SE528188C2 - Apparat för identifiering av bibrotaktila tröskelvärden på mekanoreceptorer i huden - Google Patents

Description

528 188 2. ln-oppsdels känslighet för tryck och vibration och som inkluderar en vibrerande stimulator för att anbringa en kontrollerad och kompenserad vibrationslcrafi på ett finger (eller annan kroppsdel) hos patienten och en styrmekani för att driva den vibrerande stimulatorn I US 5,002,065 (LaCourse et. al.) beskrivs en metod för att erhålla en välkontrollerad amplitud och acceleration hos den vibrerande staven med hjälp av ett återkopplat reglersystem. Detta innebär att amplituden och accelerafionen kommer vara oberoende av den kontaktkrafl som appliceras på den vibrerande staven. Den använda "baktrycksmonitorn" mäter accelerationen på den vibrerande staven utan hänsyn till anlåggningskrafien (kontaktkraften) mot staven vilket avsevärt minskar testens tillförlitlighet.

I US 5,433,21l (Brammer et. al.) styrs kontaktkrafien mot den vibrerande staven via en komplicerad motviktsmekanism utan att mäta den verkliga kontaktkraften. Denna komplexitet ökar sannolikheten för att få fel i matuppställningen utan någon kontroll av själva mätuppställningen, d.v.s. uppmätta vibrotaktila kânseltrösklar (VKT) kan registreras med felaktig kontaktkrafi utan åtgärd, vilket minskar testets tillförlitlighet.

I Patent US 5,673,703, (Fisher et. al.) beskrivs en apparat för automatisk testning av den vibrotaktila responsen hos en patient. I den föredragna beskrivningen av uppfinningen används en generell dator för att styra fimktionen av systemet och för att registrera och lagra patientens respons Indentering och vibrationer fi-arnställs med en motor och en icke centrerad rotation som driver den vibrerande staven. En fiekvensmodulerad signal genererad av datom används för att styra motom som i sin tur driver den vibrerande staven. Denna apparat är undermålig efiersom olika storlek på kontaktkraflen kommer att påverka både motorns hastighet (frekvens) och amplituden på den vibrerande staven. I själva verket kommer den beskrivna principen för att generera stavens rörelser att mäta vibrotaktila känsel trösklar (VKT) med mycket låg precision och noggrannhet, p.g.a. en tmderlägsen kontrollmekanism och testuppställning. Sålunda kommer uppmätta VKT att variera starkt beroende på den applicerade kontaktkraften som på intet sätt är kontrollerad och följaktligen försämrar testens pålitlighet. 20 25 30 528 188 5 I W00059377Al (LaCourse et. al.) mäts den applicerade kontaktkraften indirekt genom att mäta den aktuella kraften på ett omgivande kontaktstöd på vilken fingret vilar under testet. Denna metod fordrar mer komplex utrustning och större kraft för den aktuella kontaktkraften jämfört med att mäta utan omgivande kontaktstöd. En större kontaktkrafi fordrar också en starkare (större) vibrator som förbrukar mer effekt vilket ökar både fysisk vikt och tillverkningskostnad för instrumentet.

Sammanfattning av uppfinningen En uppfinning för att kontrollera och övervaka den statiska och dynamiska ~ kontaktkraften mellan hud och en vibrerande stav. Detta är mycket viktigt vid mätning av Vibrotaktila Känsel Trösklar (VKT), för att ß exakta testförutsätmingar (mätuppställning) och därmed uppnå nödvändig mätprecision.

Kort beskrivning av figurer Figur 1; Systemet för reglering av kontaktkrafien innehåller ett Mikrodatorsystem (1) innefattande en mikroproeessor och interface elektronik med AD och DA omvandlare, vidare innehåller den en förstkkare (2) vilken förstärker en analog signal från Mikro Dator Systemet (1), den förstärkta signalen driver den Elektrodynamiska Vibratorn (3). Den förutnämnda vibratom (3) är en elektrodynamisk komponent med tillhörande vibrerande stav (8), som rör sig när en ström eller spänning tillförs nämnda komponent.

Sändare (4); En sändare som sänder ut någon typ av signal. Denna signal kan vara en optisk stråle (ljus) eller ett elektriskt eller magnetiskt filt.

