WO2014109659A1

WO2014109659A1 - Laringoscópio digital

Info

Publication number: WO2014109659A1
Application number: PCT/PT2014/000002
Authority: WO
Inventors: António José RAMOS DA SILVA; Joaquim Gabriel MAGALHÃES MENDES; Manuel Rodrigues Quintas; Pedro DE PINHO E COSTA AMORIM; Renato Manuel NATAL JORGE
Original assignee: Universidade do Porto
Current assignee: Universidade do Porto
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: PT106730A; US20160058276A1

Abstract

A presente invenção revela um laringoscópio para apoio à entubação endotraqueal com a capacidade de medição e registo do binário resultante da força aplicada sobre uma lâmina standard disponível comercialmente. O laringoscópio é composto por uma lâmina standard (18) equipada uma fibra ótica e articulada no pino (17) localizado na cabeça (41); um corpo (42) onde estão instalados todos os componentes eletrónicos e diversos elementos sensores, sendo fechado pela tampa do punho (43). O laringoscópio é dotado de capacidade de comunicação sem- fios com um computador remoto ou outros dispositivos móveis, onde reside uma aplicação computacional visando a monitorização, visualização e gravação dos dados adquiridos. O dispositivo possui ainda uma unidade inerciãl (24) para a determinação da sua orientação espacial segundos os seus três eixos principais. Os alarmes audíveis e/ou visuais (13, 1) correspondentes a um eventual excesso de força pré-definido, estão disponíveis quer na cabeça do punho do laringoscópio (41), quer no computador remoto ou dispositivo móvel. O laringoscópio inclui ainda um LED com intensidade variável para iluminação da cavidade oral de acordo com as necessidades. Os sensores instalados neste laringoscópio tornam-no adequado quer para a sua utilização hospitalar, no treino de profissionais em manequins ou outras situações em que seja necessário proceder à abertura do canal oral, permitindo visualizar o movimento e o binário em tempo real, bem assim como gravar e posteriormente rever todo o procedimento efetuado.

Description

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DESCRIÇÃO

"LARINGOSCÓPIO DIGITAL"

Dominio técnico da invenção

A presente invenção refere-se a um dispositivo que é usado para o exame médico da garganta e para apoio à entubação endotraqueal . O dispositivo é dotado de capacidades de comunicação sem-fios com um computador remoto e dispositivos móveis onde reside uma aplicação computacional especifica. Este dispositivo pode ser usado quer em ambiente clinico, quer no treino dos profissionais de saúde pois permite a visualização do movimento e do binário em tempo real, bem assim como a sua gravação para posterior visualização do procedimento efetuado.

Estado atual da técnica

São já conhecidas do estado da técnica dispositivos para a realização de entubações com medição de força, contudo em geral a força, ou a pressão, é medida diretamente na lâmina usando filmes piezoresistivos ou piezoelétricos , o que limita o seu uso, uma vez que a lâmina tem de ser esterilizada após cada utilização o que danifica ou destrói mesmo o elemento sensor, além de que introduz um risco adicional de contaminação para o paciente .

Uma dessas patentes é a EP1433413A2, que revela uma lâmina revestida com um material polimérico piezoresistivo . Neste caso a lâmina não é reutilizável, sendo assim um custo acrescido por cada utilização.

Na patente US5070859 é apresentado um laringoscópio com medição de pressão, usando neste caso sensores piezoelétricos aplicadas diretamente na lâmina. Por seu lado a patente EP0793440B1 descreve um laringoscópio capaz de medir a força de contacto com a arcada superior dos dentes usando mais uma vez um filme condutor piezoelétrico.

Por fim, o documento da patente WO2009130666A1 apresenta um laringoscópio com sensores no punho. Este dispositivo faz uso de sensores capacitivos para detetar a presença da mão do utilizador quando este agarra o punho. Quando detetada a presença da mão, a iluminação é ligada. Desta forma os sensores utilizados servem apenas para a comutação da iluminação e não para medição de forças ou binários. Sumário da invenção

É objectivo da presente invenção descrever um dispositivo para apoio à entubação endotraqueal composto por:

· um punho onde estão alojados os sistemas de sensorização de binário, de orientação, de comunicação sem fios, de alimentação e recarregamento da bateria, uma unidade computacional embebida baseada em microcontrolador e todos os elementos de suporte da lâmina standard, de preferência em aço inoxidável, com um engate especifico e uma fibra ótica para a condução da iluminação; • uma aplicação computacional alojada num computador remoto ou noutro dispositivo móvel, capaz de comunicar com o laringoscópio . A lâmina (18) é articulada no pino (17) descarregando a força aplicada à lâmina num pino (19) devidamente guiado e alojado num sistema de guiamento de baixo atrito (21) que transmite a força ao elemento sensor (10) colocado no interior da cabeça do punho (42) ladeado por dois anéis separadores (9,11). Deste modo a lâmina standard, não necessita de qualquer revestimento, nem de ligações elétricas. Adicionalmente, a resposta dinâmica em relação aos sensores piezoresitivos é superior permitindo perceber rápidas variações na força aplicada.

