TR201704582A2 - Ultrasoni̇k spi̇rometre - Google Patents

Abstract

Bu buluş solunum fonksiyon testleri için kişisel kullanıma, yani tıbbi eğitimi ve deneyimi bulunmayan kullanıcıların kullanımına yönelik bir spirometre ile ilgilidir. Buluş ile bir hava yolu oluşturan bir tüp içinde kalan hacme doğrultulmuş ve birbirlerinin ürettiği sinyalleri okuyarak tüp içindeki hava akışına ilişkin ölçümler yapılmasını sağlayan iki ultrasonik alıcı-verici içeren, kompakt ve ergonomik bir spirometre geliştirilmiştir. Alıcı-vericiler kendi aralarındaki bir hattan, kullanıcının üflemesi sırasındaki hava girişine doğru sapan bir eksen boyunca sinyal yayacak biçimde konumlandırılarak sinyal kayıplarının önüne geçilmiştir. Spirometrenin her iki yöndeki hava akışı sırasında da ölçüm yapabilmesi de olanaklıdır.

Description

TARIFNAME ULTRASONIK SPIROMETRE Teknik Alan Bu bulus solunum fonksiyon testleri için kisisel kullanima, yani tibbi egitimi ve deneyimi bulunmayan kullanicilarin kullanimina yönelik bir spirometre ile ilgilidir. Önceki Teknik Bir kullanicinin solunum fonksiyonlarinin degerlendirilebilmesi için hava akis hizinin dokümanlarda açiklanmistir. Hava akis hizinin ölçülmesi ile birlikte soluk alinmasi veya verilmesi sirasinda alinan ve verilen nefesin hacmi de belirlenebilmektedir.

Hava akis hizini ölçen bu gibi donanimlarin kullanici tarafindan rahatlikla tasinabilir olmasi, deneyimsiz kullanicilartarafindan dogru biçimde kullanilabilmesi ve ölçüm sirasinda hava geçisinin saglandigi kisimlarin temizlenmek veya degistirilmek üzere çikartilabilir olmasi, kullanicilarin solunum fonksiyonlarinin izlenebilmesi açisindan önem tasimaktadir.

Ultrasonik spirometreler bu nedenler ile tibbi egitimi bulunmayan kullanicilara avantaj saglamaktadir. Spirometrelerin evde kullanimi gelisen mobil saglik hizmetleri ile de yayginlasmaktadir. Klinikte kullanilan bu cihazlarin ev tipi versiyonlari çesitli üreticiler tarafindan piyasaya sunulmustur. Buna karsin bu tip cihazlarin ölçüm hassasiyeti klinik tip ürünlerle ayni seviyede tutulamamaktadir. tarafindan rahatça tasinabilecek ve kullanilabilecek kompakt ve ergonomik bir yapiya sahip degildir. Ultrasonik spirometrelerde kullanilan ölçüm tekniklerinden biri ilk kenar ölçüm teknigidir. Bu yöntemde bir veya daha fazla dalgaboyu uzunlugundaki ultrasonik dalgadan olusan bir sinyal bir vericiden bir aliciya gönderilmektedir. Vericinin ultrasonik sinyali gönderdigi anda baslatilan zaman sayaci alici üzerinde olusan ilk yarim dalgadan sonraki sifir kesme noktasinda durdurularak ölçüm yapilir. Bu sifir kesme noktasi, alici üzerinde olusan ilk yarim dalganin genligi belli bir degeri geçtikten sonra olusturulur.

Spirometre içindeki akis hizi arttikça vericiden aliciya dogru gönderilen ultrasonik sinyalin yayilma dogrultusu akis yönünde kaymakta ve sinyal aliciya ulastigi zaman alicinin merkezinin uzaginda bir noktaya çarpmaktadir. Çarpma noktasi akis hizi arttikça merkezden uzaklasmaktadir. Akis hizi ile artan merkez ile sinyalin aliciya çarpma noktasi arasindaki uzaklik alici üzerinde uzaklikla orantili olarak düsük genlikte voltaj sinyali olusturmaktadir. Vericiden sadece bir dalgaboyu uzunlugundaki bir sinyal gönderildigi durum düsünüldügünde, alicida olusan bu sinyal tetikleme noktasinin altina indigi durumda alicida sinyal algilanamamakta ve ölçüm yapilamamaktadir.