Apertur (5); En apertur tex. ett hål eller en lins vilken begränsar eller fokuserar den utsända signalen i rymden. Aperturen är ett tillägg som inte fordras om den utsända signalen är tillräckligt avgränsad i rymden. Detektor (6); En komponent som detekterar statisk och dynamisk spatial position för en vibrerande stav (8) genom att mäta den från sändaren (4) utsända signalen på ett lämpligt sätt. Hud/lrroppsdel (7); En mänsklig del av kroppen t.ex.ettfingerellerentâsompressasmedkraftenFmotdenvibrerande staven (8). Vibrerande stav (8); En stav som är fixerad på den rörliga delen 10 15 20 528 188 H t.ex. ett membran, i den Eleklrodynamiska Vibratom (3). Patient- återkopplingsenhet (9); Enhet som används av Mikro Dator Systemet (1) för att rapportera av avvikelser i positionen (10) orsakad av lcraften (F).

Spatial position (l0); Spatial position relativt en fix referensptmkt, origo.

Figur 2; Visar krafier och spatial position där i. år strömmen genom den Elektrodynamiska Vibratorn (3), Fc är kraften på den vibrerande staven, genererad av strömmen ie som styrs ut till den Elektrodynamiska Vibratom (3), Fs visar fiäderlnaften som verkar på den vibrerande staven då dess läge avviker från sitt jämviktsläge i den Eleklrrodynamiska Vibratorn (3), m är den rörliga massan (vibrerande stav + membran) i den Elektrodynamiska Vibratom (3), Fm är gravitatiomlnafien som verkar på den rörliga massan (m), F är den externa kontaktkrafien skapad av antingen en kalibreringskrafi (vikt) eller ett kontakttryck från en kroppsdel och x är den spatiala positionen (10) relativt en fix referenspunkt, origo.

Figur 3; Visar erforderlig detektorsignal i ett obalanserat system där xl är den spatíala positionen (10) för ett obelastat system och xcal är den spatiala positionen då är monterad på den vibrerande staven utan överlagrad DC ström (ic), d.v.s. då íc=0.

Figur 4; Visar erforderlig detektor signal i ett balanserat system. 5 20 25 30 528 188 5 Detaljerad beskrivning av uppñnningen Definitioner, förkortningar och abonyrner I nedanstående text har följande förkortningar definitioner använts: VKT Vibrotaktila Känsel Trösklar RFD Erforderlig förskjutning RF Erforderlig kraft CF Kontalctlcrafi SI Sensibility Index rms Kvadratiskt medelvärde Beskrivning Uppfinningen består av ett mätinstrument för screening eller diagnostisk och ett system för nämnda screening för perifera neuropatier. I sin mest grundläggande form inkluderar apparaten en yta som har en öppning-och ett omgivande stöd nmt öppningen för en vibrerande stav som är placerad i nämnda öppning och där nämnda stav har kontakt med fingerpulpan eller annan kroppsdel. Den föreslagna apparaten har en trycksensor för att känna av kontakttrycket som utövas av kroppsdelen på den vibrerande staven för att säkerställa att nämnda tryck ligger inom ett väl definierat intervall.

Detektionsprincip; kontaktkrafien (F) skapas av patienten genom att-trycka den kroppsdel som ska undersökas (7) mot den vibrerande staven(8).

Patienten kontrollerar den pâlagda kraften (7) genom att justera kraften (F) enligt rapporterat värde som presenteras på Patient-återkopplingsenhetenß).

Korrekt kontaktkrafi (F) är pâlagd då Patient-àterkopplingsenheten (9) visar ett fördefinierat värde t.ex. rätt färg, ljud, numeriskt värde e.dyl.

Den pålagda kraften mäts indirekt genom att mäta förändringen i den spatiala positionen (10) hos den vibrerande staven som en statisk förskjutning orsakad av kraften (F). Eftersom den vibrerande staven är monterad i ett fjäderupphängd mekanisk konstruktion kommer nämnda statiska förskjutning vara en linjär ftmktion av pålagd kontaktkraft. Därför kommer nämnda förskjutning bli ett indirekt mätt på den pälagda kraften, 20 25 30 528 188 b d.v.s. kraften (F) kan beräknas genom att mäta den uppkomna statiska förändringen av den spatíala positionen (10).

