CZ28921U1 - Zařízení pro měření pohybu vestibulárních aparátů - Google Patents

Description

Zařízení pro měření pohybu vestibulárních aparátů

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro měření pohybu vestibulárních aparátů. Zařízení je určeno zejména k aplikaci v klinické neurologii s cílem umožnit lékaři měřit veškerá lineární a úhlová zrychlení vestibulárních aparátů u lékařských vyšetření, jako jsou unilaterální vyšetření na Barányho rotačním křesle, pulsní rotační test (vHIT) a vestibulámí autorotační test (VAT). Využití však nalezne kdekoliv, kde je potřeba určit pohyby vestibulárních aparátů.

Dosavadní stav techniky

Lékaři požadují možnost měřit veškeré lineární a úhlové pohyby vestibulárních aparátů. Znalost pohybu vestibulárních aparátů, který je vyvolán vnějším stimulem, je základním předpokladem správné diagnostiky, neboť parazitní vlivy, tj. nežádoucí pohyby hlavy, nepřesná stimulace a podobně, ztěžují interpretaci naměřených dat - videookulografie, elektrookulografie apod. Mezi stimuly v klinické neurologii patří například unilaterální rotace na Barányho křesle, vHIT, VAT apod.

Stávající systémy vHIT využívají jeden akcelerometr nebo gyro-akcelerometr umístěný v konstrukci brýlí pro videookulografii. Mezi tyto systémy patří například EyeSeeCam. A.H. Clarke využil umístění gyro-akcelerometru pod sedák Barányho křesla, měřená data však nereprezentují pohyby vestibulámího aparátu. Y.P.Danilov popisuje využití akcelerometrů kelektrotaktilní vestibulámí substituci. Akcelerometr je v tomto případě umístěn na superiomí straně jazyka. Podobné systémy využívají dále jednoduché umístění v helmě na povrchu hlavy. Využití akcelerometrů k měření nárazu se využívá při hodnocení helem pro americký fotbal, hokej, baseball a lakros. Porovnáním umístění akcelerometrů přímo v helmě oproti akcelerometrů vnáustku se zabýval M. Higgins. D. Handman se zmiňuje o využití umístění akcelerometrů v uchu resp. sluchátku pro analýzu zrychleních při nárazu hlavy. Všechny výše uvedené systémy s akcelerometry nebo gyro-akcelerometry však nereprezentují svým umístěním a měřením skutečný pohyb vestibulárních systémů, jelikož umístění snímačů pohybu se nachází mimo polohu vestibulámího systému člověka. Důvodem je, že tyto systémy jsou vyvinuty pro záznam pohybu anatomických bodů nacházejících se na povrchu hlavy. Dalším důvodem nemožnosti měření komplexních pohybů vestibulámího systému je, že jsou systémy opatřeny pouze jedním senzorem nebo měření pohybu vestibulámího systému neumožňuje konstrukce systému. Mezi komerční inerciální měřící systémy se třemi stupni volnosti patří: MTx, InertiaCube3, 3d-Bird, 3DM-DH. Tyto jednotky kombinují 3osý akcelerometr, 3osý gyroskop a často i 3osý magnetometr. Nicméně, tyto složitější systémy umožňují měřit také pouze pohyby anatomických bodů na povrchu hlavy, nikoliv pohyby anatomických struktur uvnitř hlavy.

K určování polohy hlavy se v biomedicínském inženýrství dále používají sledovací systémy pro analýzu pohybu v prostoru. Ty využívají principů analýzy obrazu z kamer, elektromagnetické pole, akustické signály apod. Nevýhodou kamerových systémů, jako jsou OptiTrack, Vicon, jsou zejména požadavky na prostorové rozmístění sledovacích prvků systému, tj. kamer kamerového systému. Tyto systémy neumožňují měřit rozsáhlejší pohyb a jsou cenově náročné oproti systémům gyroskopickým nebo akcelerometrickým. Druhou nevýhodou takovýchto systémů je nemožnost sledování komplexních třídimenzionálních pohybů z důvodu možnosti zakrytí markéru problematické využití například u Barányho křesla. Mezi elektromagnetické systémy patří například Fastrak, který je založen na detekci polohy pomocí přijímačů a vysílačů. Ultrazvukový princip využívá například systém Zebris. Nevýhodou je, že sledovaný objekt musí být ve vzdálenosti max. 2 metry, a také je přesnost měření těmito systémy negativně ovlivněna zdroji elektromagnetického pole či zdroji ultrazvuku, které se mohou nacházet v klinické praxi.

-1 CZ 28921 Ul

Podstata technického řešení

Nedostatky při měření stávajícími postupy jsou do značné míry odstraněny zařízením pro měření pohybu vestibulámích aparátů podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je, že sestává z helmice umístitelné na hlavu pacienta, která je konstrukcí uzpůsobena pro uchycení pěti jednotek gyroskopu a akcelerometrů tak, aby umožňovaly přesně měřit pohyby vestibulámího systému. Helmice je opatřena pěti posuvnými deskami umožňujícími přesné ustavení pěti jednotek gyroskopů a akcelerometrů. Posuvné desky jsou umístěny vjednotlivých anatomických rovinách - frontální, transverzální sagitální. Na každé posuvné desce je umístěna jednotka gyroskopu a akcelerometrů. Přesná poloha posuvných desek na helmici je zajištěna pomocí aretačních šroubů.