Vericiden birden fazla dalgaboyu uzunlugundaki ultrasonik bir sinyal gönderildigi durumda ise yüksek akis hizlarinda ilk kenar alici üzerinde yeteri büyüklükte bir voltaj sinyali olusturamamaktadir. Bu nedenle ilk dalga aliciya çarptiktan sonra aliciya periyodik olarak ulasan sonraki dalgalardan herhangi birinde tetikleme noktasi geçilmektedir. Fakat bu durumda, vericiden sinyal gönderildigi ari baslatilan zaman sayaci, aliciya sinyal ilk eristiginde degil de periyodik sinyalin izleyen dalga tepe noktalarinin aliciya çarpip, aliciya genligi yeterli büyüklükteki bir dalga tepe noktasinin tarafindan aktarilabilecek düzeyde enerji aktarildiginda durmaktadir. Bu nedenle kaçinci periyotta tetikleme gerçeklesti ise, zaman sayaci da o kadar periyot süresi sonra durdurulmakta ve ölçümde kayma olusmaktadir. Bu kaymalari yazilimda düzeltmek ekstra yazilim eforu gerektirmesinin yaninda mikro islemcide yapilan zaman-kritik algoritmalarin dogru çalismasini riske atmaktadir. Alici üzerine düsen sinyalin tetikleme noktasinin altinda kaldigi ya da sinyalin beklenen ilk sifir kesme noktasinin degil de izleyen periyotlarda tetikleme noktasinin geçildigi durumda yapilan ölçümler spirometrenin hassasiyetini ciddi oranda düsürmektedir. Dolayisiyla, ultrasonik spirometrelerde havanin hareketlerine bagli olarak gerçeklesen sinyal kayiplarina karsin ölçüm hassasiyetinin korunabilmesi için ultrasonik alici-vericilerin yüksek voltajlar ile çalistirilmalari yüksek enerji tüketimine ve maliyet artisina neden olmakta ve cihazin ömrünü kisaltmaktadir.

Yüksek akislarda olusan sinyal kayiplarinin önüne geçilmesi için, US4914959 sayili dokümanda alici-vericilerin akis yönünün tersine bir sapma ile yerlestirilmesi açiklanmistir. Bu çözüm ile yalnizca tek yönde akis için ölçümde iyilestirme saglanabilmektedir. Oysa ki spirometrelerde akisin iki yönde de ölçülmesi gerekebilmektedir. Bunun yani sira spirometrelerin hava yollari insanlarin agiz boyutlarina göre yapildigi için kesit alanlari agza girebilecek boyutlardadir. Ayrica US4914959 sayili dokümanda belirtilen sensörleri birlestiren dogrunun hava yolu ile 55 derece yaptigi açi ergonomik olmasi için minimal tasarlanan bir spirometrenin hava yolunun insan agzina girebilecek bir kesit alaninda verici üzerine çok düsük sinyal düstügü için ilk-kenar ölçüm teknigini mümkün kilmamaktadir. Ayrica US4914959 sayili dokümanda belirtilen sensörlerin 10 derecelik sapma açisi, ergonomik olmasi için minimal bir formda tasarlanan bir spirometrenin hava yolunun insan agzina girebilecek bir kesit alaninda ilk-kenar ölçüm tekniginin kullanimi açisindan avantajli degildir. Bunun nedeni kesit alani daraldikça vericiden çikan sinyallerin alici üzerine düsebilmesi için sensörleri birlestiren hayali dogru ile hava yolu dogrultusu arasindaki acinin azalmasi gerekliligidir.

Bulusun Amaci Bu bulusun amaci; solunum fonksiyon testi sirasinda hava akis hizini ölçebilen bir spirometrenin gelistirilmesidir.

Bu bulusun baska bir amaci da, kompakt ve ergonomik, yani kullanici tarafindan rahatlikla tasinabilen ve dogru biçimde kullanilabilen bir spirometrenin gelistirilmesidir.

Bu bulusun daha baska bir amaci da, yukarida açiklandigi gibi sinyalin hava akisi ile tasinmasindan kaynaklanan sinyal kayiplarinin önüne geçebilen bir spirometrenin gelistirilmesidir.

Bu bulusun daha baska bir amaci da, her iki yönde, yani hem soluk verilmesi hem de soluk alinmasi sirasinda kullanilabilen bir spirometrenin gelistirilmesidir.

Bu bulusun daha baska bir amaci da, hijyenik bir spirometrenin gelistirilmesidir.