Då. den Elektrodynamiska vibratorn (3) är obelastad, d.v.s. utan någon extern pálagd kontaktkrafi (F) kan systemet kalibreras med hjälp av en fördefinierad känd kraft, Erforderlig kraft (RF) t.ex. en "kalibreríngs vikt".

Den uppkomna förskjutningen i den obelastade Elektrodynaniiska vibratorn (3) d.v.s. difierensen i det spatiala läget hos den vibrerande staven, med respektive utan "kalibreríngsvilctfl kommer då att motsvara en specifik lcrafi.

Förskjutningen orsakad av "kalibreringsvikten" betecknas som'"Erforderlig förskjutning" (RFD). Under en normal undersökning kommer RFD att användas som erforderlig statisk förskjutning vilken ska upprätthâllas tmder hela testeykeln.

En kontaktkraft (F) mindre eller större än RF kommer att visas på Patient- áterkopplingsenhetenß) som ett "för lågt värde" respektive ett "för högt värde". På Pafient-återkopplingsenheten (9) kan RFD t.ex. visualiseras som mittenvärdet på en optisk ljusstapel (bar graph array).

Den spatiala förskjutningen mäts av en Detektor (6) som detekterar signalen från Sändaren (4), i det fall en sådan används, efter att signalen harpasserat Aperturen(5). En eller två av dessa delar d.v.s. Sändaren (4) eller Aperturen(5) eller Detektom(6) kan vara placerade direkt på den Vibrerande staven (8) där åtminstone en av delarna skall vara spatialt fixerade.

Utsignalen fi-ån detektorn (6) motsvarar en spatial position (10) hos den vibrerande staven (8). Denna signal kan bli behandlad, t.ex. filtrerad och sedan omvandlad till en digital signal (DA-konvertering) i Mikrodator- systemet (1). Den digitala signalen avläses av en mikrodator som är en del av Mikrodator-systemet (1). Mikrodatorn jämför den inlästa digitala signalen, orsakad av kontaktkraflen (F), med ett i förhand lagrat värde som fi-amställts med hjälp av kalíbreringskraflen (RF). Därefter rapporterar Mikrodatorn differensen via Patient-återkopplingsenheten (9).

Istället för att upprätthålla en kalibrerad statisk förskjutning i den spatiala positionen (10), kan förskjutningen balanseras ut genom att överlagra en 20 25 30 528 188 i DC-ström (ic) i den elektriska strömsignalen som driver den Elektrodynamiska vibratorn (3). Detta kommer ge en motriktad kraft (Fc) för att balansera ut den applicerade kontaktkraften (F), vilken skall nollställa den statiska törskjutningen i den spatiala positionen (10) då korrekt statisk kontaktkrafi (F) appliceras av undersökt kroppsdel (7).

Den kalibrerade DC-strömmen (ie) genereras av mikrodatorsystemet (1) där signalen sedan kan förstärkas av Förstårkaren (2) för att kontrollera den Elektrodynamiska Vibratorn (3). Systemet kalibreras genom att först mäta den spatiala positionen (10) då systemet ej m' belastat d.v.s. utan någon pålagd kontakt krafi (F). Därpå monteras "kalibreringsvikt" på den vibrerande staven (8) då systemet fortfarande är obelastat, d.v.s. ingen ytterligare kraft (F) verkar förutom kalibreringsvikten. Den DC ström som krävs (ic) justeras automatiskt av Mikrodatorsystemet (1) så att den statiska förskjutningen i den spatiala positionen (10) blir noll, d.v.s. då den spatiala positionen är densamma som när ingen “kalibrerings vikt" är monterad på den vibrerande staven (8). Då den statiska fdrskjutningen är noll mäts erforderlig DC-ström (ic) och värdet lagras permanent i lvlikrodator- systemet (1).

Vid normal drift adderas den lagrade kalibrerade DC-strömmen (ic) till den elektriska strömsignal som- driver den Blektrodynamiska Vibratorn (3).

