PL240321B1 - Przyrząd do pomiaru siły nacisku mięśni dna miednicy oraz układ pomiarowy tego przyrządu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do pomiaru siły nacisku mięśni dna miednicy, przeznaczony do stosowania dopochwowego, umożliwiający zbieranie informacji o sile oddziaływania naprężeń tych mięśni wewnątrz pochwy z czterech stron oraz układ pomiarowy tego przyrządu. Przyrząd ten przeznaczony jest do zastosowania w urologicznej i ginekologicznej diagnostyce medycznej jak również w programach rehabilitacyjnych.

Z badań przeprowadzonych przez autorów wynalazku na urządzeniu Pelvi Kegel Trainer wynika, że siła oddziaływania mięśni dna miednicy na czujnik może dochodzić do 15 N. Mięśnie dna miednicy i struktury łącznotkankowe mają wpływ na postawę całego ciała zarówno u kobiet jak i u mężczyzn. Wchodzą w interakcję z pozostałymi mięśniami cylindra mięśni głębokich a aktywacja jednego z nich wpływa na aktywność drugiego. Zapewniają właściwe ciśnienie cewkowe i odbytnicze w trakcie różnych aktywności. Utrzymują narządy wewnętrzne jak pęcherz moczowy, macicę i jelito grube w prawidłowym położeniu, pomagają w oddychaniu i emisji głosu, mają duże znaczenie w życiu intymnym, a także w czasie ciąży i porodu. [http://www.bodybeliefs.com/kegel-pelvic-floor-exercise-men] [https://bosonamacie.pl/poznaj-swoje-dno-miednicy-cz-1]. Dopiero od kilkunastu lat zaczęto szerzej poruszać problem sprawności tych mięśni, ponieważ zaburzenia układu mięśniowo szkieletowego tej części ciała, często powodują ostry ból a także są przyczyną nietrzymania moczu. Badania przeprowadzone z wykorzystaniem ultrasonografii przezbrzusznej potwierdziły, że tylko 38% kobiet z nietrzymaniem moczu i wypadaniem narządów prawidłowo generuje skurcz (uniesienie i zaciśnięcie) mięśnia dźwigacza odbytu. Natomiast u 43% pojawia się opadanie tej warstwy mięśniowej, a u 19% brak jakiegokolwiek ruchu. [Thompson J.A., O'Sullivan P.B.: Levator plate movement during voluntary pelvic floor muscle contraction in subjects with incontinence and prolapse: a cross-sectional study and review. International Urogynecology Journal Pelvic Floor Dysfunction 2003; 14 (2)]. Lekarze najczęściej ocenę stanu mięśni dna miednicy z każdej strony, przeprowadzają za pomocą badania palpacyjnego. [Eric Swisher, MD, Jennifer Rich, MS, PT, Patrice M. Weiss, MD, „Skurcz mięśni dna miednicy: brakujące ogniwo w zespole bólowym miednicy mniejszej”, „Ginekologia po dyplomie”, Listopad (2012)]. Prowadzone badania wykazały, że jedna trzecia kobiet po porodzie ma osłabione mięśnie dna miednicy, co powoduje osłabioną kontrolę pęcherza moczowego. Ich rehabilitacja jest niezbędna aby wrócić do pełnej sprawności.

Znane są badania nad sprawnością omawianych mięśni, przy ich skurczu i rozkurczu, które prowadził Kegel, stąd ich potoczna nazwa, mięśnie Kegla. Zaproponował on urządzenie pomiarowe w postaci balonika wypełnionego powietrzem, wprowadzanego do pochwy. Zmiany ciśnienia powietrza w baloniku odzwierciedlały siłę oddziaływania mięśni.

Obecnie rynek oferuje urządzenia, które służą głównie do rehabilitacji jak: stożki Kegla i inne wyposażone w czujniki przyrządy. Przyrządy te nie posiadają wprawdzie certyfikatu medycznego, ale pozwalają na uzyskanie mniej lub bardziej wiarygodnej informacji o wielkości siły, z jaką oddziaływają naprężenia mięśni dna miednicy.