Bulusu Açiklayan Sekillerin Tanimlari Bu bulus ile gelistirilen spirometrenin daha iyi açiklanabilmesi için kullanilan sekiller ve Sekil-1 Bulusa göre bir spirometrenin yandan sematik görünümüdür.

Sekil-2 Bulusa göre bir spirometrenin yandan sematik kesit görünümüdür.

Sekil-3 Önceki teknige göre bir tüp ile alici-vericilerin sematik kesit görünümüdür.

Sekil-4 Bulusa göre bir tüp ile alici-vericilerin sematik kesit görünümdür.

Sekil-5 Önceki teknige sinyalin tüp içinde yansitildigi bir tüp ile alici-vericilerin sematik kesit görünümdür.

Sekil-6 Bulusa göre sinyalin tüp içinde yansitildigi bir tüp ile alici-vericilerin sematik kesit görünümdür.

Bulusu Olusturan Unsurlarin Tanimlari Bu bulus ile gelistirilen spirometrenin daha iyi açiklanabilmesi için sekillerde yer alan parça ve kisimlar numaralandirilmis olup, her bir numaranin karsiligi asagida verilmistir. 1. Spirometre 2. Tüp Za. Giris ucu 3. Alici-verici 4. Gövde . Agizlik i. Akis dogrultusu ii. Ölçüm hatti iii. Yayim hatti Bulusun Ayrintili Açiklamasi Kompakt ve ergonomik bir yapiya sahip bulus konusu spirometre (1), temelde, - bir akis dogrultusu (i) tanimlayan ve kullanicinin agzina karsilik gelen bir giris ucundan (Za) itibaren bu akis dogrultusu (i) boyunca uzanan bir hava yolu olusturarak kullanicinin soluk vermesi sirasinda bu hava yolu boyunca hava - anilan hava yolu içinden geçen bir ölçüm hatti (ii) üzerinde kalacak biçimde tüp (2) içinde kalan hacme dogrultulmus, akis dogrultusu (i) boyunca farkli konumlarda bulunan ve karsilikli olarak birbirlerinin ürettigi sinyalleri okuyarak tüp (2) içindeki hava akisina iliskin ölçümler yapilmasini saglayan iki ultrasonik alici-verici (3) içermektedir. Ölçüm, sinyalin ölçüm hatti (ii) boyunca her iki yöndeki hareket süreleri ile gerçeklestirilmektedir. Her iki yöndeki sinyal hizlarinin akis dogrultusuna (i) paralel bilesenleri arasindaki fark havanin tüp (2) içindeki hareketinden kaynaklanmaktadir.

Alici-vericiler (3), bir araya getirilmis birer alici ile birer vericiden olusabilecegi gibi tercihen ortak bilesenler içeren bütünlesik birer alici ile birer vericiden olusmaktadir.

Bulus konusu spirometre (1), kullanicinin kolaylikla üzerinde tasiyabilecegi ve tek eli ile rahatça tutarak kullanabilecegi bir yapiya sahiptir. Bunun için, tüp (2) ve alici-vericiler (3), insan eline rahatlikla sigacak ve avuç içine oturacak boyutlardaki bir gövdenin (4) içinde yer almaktadir. Gövdenin (4) giris ucunu (Za) barindiran kismi, gövdenin (4) geri kalanina göre daha dar ve bas parmak tarafindan rahatça kavranabilecek bir kesite sahiptir.

Böylece, gövde (4) kullaniciyi giris ucunu (Za) agzina tutmak ve tüpe (2) giris ucundan (Za) soluk vermek üzere yönlendirmektedir. Gövdenin (4) bu boyut ve biçimsel sinirlamalara uygun olabilmesi için alici-vericilerin (3) gövdenin (4) giris ucunu (Za) barindiran kismini isgal etmeyecek biçimde konumlandirilabilmeleri gerekmektedir.

Spirometre (1), kullanicinin tüp (2) içine soluk verilmesine aracilik eden bir agizlik (5) da içermektedir. Agizlik (5), giris ucuna (Za) karsilik gelen bir konumdadir. Agizlik (5), gövde (4) ile bütünlesik olabilecegi gibi, tercihen tüp (2) ile bütünlesiktir.