Kontaktkrafien skapad av en kroppsdel (7) kommer att orsaka en statisk förskjutning som måts av Detektom (6), som detekterar signalen fiån Sändaren (4), i det fall en sådan används, efier att signalen har passerat apermren (5). En eller två av dessa delar, d.v.s. Sändaren (4) eller Aperturen (5) eller Detektorn (6) kan vara placerade direkt på den Vibrerande staven (8) där åtminstone en av delarna skall vara spatialt fixerade.

Kontaktkraften (F) är densamma som kalibreringsvikten då den uppmätta statiska iörskjutningen för den spatiala positionen (10) är noll. En kontaktkraft®mindreåmsammasomellerstöneänkalibreringsvikten kommer att presenteras på Patient-återkopplingsenheten (9) som ett "iör lågt värde" lika respektive ett "tör högt värde". På Patient-återkopplingsenheten (9) kan kontakt kraften (F) visualiseras på t.ex. en optisk LED-ljusstapel (bar graph LED array). 20 25 30 528 188 8 Vid normal drift, d.v.s. då VKT registreras mäts den spatiala positionssignalen av Detektom (6). Denna signal kan bearbetas på vilket sätt som helst i Mikrodatorsystemet (1), tex. lågpassfiltreras. Den filtrerade signalen från detektorn (6) kommer att se ut ungefär som figur 3 eller som i figur 4 nedan, beroende på vilken metod som valts för att monitor-era den statiska kontaktkrafien (F) som appliceras av patienten (7). I dessa figurer motsvarar xl den spatiala positionen (10) för ett obelastat system och xcfl den spatiala positionen (10) då är monterad på den vibrerande staveni(8) utan pålagd DC-ström (ie).

Mätningen av VKT görs företrädesvis genom att mäta den verkliga accelerationen med en accelerometersensor monterad direkt på den vibrerande staven (8). För att öka precisionen är det även viktigt att mäta temperaturen på den del av huden som skall undersökas eftersom VKT kan variera med denna parameter. Hudtemperaturen kan mätas kontinuerligt under mätningen eller åtminstone i början d.v.s. just före påbörjad mätning.

Temperaturen kan mätas med t.ex. en temperatur-sensor monterad på den vibrerande staven (8) eller på något annat ställe på mätningsunusmingen.

Före en mätning skall apparaten utföra en självkalibrering för att säkerställa att erforderliga start förhållanden råder. Kalibreringen skall åtminstone inkludera en tarering av den spatiala positionen (10), en frekvenskontroll för att säkerställa att använda frekvenser ligger inom bestämda gränser och en mätning av bakgnmdsvibration (brus). Dessutom kan maximala och minimala registrerbara amplituder och aoeelerationer mätas under självkalibreringen.

Patient-återkopplingsenheten (9) används för att rapportera mätstatus till både operatören och patienten som testas. Före undersökningen skall apparaten visa nar den a: mig för matning (kanbfefing klar). Under mätningen skall enheten (9) visa status för applieerad hudkontaktkrafi (F), d.v.s. om kraften är för hög för låg eller inom angivna gränser. Använd återkopplingsprincip kan tex. baseras på ljus tex. en vara en' LED- stapel/"lamp-array" med olika ñrger, en blinkande lampa eller en LED med olika blinkande frekvenser eller någon typ av numerisk eller grafisk display, för att presentera status. En hörbar återkopplingssignal (högtalare eller 20 25 30 528 188 Û hörlurar) kan även användas som Patient-âterkopplingsenhet (9) där en kombination av olika frekvenser och/eller amplituder kan användas för att representera status.

Som en extra finess är det även möjligt att automatiskt kompensera registrerade VKT om applicerad hudkontaktkraft (F) ligger utanför tillåtna gränser d.v.s. då kraften är antingen för stor eller för liten.

För dessa fall utnyttjas den spatiala vibrationsamplituden (medelvärdet), registrerad via Detektom (6), för att kompensera den felaktiga kontaktkraflen (F). Om den applicerade hudkontaktluaften (F) är för liten i ett balanserat system (fig. 4)|kommer det uppmätta medelvärdet (X) av den spatiala positionen (10) att vara större än X1 i figur 4.