Z patentu DE 4134116A znana jest sonda rejestrująca dynamiczny wielowymiarowy przebieg oddziaływania sił mięśniowych. Sonda ta składa się z elastycznego cylindra o zmiennej średnicy, z kilkoma wrażliwymi obszarami na zewnętrznej powierzchni. Próbkowane wartości pomiarowe z sondy podawane są do modułu przetwarzania danych. Znane są urządzenia takie jak: sonda dopochwowa kGoal® z aplikacją Pelvifli, Pneumatiec Pelvic Muscle Triner, Elvie Kegel Trainer [https://www.elvie.com] czy Perifit-improve-bladder-control-and-core-strength [https://www.voutube.com/watch?v=BYwsU-

MOPbt41]. Pierwsze dwa urządzenia wyposażone są w czujniki ciśnieniowe i reagują na nacisk sumaryczny. Urządzenie Elvie posiada jeden czujnik rezystancyjny, który zbiera informacje o sile nacisku od strony łonowej miednicy, natomiast urządzenie Perifit wyposażone jest w dwa czujniki rezystancyjne działające w płaszczyznach prostopadłych do siebie. Urządzenia te dają jedynie fragmentaryczną informację o wielkości siły z jaką oddziaływają naprężenia mięśni dna miednicy i z tego powodu często stosowane u pacjentek programy terapeutyczne obarczone są błędem co do poziomu stosowanych stymulacji.

Celem wynalazku jest opracowanie przyrządu pozwalającego na precyzyjne ustalenie wielkości siły, z jaką oddziaływają naprężenia mięśni dna miednicy z co najmniej czterech kierunków. Informacja o wielkości tej siły będzie następnie podstawą do wdrożenia odpowiednich programów rehabilitacyjnych i ustalenia właściwego obciążania podczas ćwiczeń.

PL 240 321 B1

Przyrząd według wynalazku posiada obudowę, czujniki oraz układ pomiarowy. Obudowę stanowi korpus o kształcie wydrążonego wewnątrz walca zamkniętego półkulistymi denkami. Przy czym w jednym denku umiejscowiona jest cewka indukcyjnego ładowania akumulatora zasilającego układ pomiarowy, a w drugim denku antena podłączona do radiomodemu. Na zewnętrznej powierzchni bocznej korpusu znajdują się przebiegające przez całą jego długość zaopatrzone w podcięcia co najmniej cztery gniazda, w których, na występach pokrytych na całej powierzchni warstwą elektrody, umieszczone są czujniki piezoelektryczne. Przy czym warstwa elektrody poprzez otwór w korpusie obudowy łączy czujniki ze znajdującym się wewnątrz korpusu układem pomiarowym zawierającym radiomodem w standardzie Bluetooth. Przyrząd może mieć czujniki, posiadające sprężystą, dielektryczną płytkę, która od wewnętrznej strony ma naklejony pasek polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej. Przy czym każda z warstw metalicznych folii połączona jest za pomocą kleju elektroprzewodzącego z oddzielnym odprowadzeniem sygnału elektrycznego z czujnika. Natomiast od strony zewnętrznej płytka dielektryczna pokryta jest ekranującą warstwą miedzi i nakładką gumową.

Przyrząd może mieć czujniki posiadające sprężystą, dielektryczną płytkę, która z obu stron ma naklejone powierzchniami o przeciwnej polaryzacji paski polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej, połączonej za pomocą kleju elektroprzewodzącego z odprowadzeniami sygnału z czujnika. Przy czym zewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej dołączone są do jednego wyprowadzenia sygnału elektrycznego, a wewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej połączone są z drugim wyprowadzeniem sygnału elektrycznego, ponadto zewnętrzny pasek folii piezoelektrycznej pokryty jest nakładką gumową.

Układ pomiarowy przyrządu według wynalazku składa się z co najmniej czterech jednakowych gałęzi analogowych. Każda gałąź zawiera wzmacniacz analogowy o wielkiej rezystancji wejściowej, z podłączonymi do wejścia kondensatorem i kluczem analogowym. Ponadto każda z gałęzi analogowych podłączona jest do oddzielnego wejścia multipleksera, które podłączone jest do szeregowo połączonych: przetwornika analogowo-cyfrowego, mikroprocesora, radiomodemu w standardzie Bluetooth i anteny, ponadto wyjście sterujące mikroprocesora podłączone jest do wejścia klucza analogowego.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na dwóch przykładach wykonania pokazanych na rysunkach. Fig. 1a przedstawia półwidok-półprzekrój wzdłużny przyrządu, Fig. 1b przedstawia przekrój poprzeczny przyrządu, a Fig. 1c pokazuje lokalizację czujnika w gnieździe. Na rysunku Fig. 2a pokazano widok wzdłużny czujnika piezoelektrycznego będącego ilustracją do pierwszego przykładu wykonania, a na Fig. 2b jego przekrój poprzeczny. Natomiast na Fig. 3a pokazano widok wzdłużny czujnika bimorficznego będącego ilustracją dla drugiego przykładu wykonania, a na Fig. 3b jego przekrój poprzeczny. Na Fig. 4 pokazano schemat blokowy układu pomiarowego realizującego sposób rejestracji wskazań czujników w tym przyrządzie, umożliwiającego rejestrację wskazań czujników piezoelektrycznych.

