai muuta anturia 13 voidaan käyttää sen voiman mittaamiseksi, jolla painekammiota tai muuta mittalaitteen osaa painetaan ihoa vasten. Näin voidaan kontrolloida ihon ja ihoa vasten tulevan mittalaitteen osan välistä kitkaa.

Suoritusmuodon mukaisessa laitteessa voi olla lisäksi välineet 15 ihon tai sen alaisen kudoksen ominaisuuksien mittaamiseksi ja/tai kuvantamiseksi. Kuvantaminen voi tapahtua esimerkiksi ultraäänellä, infrapunalla, röntgensäteillä, ja/tai muulla lääketieteessä kuvantamiseen käytetyllä menetelmällä. Mitattavia ominaisuuksia voivat olla esimerkiksi verenpaine, ihon lämpötila, ihon alaisten kudosten lämpötila. Ihon alaisilla kudoksilla tarkoitetaan yhtä tai useampaa kaikista ihon alla olevista kudoksista, kuten rasvakudos, lihakset, luut, jänteet, jne. Mainitut välineet 15 voivat sijaita painekammion 10 sisä- tai ulkopuolella sekä lisäksi useiden välineiden 15 tapauksessa sekä sisä- että ulkopuolella. Saatuja mittaustuloksia voidaan käyttää apuna turvotuspaineen laskemisessa.

Eräässä esimerkin omaisessa suoritusmuodossa turvotuspaineen laskemiseksi käytetään yhtälöitä, jotka perustuvat yksinkertaistettuun 2D-malliin ihon pinnan normaalin suuntaan vaikuttavan vakiopaineen alaisuudessa. Tämä on klassinen ”velaria”-ongelma, jossa käytetään elastista materiaalia. Kuviossa 3 on esitetty havainnollistava kuva tilanteesta ja yhtälöissä käytetyistä suureista. Yhtälöissä oletetaan, että kohonneen ihon kokonaisnousema h on pienempi kuin painekammion säde (h < L). Painekammion ihoa vasten asetettavan reunan oletetaan olevan pyöreä, jolloin reunan määrittelemää ihon nousema voidaan olettaa H-säteisen pallon kalotin muotoiseksi, kuten kuviossa 3 esitetystä poikkileikkauksesta on nähtävissä. Määritellään seuraavat arvot:

missä Pt on painekammion paine,

Pint on kudoksen sisäinen paine, turvotuspaine Patm on ympäristön ilmanpaine Tässä suoritusmuodossa oletetaan, että painekammion alla olevan ihon pituuden puolikas on L, joka on painekammion ihon vastaisen aukon säde. Kuviossa 4 on esitetty ihon kvalitatiivinen käyttäytyminen alipaineen alaisuudessa. Kuviosta 4 on nähtävissä kaksi aluetta. Ensimmäisellä alueella ilmenee ihon nouseman nopea kasvu, kun alipaine kytketään. Tätä jatkuu käännekohtaan (30) saakka, jossa kyseinen muutos hidastuu ja vaste alkaa saturoitua. Ensimmäinen alue näyttää myös vastaavan tilaa, jossa painekammiota ympäröivä ”löysä” iho liukuu alipaineen alaisuuteen ilman, että merkittävää elastista venymistä tapahtuu. Jos painekammion ihoa vasten tulevan pinnan ja ihon välinen kitka on suuri, kyseistä ihon liukumista ei välttämättä tapahdu ollenkaan.

Toinen alue vastaa ihon käyttäytymistä, kun kaikki mahdollinen ympäröivä löysä iho on jo tuotu painekammion alaisuuteen ja nouseman kasvu johtuu ihon elastisesta muodonmuutoksesta.

Kyseisen löysyyden selittämiseksi, määrittelemme parametrin a, joka on painekammion alla olevan muotoa muuttaneen ihon pituuden puolikkaan s ja normaalitilassa olevan ihon pituuden puolikkaan L suhde. Kyseinen arvo a riippuu ihon alaisesta alkuperäisestä paineesta ja määritellään:

ja parametrit ha\a Pa on määritelty kuviossa 4. Näin ollen painekammion alla olevan ihon pituuden puolikas s on mittauspaineen ollessa kytkettynä:

missä k on elastisuuskerroin, joka saadaan olettamalla, että:

Koska ihon muodonmuutokselle saatu ratkaisu pohjautuu ympyrän kaaren pituuteen, voidaan kuvion 2 trigonometrian perusteella saada seuraavat yhtälöt:

Yhdistämällä yhtälöt (6) ja (7) saadaan:

Näin ollen käyttämällä yhtälöitä (4) ja (8), voimme muotoilla seuraavan yhtälön:

Edellä esitetty ratkaisu pätee vain, kun AP0 <APa. Yhtälö (9) riippuu eristä, joka on myös AP0 :n funktio. Tämän vuoksi yhtälö saatetaan joutua ratkaisemaan iteratiivisesti käyttämällä alkuarvauksia AP0 :n arvona yhtälössä (2).

Turvotuspaineen laskemiseksi voidaan käyttää muitakin menetelmiä kuin edellä mainitussa esimerkissä esitettyä.

Alan ammattimiehelle on selvää että edellä esitetyt esimerkinomaiset suoritusmuodot ovat selityksen havainnollisuuden vuoksi rakenteeltaan ja toiminnaltaan verraten yksinkertaisia. Tässä patenttihakemuksessa esitettyä mallia noudattaen on mahdollista konstruoida erilaisia ja hyvin monimutkaisiakin ratkaisuja jotka hyödyntävät tässä patenttihakemuksessa esitettyä keksinnöllistä ajatusta.

Claims

1. Laite kudoksen paineen mittaamiseksi, joka laite käsittää: - painekammion (10), - paineistusyksikön (4), joka on järjestetty alipaineen aikaansaamiseksi painekammioon (10), - välineet (12) painekammion (10) paineen mittaamiseksi, ja - välineet (14) alipaineen aiheuttaman ihokudoksen nouseman mittaamiseksi, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää lisäksi keskusyksikön (2), joka käsittää välineet tiedon prosessoimiseksi ja tallentamiseksi sekä välineet kudoksen paineen määrittämiseksi mitatun ihokudoksen nouseman ja mitatun painekammion paineen avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut välineet keskusyksikössä (2) mittaavat ihokudoksen nousemaa ja/tai painekammion painetta ajan funktiona kudoksen paineen määrittämiseksi.

3. Jonkin patenttivaatimuksista 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut välineet (14) ihokudoksen nouseman mittaamiseksi käsittävät ainakin yhden etäisyysanturin.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi etäisyysanturi on infrapuna-anturi.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi etäisyysanturi on laser-anturi.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi etäisyysanturi on tonometri.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää lisäksi välineet sen voiman mittaamiseksi, jolla painekammiota (10) painetaan ihoa vasten.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää lisäksi välineet (15) verenpaineen mittaamiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää lisäksi välineet (15) ihon alaisten kudosten kuvantamiseksi.

10. Menetelmä kudoksen paineen mittaamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet: - alipaineen luominen kudoksen pinnalle, - mainitun alipaineen mittaaminen, - alipaineen aiheuttaman kudoksen nouseman mittaaminen, ja - kudoksen paineen määrittäminen mitatun alipaineen ja mitatun kudoksen nouseman perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alipainetta ja/tai kudoksen nousemaa mitataan ajan funktiona kudoksen paineen määrittämiseksi.