AIici-vericiler (3), bir merkez bölgesinden ve bu merkez bölgesinden geçen bir yayim hattina (iii) göre büyük ölçüde radyal simetriye sahip bir formda sinyaller yaymakta ve yine bu merkez bölgesine düsen sinyalleri okumaktadir. Bir alici-verici (3) tarafindan üretilen sinyalin diger alici-verici (3) tarafindan okunmasi sirasinda maksimum sinyal siddetinden yararlanilabilmesi için, sinyali yayan alici-vericinin (3) yayimi hattinin (iii) olabildigince sinyali okuyan alici-vericinin (3) merkez bölgesi yakinindan geçmesi gerekmektedir. Buna karsin, yayim hatlari (iii) ölçüm hatti (ii) ile örtüsmesi durumda sinyallerin hava akisi ile birlikte sürüklenmesi nedeni ile sinyaller merkez bölgesinden uzaklasmakta ve okunan sinyal siddetinin böylece düsmesi ile birlikte saglikli ölçümler gerçeklestirilememektedir.

Okunan sinyal siddetinin saglikli bir ölçüm gerçeklestirilebilecek düzeyde tutulabilmesi için, yayimlanan sinyal siddetinin arttirilmasi veya ölçüm hatti (ii) ile akis dogrultusu (i) arasindaki açinin azaltilmasi gerekmektedir. Sinyal siddeti, alici-vericileri (3) çalistirildigi voltajin yükseltilmesi ile arttirilabilmekte ancak bu da enerji tüketiminin artmasi, üretim maliyetin artmasi, devre alaninin büyümesi ve alici-vericilerin (3) ömrünün kisalmasi ile sonuçlanmaktadir. Ölçüm hatti (ii) ile akis dogrultusu (i) arasindaki açinin azaltilmasi durumunda ise, alici-vericilerden (3) birisinin giris ucuna (Za) yakin konumlandirilmasi gerekmekte ve ergonomik bir yapi elde edilememektedir.

Dolayisiyla, okunan sinyal siddetinin saglikli bir ölçüm gerçeklestirilebilecek düzeyde tutulabilmesi için bulus konusu spirometre (1) bünyesindeki alici-vericiler (3), yayim hatlari (iii) ölçüm hattindan (ii) akis dogrultusu (i) boyunca giris ucuna (Za) dogru sapacak biçimde, yani ölçüm hattindan (ii) akis dogrultusu (i) boyunca giris ucuna (Za) dogru bir sapma ile yayim yapacak biçimde konumlandirilmislardir.

Spirometre (1) ile yapilan solunum testlerindeki nefes manevralari zorlu üfleme ile normal ve derin nefes çekme manevralarindan olusmaktadir. Bulusun bir uygulamasinda, spirometre (1) zorlu üfleme sirasinda gerçeklestirilecek ölçümlerin yanisira normal ve derin nefes çekme sirasinda gerçeklestirilecek ölçümler için de kullanilabilmektedir.

Spirometre (1) ile yapilan solunum testlerinde, zorlu üfleme sirasinda saglanan hava akis hizi normal ve derin nefes çekme sirasinda saglanandan çok büyüktür. Bu nedenle bulus konusu spirometre (1) ile her iki durumda da ölçüm yapilabilmesi için bulusun tercih edilen bir uygulamasinda, ölçüm hatti (ii) ile akis dogrultusu (i) arasinda 50° veya daha az bir açi bulunmakta ve her bir alici-vericinin (3) yayim hatti (iii) ile ölçüm hatti (ii) arasinda da 1" ile 7° arasinda bir açi bulunmaktadir. Böylece, zorlu üfleme sirasinda alici-vericilerin (3) yayim hatlarinin (iii) ölçüm hattindan (ii) sapmasi sayesinde sinyaller ilgili alici-vericinin (3) merkezine yaklasmakta ancak derin ve normal nefes çekme sirasinda, yani ters yöndeki hava akisi sirasinda da sinyaller ilgili alici-vericinin (3) merkezinden okunamayacak kadar uzaklasmamaktadir.

Kullanicinin soluk vermesi sirasinda giris ucundan (Za) tüpe (2) hava girisi gerçeklesirken, kullanicinin soluk almasi sirasinda giris ucunda (Za) tüpten (2) hava çikisi gerçeklesmektedir.

Alici-vericiler (3) tüp (2) çevresinde karsilikli olarak konumlandirilabilecekleri gibi, bulusun bir uygulamasinda tüp (2) çevresine ölçüm hatti (ii) tüpün (2) iç yüzeyinden en az bir yansima barindiracak biçimde de konumlandirilabilmektedirler. Tüpün (2) iç yüzeyinde yansimanin gerçeklestigi bölgede sinyallerin en az kayipla yansimasini kolaylastiran bir yansitici da bulunmaktadir.