W obydwu przykładowych rozwiązaniach przyrząd składa się z korpusu 1 o kształcie walca wydrążonego wewnątrz i zamkniętego półkolistymi denkami 2. W jednym denku umiejscowiona jest cewka ładująca indukcyjnie akumulator zasilający układ pomiarowy, a w drugim denku znajduje się antena podłączona do radiomodemu. Ładowanie urządzenia odbywa się w sposób bezprzewodowy (brak połączenia galwanicznego pomiędzy ładowarką a urządzeniem). Cewka umieszczona w sondzie sprzężona jest indukcyjnie z cewką umieszczoną w ładowarce. Ładowarka posiada standardowy zasilacz USB o wydajności 1 A. Antena 24 drogą radiową przekazuje dane do telefonu komórkowego, które prezentowane są za pomocą aplikacji opracowanej specjalnie dla tego urządzenia. Na powierzchni bocznej korpusu znajdują się cztery rozmieszczone co 90° gniazda 4 przebiegające przez całą długość powierzchni walcowej, na szerokości 1/8 obwodu i stanowiące platformę dla posadowienia czujników 5. Każde gniazdo posiada podcięcia 8 krawędzi bocznych zapewniające swobodę ruchu czujnika i występy 3 stanowiące podparcie dla czujników 5, oraz elektrody 10 w postaci warstw metalicznych pokrywających całą szerokość gniazda. Czujnik natomiast ma postać płaskiej płytki dopasowanej do kształtu gniazda i wspiera się na występach 3. Ukształtowanie elektrody przebiegającej od występu 3 poprzez część dna gniazda 4 do otworu 9 w korpusie 1 umożliwia połączenie czujnika 5 z układem pomiarowym znajdującym się we wnętrzu 7 korpusu 1.

Analogowy sygnał z każdego z czterech czujników 5 przesyłany jest do indywidualnego wzmacniacza 19 skąd trafia do multipleksera 20, a następnie do przetwornika analogowo-cyfrowego 21. Stąd sygnał cyfrowy dociera do procesora 22, gdzie jest przetwarzany i wysyłany do radiomodemu 23. W oparciu o analizę przetwarzanego sygnału procesor 22 wysyła sygnał sterujący klucze analogowe 18

PL 240 321 B1 zerujące czujniki 5, to jest przywracające warunki początkowe każdego pomiaru. Równolegle do każdego czujnika 5 dołączony jest kondensator 17 dostosowujący poziom napięcia sygnału z czujnika 5 do zakresu pracy wzmacniacza 19. Schemat blokowy urządzenia pomiarowego przedstawiono na Fig. 4.

W pierwszym przykładowym rozwiązaniu czujnik 5 składa się z dielektrycznej, sprężystej płytki 11 wykonanej z kompozytu szklano-epoksydowego o grubości 1,4 mm, której jedna płaszczyzna pokryta jest całkowicie warstwą miedzi 12 o grubości 18 μm zapewniającą ekranowanie czujnika, a na końcach przeciwległej płaszczyzny płytki znajdują się metaliczne pola z warstwy miedzi o tej samej grubości stanowiące odprowadzenia 14 sygnału elektrycznego z czujnika. Do dielektrycznej części płytki przyklejony jest klejem dielektrycznym pasek polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej 16 PVDF o grubości 50 μm i grubości metalizacji CuNi wynoszącej 50 nm. Każda z warstw metalicznych folii połączona jest za pomocą kleju elektroprzewodzącego 15 z oddzielnym odprowadzeniem 14 sygnału elektrycznego z czujnika. Na ekranującą warstwę miedzi naklejona jest wyprofilowana, dopasowana do powierzchni walca nakładka gumowa 6 umożliwiająca równomierne zbieranie nacisku mięśni na czujnik. Czujniki umieszczone są w gniazdach 4, na występach 3.

W drugim przykładowym rozwiązaniu zastosowano czujniki bimorficzne. Czujnik w tym rozwiązaniu składa się ze sprężystej płytki podłożowej 11 wykonanej z kompozytu szklano-epoksydowego o grubości 1,4 mm. Na końcach obu płaszczyzn znajdują się metaliczne pola z warstwy miedzi o grubości 18 μm stanowiące odprowadzenia 14 i 13 sygnału elektrycznego z czujnika. Z obu stron płytki, w części dielektrycznej naklejone są, klejem dielektrycznym, powierzchniami o przeciwnej polaryzacji, paski polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej 16, połączone za pomocą kleju elektroprzewodzącego 15 z odprowadzeniami 13 i 14 sygnału z czujnika. Zewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej dołączone są do wyprowadzenia sygnału elektrycznego 13, a wewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej 16 połączone są wyprowadzeniem sygnału elektrycznego 14, ponadto na zewnętrzny pasek folii piezoelektrycznej 16 naklejona jest wyprofilowana, ~1 mm, dopasowana do powierzchni walca nakładka gumowa 6 umożliwiająca równomierne zbieranie nacisku mięśni na czujnik. Czujniki umieszczone są w gniazdach 4, na występach 3.