Kompensationen, X-Xl kan|då räknas om till en acceleration, vilket skall adderas till den registrerade accelerationen för att få en kompenserad VKT, Samma princip kan användas om den applícerade hudkontaktkrafien (F) är för hög i ett balanserat systern. I detta fall kommer avläst difïerens (X-Xl) vara negativ vilket motsvlarar en negativ acceleration. Den avlasta accelerationen skall därvid minskas med motsvarande accelerationsvärde (absolutbeloppet) beräknat differensen (X-X1).

En komplett testcykel omfattar följande steg: 1. Operatören startar en mätning genom att trycka på en start knapp eller genom att skicka ett startkbmmando till instrumentet. 2. Instrumentet startar med* en självkalibrering, vilket visas på Patient- awrroppfingsenheæn (9). ba sjnvkaubrefingen sf nunnan: indikeras man för mätning på Patient-återkopplingsenheten (9). 3. Patienten som ska undersökas applicerar aktuell kroppsdel tex. ett finger på staven (8) varvid Patient-återkopplíngsenheten (9) rapporterar applicerad hudkonfaktkralfi (F). Vid detta tillfille kan en integrerad temperatursensor på staven (8) mäta hudtemperatliren. Alternativt kan temperaturen mätas på anpat sätt strax före det att lcroppsdelen placeras på staven (8). 10 20 25 30 528 188 IO 4. Då den applicerade hudkontaktkrafien ligger inom angivna gränser börjar staven (8) vibrera enligt en fördefinierad tilltagande sekvens där amplituden ökas. 5. Då patienten känner en vibration trycker denne ned en tryckknapp, vilket kommer slå om vibrationen till en avtagande sekvens. Under den avtagande sekvensen håller patienten trycklmappen nere tills han/hon inte känner vibrationerna längre. 6. Då patienten släpper txyckknappen, d.v.s. då han/hon inte känner någon vibration, kommer instrumentet att (åter slå om till en tilltagande sekvens och proceduren upprepas från punkt 5 igen och fortsätter på_ detta vis tills en fiillständig testsekvens är genomförd. En komplett testsekvens inkluderar byte av vibrafionsfiekvenser enligt ett fördefinierat schema. 7. Vibrationsexitationen upphör då VKT har registrerats för alla erforderliga frekvenser. Registrerade VKT kan därefter jämföras med normaldata från friska personer. Resultaten visas för operatören som tex. ett SI-värde vilket är en absolut siffra som visar om patienten är frisk eller inte, d.v.s. i termer av neuropati eller inte.

Under testcykeln enligt punkt 5 och 6 ovan övervakas den applicerade hudkontakthafien kontinuerligt genom att mäta den spatiala positionen (10). Uppmätt spatial position (10) omvandlas till en kontaktkrafi (F) vilken kontinuerligt rapporteras via Patient-återkopplingsenheten (9). Patienten registrerar utsignalen och justerar kontaktkrafien efter behov. Instrumentet kan göra en intern beräkning för att justera uppmätta VKT om patienten ort otillräcklig eller ingen justering. VKT registreras som medelvärdet av uppmätt max och min acceleration (rms värden) under tilltagande och avtagande amplitud cykel.

Obalanserat system: Då en korrekt kontaktkrafi (F) appliceras av patienten (7) skall förskjutningen i dc-komponenten i den spatíala positionen (10) vara lika med (X1-Xcal). Om den uppmätta förskjutning är större måste patienten minska d applicerade hudko (F) och vice versa, d.v.s. öka applicerad hudkontaktkrafi (F) om förskjutning är för liten. Med denna 528 188 ll metod krävs ingen överlagrad DC-snömkomponent (ic) i den elektriska signal som driver den Elektrodynamiska Vibratorn (3).