Kullanim sirasinda tüp (2) hava ile tasinan tükürük ve diger artiklar nedeni ile kirlenmektedir. Bu nedenle tüp (2) tercihen yerinden çikartilabilecek biçimde gövde (4) içindeki bir yuvaya oturmaktadir. Yerinden çikartilan tüp (2) yikanabilecegi gibi tek kullanimlik da olabilir. Tüpün (2) yerine dogru biçimde oturtulabilmesi için yuvanin iç yüzü ile tüpün (2) dis yüzü üzerinde karsilikli olarak birbirlerine oturan yapilar bulunmaktadir.

Spirometrenin (1) bilesenlerine hava ile tasinan bakterilerin bulasmamasi veya alici- vericilerin (3) hava ile tasinan tükürük ve diger artiklardan etkilenmemesi için, tüp (2) üzerinde alici-vericilerin (3) bulundugu konumlara karsilik gelen ve sinyallerin geçisine izin verirken kontaminantlarin geçisine izin vermeyen filtreler de bulunmaktadir.

Kullanici tarafindan tüp (2) içinde olusturulan hava akisi Içinde olusmasi muhtemel türbülans yogunlugunun azaltilmasi için tüp (2) ve/veya agizlik (5) içinde bir veya daha fazla akis düzenleyici de bulunabilir.

Sekil-E

Claims (1)

1. ISTEMLER . Tibbi egitimi ve deneyimi bulunmayan bir kullanici tarafindan solunum fonksiyon testleri için kullanilabilen, - bir akis dogrultusu (i) tanimlayan ve kullanicinin agzina karsilik gelen bir giris ucundan (Za) itibaren bu akis dogrultusu (i) boyunca uzanan bir hava yolu olusturarak kullanicinin soluk vermesi sirasinda bu hava yolu boyunca hava - anilan hava yolu içinden geçen bir ölçüm hatti (ii) üzerinde kalacak biçimde tüp (2) içinde kalan hacme dogrultulmus, akis dogrultusu (i) boyunca farkli konumlarda bulunan ve karsilikli olarak birbirlerinin ürettigi sinyalleri okuyarak tüp (2) içindeki hava akisina iliskin ölçümler yapilmasini saglayan iki ultrasonik alici-verici (3) içeren, tüp (2) ve alici-vericilerin (3), insan eline sigacak ve avuç içine oturacak boyutlardaki bir gövdenin (4) içinde yer aldigi ve yayim hatlari (iii) ölçüm hattindan (ii) akis dogrultusu (i) boyunca giris ucuna (Za) dogru sapacak biçimde konumlandirilmis anilan alici-vericiler (3) ile karakterize edilen bir spirometre (1). Ölçüm hatti (ii) ile akis dogrultusu (i) arasinda 50° veya daha az bir açi, ve her bir alici-vericinin (3) yayim hatti (iii) ile ölçüm hatti (ii) arasinda da 1° ile 7” arasinda bir açi ile konumlandirilmis alici-vericiler (3) ile karakterize edilen Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Giris ucunu (Za) barindiran kismi, geri kalanina göre daha dar ve bas parmak tarafindan kavranabilecek bir kesite sahip olan gövde (4) ile karakterize edilen Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Kullanicinin tüp (2) içine soluk verilmesine aracilik eden bir agizlik (5) içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Tüp (2) çevresinde karsilikli olarak konumlandirilmis alici-vericiler (3) içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Tüp (2) çevresine ölçüm hatti (ii) tüpün (2) iç yüzeyinden en az bir yansima barindiracak biçimde de konumlandirilmis alici-vericiler (3) içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Yerinden çikartilabilecek biçimde gövde (4) içindeki bir yuvaya oturan tüp (2) içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Yuvanin iç yüzü ile tüpün (2) dis yüzü üzerinde karsilikli olarak birbirlerine oturan yapilar içeren Istem 7'deki gibi bir spirometre (1). Tüp (2) üzerinde alici-vericilerin (3) bulundugu konumlara karsilik gelen ve sinyallerin geçisine izin verirken kontaminantlarin geçisine izin vermeyen filtreler içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1). Tüp (2) ve/veya agizlik (5) içinde bir veya daha fazla akis düzenleyici içeren Istem 1'deki gibi bir spirometre (1).