Posuvná deska okcipitální levá leží ve frontální rovině se středem na ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu.

Posuvná deska okcipitální pravá leží ve frontální rovině se středem na ose pravého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu.

Posuvná deska parietální levá leží v transverzální rovině se středem na ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na transverzální rovinu.

Posuvná deska parietální pravá leží v transverzální rovině se středem na ose pravého vestibulárního systému, která je kolmá na transverzální rovinu.

Posuvná deska temporální leží v sagitální rovině se středem na ose vestibulámích systémů, která je kolmá na sagitální rovinu.

Pět jednotek gyroskopů a akcelerometrů je navzájem propojeno datovými kabely. Data z jednotek gyroskopů a akcelerometrů jsou datovým kabelem vedena do vysílače bezdrátové komunikační jednotky. Vysílač bezdrátové komunikační jednotky vysílá data do přijímače bezdrátové komunikační jednotky. Přijímač bezdrátové komunikační jednotka zasílá data pomocí datového kabelu do osobního počítače, který data o pohybu vestibulámího systému zpracovává.

Objasnění obrázků na výkresech

Zařízení pro měření pohybu vestibulámích aparátů, podle tohoto technického řešení, je podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na Obr. 1 je levý bokorys helmice. Na Obr. 2 je zadní pohled na helmici a na Obr. 3 je celkový boční pohled na zařízení pro měření pohybu vestibulámích aparátů.

Příklad uskutečnění technického řešení

Na Obr. 1 je levý bokorys helmice I se zobrazenou posuvnou deskou 2 okcipitální levou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 8 gyroskopu a akcelerometrů okcipitální levou, posuvnou deskou 4 parietální levou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 10 gyroskopu a akcelerometrů parietální levou, posuvnou desku 6 temporální a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 12 gyroskopu a akcelerometrů temporální. Dále je zobrazen v sérii zapojený komunikační kabel 13, který vede z bezdrátové komunikační jednotky 14.

Na Obr. 2 je zadní pohled na helmici I se zobrazenou posuvnou deskou 2 okcipitální levou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 8 gyroskopu a akcelerometrů okcipitální levou, posuvnou deskou 3 okcipitální pravou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 9 gyroskopu a akcelerometm okcipitální pravou, posuvnou deskou 4 parietální levou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou 10 gyroskopu a akcelerometm parietální levou, posuvnou deskou 5 parietální pravou a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7 fixovanou jednotkou Π_ gyroskopu a akcelerometm parietální pravou, posuvnou desku 6 temporální a na ní připevněnou a pomocí aretačního šroubu 7

-2CZ 28921 Ul fixovanou jednotkou 12 gyroskopu a akcelerometru temporální. Dále je zobrazen v sérii zapojený komunikační kabel 13, který vede z bezdrátové komunikační jednotky 14.

Na Obr. 3 je celkový boční pohled na zařízení pro měření pohybu vestibulámích aparátů, které sestává z helmice 1, dále jsou v tomto pohledu zobrazeny jednotka 8 gyroskopu a akcelerometru okcipitální levá, jednotka 10 gyroskopu a akcelerometru parietální levá, jednotka 12 gyroskopu a akcelerometru temporální. Data jsou z jednotek 8 až 12 gyroskopu a akcelerometru přenášeny pomocí v sérii zapojeného komunikačního kabelu 13 do bezdrátové komunikační jednotky 14, která bezdrátově data přenáší do další bezdrátové komunikační jednotky 15. Ta pomocí standardního datového USB-A kabelu 16 přenáší naměřená data do osobního počítače 17, který je zpracovává.

Zařízení pro měření pohybu vestibulámích systémů tak sestává z helmice 1 umístitelné na hlavu pacienta. Helmice I uchycuje pětici posuvných desek 2 až 6. Posuvná deska 2 okcipitální levá leží ve frontální rovině se středem na ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu. Posuvná deska 3 okcipitální pravá leží ve frontální rovině se středem na ose pravého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu. Posuvná deska 4 parietální levá leží ve transverzální rovině se středem na ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na transverzální rovinu. Posuvná deska 5 parietální pravá leží ve transverzální rovině se středem na ose pravého vestibulámího systému, která je kolmá na transverzální rovinu. Posuvná deska 6 temporální leží v sagitální rovině se středem na ose vestibulámích systémů, která je kolmá na sagitální rovinu.

Posuvná deska 2 okcipitální levá, posuvná deska 3 okcipitální pravá, posuvná deska 4 parietální levá, posuvná deska 5 parietální levá, posuvná deska 6 temporální umožňují plynulý pohyb v libovolném směru rovin desek 2 až 6 v rozsahu 1,5 cm a následnou fixaci pomocí aretačních šroubů 7 k helmici i.