Balanserat system: En de-ström adderas till den elektriska signal som driver den Elektrodynamiska Vibratom (3). Då denna ström (ie) adderats och då korrekt kontaktkrafl (F) erhålls från patienten (7), skall tic-komponenten i den spatiala position signalen (10) vara lika med xl, vilket motsvarar en nollställd (utbalanserad) spatial förskjutning. Om den uppmätta spatiala positionen (10) är mindre än xl måste patienten minska den appliceravde hudkontaktkraflen (F) och vice versa, d.v.s. öka applicerad hudkontaktlcrafi (F) om den spatiala positionen (10) är större än xl. 20 528 188 12 Spatial detektering Den spatiala positionen kan mätas på många sätt men den grundläggande principen an nu seven (s) fzsfflyuns då en knnppsanl (7) nynknr men manen (F) på den vibrerande staven (8). Den spatiala positionen (10) och den efterföljande rörelsen kommer att förändra signalen fiån Sändaren (4) och Detektom (6) mäter denna spatiala förändring av den utsända signalen. I detta avseende kan Sändaren (4) monteras direkt på staven (8) varvid Detektom (6) har en fix placering i rummet. Alternativt kan Detektom (6) monteras direkt på staven (8) om Sändaren (4) har en fix placering i rummet. Som ett andra alternativ kan både Sändaren (4) och Detektom (6) ha en fix placering i rummet varvid aperturen (5) monteras direkt på den vibrerande staven (8). Kombinationen Sändare (4) och Detektom (6) utgör ettmatchatpardärolika teknikerkananvändas ochnågraexempel är: Sändare (4) Detektor (6) Light Emitting Diode, LED Position Sensitive Detector (PSD) LASER Diode Position Sensifive Detector (PSD) Light Emitting Diode, LED Photo detector LASER Diode Photo detector Permanent Magnet Magnetic field sensor Electro Magnet Magnetic field sensor

Claims (6)

10 15 20 25 30 528 188 ß Patentkrav

1. En apparat för testning eller screening av perifera neuropatier, på ett hudområde hos ett testobj ekt, bestående av; -minst ett stöd för att stödja en kroppsdel innefattande nämnda hudområde som skall testas, -minst en vibrerande komponent innefattande kontaktelement som placeras på nämnda hudområde på ett sätt sådant att kontakten mellan nänmda kontaktelement och nämnda hudområde kan regleras, varvid nämnda víbrerande komponent vibrerar med specifika frekvenser, -minst ett element för att styra frekvensen för att erhålla en känd frekvens i signalen till nämnda vibrerande komponent, -ett reglersystem för att styra amplituden i nämnda signal med nämnda kända frekvens i en stigande och fallande amplitudsekvens, -ett kontaktelement vilket manövreras av närrmda testobjekt för att skapa en responssignal till nämnda reglersystem som en respons på den stigande och fallande amplituden i signalen med nämnda kända frekvens, nämnda reglersystem innefattar vidare komponenter för att beräkna medelvärdet av de vibrotaktila känseltrösklarna, vilka registreras med hjälp av nämnda responssignal, kännete cknat av det element som används för att få den kontinuerliga hudkontaktkraften mellan nämnda hudområde och nämnda kontaktelement att ligga inom ett tördefinierat intervall; nänmda element består av en sändare (4) och en detektor (6) för att mäta den spatiala positionsfdrändringen (10) hos närrmda sändares utsända signal och där en erforderlig DC-ström (ie) justeras automatiskt av ett mikrodatorsystem (1) så att den spatiala förskjutningen (10) blir noll.

2. En apparat enligt krav 1 där nämnda sändare (4) antingen sänder ut ljus eller ett elektromagnetiskt tält och där nämnda detektor (6) antingen detekterar fotoelektriska fält eller en detektor som detekterar magnetiska fält. l0 528 188 IL!

3. En apparat enligt krav 1-2 där den kontinuerliga kontaktkraften, mellan nämnda hudområde och nämnda kontaktelement, kompenseras med hjälp av en åter-kopplad kraftkompenseríngsenhet.

4. En apparat enligt krav 1-3 där nämnda vibrotaktila känsel- tröskelvärden registreras genom att mäta den verkliga accelerationen från en accelerometer.

5. En apparat enligt krav 1-4 där en återkopplingsenhet (9) utnyttjar en âterkopplingsprincip baserad på ljus: såsom LED, lamp-array, blinkande LED eller ljus, eller någon form av grafisk eller numerisk display.

6. En apparat enligt krav 1-5 där temperaturen mäts på nämnda hudområde före och under hela testet.