Opisana konstrukcja czujnika tworzy rozwiązanie bimorficzne pozwalające usunąć zakłócający sygnał piroelektryczny.

Analogowy sygnał z każdego z czterech czujników 5 przesyłany jest do indywidualnego wzmacniacza 19 skąd trafia do multipleksera 20, a następnie do przetwornika analogowo-cyfrowego 21. Stąd sygnał cyfrowy dociera do procesora 22, gdzie jest przetwarzany i wysyłany do radiomodemu 23. W oparciu o analizę przetwarzanego sygnału procesor 22 wysyła sygnał sterujący klucze analogowe 18 zerujące czujniki 5, to jest przywracające warunki początkowe każdego pomiaru. Równolegle do każdego czujnika 5 dołączony jest kondensator 17 dostosowujący poziom napięcia sygnału z czujnika 5 do zakresu pracy wzmacniacza 19. Schemat blokowy urządzenia pomiarowego przedstawiono na Fig. 4.

Claims (4)

1. Przyrząd do pomiaru siły nacisku mięśni dna miednicy, posiadający obudowę, czujnik oraz układ pomiarowy, znamienny tym, że obudowę stanowi korpus (1) o kształcie wydrążonego wewnątrz walca zamkniętego półkulistymi denkami (2), przy czym w jednym denku umiejscowiona jest cewka indukcyjnego ładowania akumulatora zasilającego układ pomiarowy, a w drugim denku antena podłączona do radiomodemu, na zewnętrznej powierzchni bocznej korpusu (1) znajdują się przebiegające przez całą jego długość zaopatrzone w podcięcia (8) co najmniej cztery gniazda (4), w których, na występach (3) pokrytych na całej powierzchni warstwą elektrody (10), umieszczone są czujniki piezoelektryczne (5), przy czym warstwa elektrody (10) poprzez otwór (9) w korpusie (1) łączy czujniki (5) ze znajdującym się wewnątrz korpusu (1) układem pomiarowym zawierającym radiomodem w standardzie Bluetooth.

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że czujniki (5), posiadają sprężystą, dielektryczną płytkę (11), korzystnie o strzałce ugięcia 0,8 - 1 mm, która od wewnętrznej strony ma naklejony pasek polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej (16), korzystnie o grubości ~50 μm, przy czym każda z warstw metalicznych folii połączona jest za pomocą kleju elektroprzewodzącego (15) z oddzielnym odprowadzeniem (14) sygnału elektrycznego z czujnika, natomiast od strony zewnętrznej płytka dielektryczna (11) pokryta jest ekranującą

PL 240 321 B1 warstwą miedzi (12), korzystnie o grubości 18 do 35 μm i nakładką gumową (6) o grubości ~1 mm.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że czujniki (5), posiadają sprężystą, dielektryczną płytkę (11), korzystnie o strzałce ugięcia 0,8 - 1 mm, która z obu stron ma naklejone powierzchniami o przeciwnej polaryzacji paski polimerowej, dwustronnie metalizowanej folii piezoelektrycznej (16), korzystnie o grubości ~50 μm, połączone za pomocą kleju elektroprzewodzącego (15) z odprowadzeniami sygnału z czujnika, przy czym zewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej (16) dołączone są do wyprowadzenia sygnału elektrycznego (13), a wewnętrzne warstwy metaliczne obu pasków folii piezoelektrycznej (16) połączone są z wyprowadzeniem sygnału elektrycznego (14), ponadto zewnętrzny pasek folii piezoelektrycznej (16) pokryty jest nakładką gumową (6).

4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że jego układ pomiarowy składa się z co najmniej czterech jednakowych gałęzi analogowych zawierających wzmacniacz analogowy (19) o wielkiej rezystancji wejściowej, z podłączonymi do wejścia kondensatorem (17) i kluczem analogowym (18), przy czym każda z gałęzi analogowych podłączona jest do oddzielnego wejścia multipleksera (20), a wyjście z multipleksera podłączone jest do szeregowo połączonych: przetwornika analogowo-cyfrowego (21), mikroprocesora (22), radiomodemu (23) w standardzie Bluetooth i anteny (24), ponadto wyjście sterujące mikroprocesora podłączone jest do wejścia klucza analogowego (18).