Jako jednotky 8 až 12 gyroskopu a akcelerometru jsou využity IMU MTx Xsens obsahující 3osý akcelerometr, 3osý gyroskop a 3osý magnetometr. Jednotka 8 gyroskopu a akcelerometru okcipitální levá je uchycená na posuvné desce 2 okcipitální levé. Jednotka 9 gyroskopu a akcelerometru okcipitální pravá je uchycená na posuvné desce 3 okcipitální pravé. Jednotka 10 gyroskopu a akcelerometru parietální levá je uchycená na posuvné desce 4 parietální levé. Jednotka Π. gyroskopu a akcelerometru parietální pravá je uchycena na posuvné desce 5 parietální pravé. Jednotka gyroskopu 12 a akcelerometru temporální je uchycena na posuvné desce 6 temporální.

Jednotka 8 gyroskopu a akcelerometru okcipitální levá, jednotka 9 gyroskopu a akcelerometru okcipitální pravá, jednotka j_0 gyroskopu a akcelerometru parietální levá, jednotka 1_1 gyroskopu a akcelerometru parietální pravá a jednotka 12 gyroskopu a akcelerometru temporální jsou v sérii propojeny datovým kabelem 13, který je veden do vysílače bezdrátové komunikační jednotky 14 typu WR-A Xsens. Přijímač další bezdrátové komunikační jednotky 15 typu XbusMaster Xsens bezdrátově přijímá data z vysílače bezdrátové komunikační jednotky 14 a pomocí standardního datového kabelu 16 typu USB-A přenáší naměřená data do osobního počítače 17, který data zpracovává.

Systém je navržen tak, aby umožnil opakované měření u pacientů s různou velikostí a profilem hlavy. Konstrukce helmice i je rigidní a zajišťuje, že posuvná deska 2 okcipitální levá a posuvná deska 3 okcipitální pravá jsou kolmé na posuvnou deska 4 parietální levou, posuvnou desku 5 parietální pravou a posuvnou desku 6 temporální. Posuvná deska 4 parietální levá a posuvná deska 5 parietální pravá jsou zároveň kolmé na posuvnou desku 6 temporální.

Systém je možné obsluhovat jednou vyšetřující osobou, která zajištuje fixaci helmice i na hlavě a nastavení posuvné desky 2 až 6 tak, aby senzory jednotek 8 až 12 gyroskopu a akcelerometru ležely v příslušných anatomických bodech hlavy pacienta, které jsou definovány jako kolmý průmět osy vestibulámího systému do příslušných anatomických rovin.

Nastavení posuvné desky 2 okcipitální levé tak, aby jednotka 8 gyroskopu a akcelerometru ležela v ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu. Nastavení posuvné desky 3 okcipitální pravé tak, aby jednotka 9 gyroskopu a akcelerometru okcipitálního pravého ležela

-3 CZ 28921 Ul v ose pravého vestibulámího systému, která je kolmá na frontální rovinu. Nastavení posuvné desky 4 parietální levé tak, aby jednotka W gyroskopu a akcelerometru parietálního levého ležela v ose levého vestibulámího systému, která je kolmá na transverzální rovinu. Nastavení posuvné desky 5 parietální pravé tak, aby jednotka 11 gyroskopu a akcelerometru parietálního pravého ležela v ose pravého vestibulámího systému, která je kolmá na transverzální rovinu a nastavení posuvné desky 6 temporální tak, aby jednotka 12 gyroskopu a akcelerometru temporálního ležela v ose vestibulámích systémů, která je kolmá na sagitální rovinu.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro měření pohybů vestibulámích aparátů podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění jako lékařský vyšetřovací přístroj v klinické neurologii. Systém umožní přímou korelaci informací o pohybu vestibulámích systémů při rotačních testech v neurologii a je využitelný i ke zdokonalení dalších neurologických vyšetřeních, mezi které patří např. vHIT, VAT. Další využití je ve všech případech, kdy je potřeba určit lineární a úhlové zrychlení vestibulámích aparátů. Zejména v biomechanice.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro měření pohybu vestibulámích aparátů obsahující helmici (1) umístitelnou na hlavu, vyznačující se tím, že na helmici (1) je uchyceno pět posuvných desek (2 až 6) pro uchycení jednotek (8 až 12) gyroskopu a akcelerometru, přičemž posuvné desky (2, 3) leží ve frontální rovině, posuvné desky (4, 5) leží v transverzální rovině a posuvná deska (6) leží v sagitální rovině a jednotky (8 až 12) gyroskopu a akcelerometru jsou propojeny navzájem komunikačním kabelem (13), který je propojen s bezdrátovou komunikační jednotkou (14), propojenou s další bezdrátovou komunikační jednotkou (15) propojenou s osobním počítačem (17).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že posuvné desky (2 až 6) jsou opatřeny aretačními šrouby (7) pro umístění jednotek (8 až 12) do polohy anatomických bodů, které jsou kolmým průmětem os vestibulámích aparátů do příslušných anatomických rovin.