O punho do laringoscópio inclui não só os sensores de força, como também um sistema inercial (acelerómetro, giroscópio, inclinómetro e/ou bússola) ligados a uma unidade computacional embebida, baseada num microcontrolador conectada a um sistema de comunicação sem fios. Deste modo é possível conhecer em tempo real a orientação do laringoscópio no espaço e os movimentos realizados pelo mesmo, o que é potencialmente útil no treino dos profissionais de saúde, visto ser possível a sua monitorização e análise posterior. O laringoscópio inclui ainda um sistema de avisos, sendo estes alarmes visuais e/ou audíveis, e cujas condições de ativação são definidos previamente pelo utilizador. Durante a utilização do dispositivo, os avisos respondem segundo os valores adquiridos pelos sistemas de sensorização, podendo ser ativado por qualquer sensor, ou por qualquer combinação destes. Existe também a possibilidade de desinibir estas funcionalidades . Todos os sistemas elétricos e eletrónicos estão localizados no interior do punho e são alimentados por uma bateria recarregável. A iluminação é realizada de acordo com a intensidade desejada pelo utilizador, através de um LED de alta intensidade e conduzida por uma fibra ótica situada na lâmina até à ponta desta.

Breve descrição das figuras Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam- se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não limitam o objeto da presente invenção. Figura 1: vista lateral do laringoscopio descrito na invenção. A lâmina é articulada no pino 17, conforme estado da arte.

18 - Lâmina;

17 - Pino de articulação da lâmina;

41 - Cabeça do punho;

42 - Corpo do punho;

43 - Tampa do punho.

Figura 2: Vista isométrica do laringoscopio descrito nesta invenção. O punho é composto pela cabeça (41) onde estão alojados os elementos sensores de força, o corpo (42) que inclui os elementos eletrónicos e é fechado por uma tampa flexível que cobre a antena, o interruptor de ligação do laringoscopio e uma ficha para carga da bateria, por exemplo miniUSB.

18 - Lâmina;

41 - Cabeça do punho; 42 - Corpo do punho;

43 - Tampa do punho.

Figura 3: Vista explodida do laringoscópio digital, ilustrando os componentes integrantes de uma das possíveis configurações.

1 - Alarme sonoro;

2 - Módulo de comunicação sem-fios bidirecional ; 3 - Elemento de alojamento inferior;

4 - Sistema de comutação de estado do laringoscópio;

5 - Sistema de alimentação e carregamento da bateria;

6 - Bateria;

7 - Elemento elástico de posicionamento e contacto da bateria;

8 - Elemento de posicionamento e alinhamento;

9 - Apoio inferior do sensor;

10 - Elemento sensor de força;

11 - Apoio superior do sensor;

12 - Proteção de indicadores visuais;

13 - Indicadores visuais;

14 - Elemento principal da estrutura da cabeça;

15 - Perno de fixação;

16 - Elemento de fixação e posicionamento do sistema de iluminação;

17 - Pino de articulação da lâmina;

18 - Lâmina;

19 - Pino transmissor de força;

20 - Parafuso de fixação sistema de iluminação;

. 2.1 - Casquilho de baixo atrito;

22 - Elemento de iluminação variável; 23 - Elemento de posicionamento e alojamento do sistema inercial;

24 - Condicionamento de sinal;

25 - Elemento de alinhamento e posicionamento da eletrónica de condicionamento de sinal e microcontrolador;

26 - Eletrónica de condicionamento de sinal e microcontrolador;

27 - Elemento de posicionamento e alojamento do alarme sonoro;

28 - Elemento de posicionamento e alojamento do sistema inercial;

30 - Base do punho;

41 - Cabeça do punho;

42 ~ Corpo do punho;

43 - Tampa do punho.

Figura 4: Vista em corte da cabeça do punho (41) ilustrando o sensor de força (10) instrumentado com extensómetros de resistência elétrica e apoiado por dois elementos separadores de forma circular (9, 11) . A lâmina (18) é articulada no pino (17) e apoia no pino transmissor de força (19) guiado por um casquilho de baixo atrito (21) retido no seu local pelo freio de retenção (32) . São também visíveis os elementos dos avisos visuais (12, 13) e o LED de iluminação (22) , todos confinados no elemento principal da estrutura da cabeça (14).

9 - Apoio inferior do sensor;

10 - Elemento sensor de força;

11 - Apoio superior do sensor;

12 - Proteção dos indicadores visuais;

13 - Indicadores visuais;

14 - Elemento principal da estrutura da cabeça; 16 - Elemento de fixação e posicionamento do sistema de iluminação;

17 - Pino de articulação da lâmina;

18 - Lâmina;

19 - Pino transmissor de força;

20 - Parafuso de fixação do sistema de iluminação;

21 - Casquilho de baixo atrito;

22 - Elemento de iluminação variável;

32 - Freio.

42 - Corpo do punho.

Figura 5: Pormenor do elemento sensor (10) e respetivos extensómetros (61A) e (61B). 10 - Elemento flexível;

61A - Extensómetro superior;

61B - Extensómetro inferior.

Figura 6: Vista em corte isométrico do sistema de sensorização de força e de binário. A cabeça do punho (41) apresenta nesta figura uma implementação alternativa, integrando um elemento sensor duplo (71) , estando cada um deles colocado a distâncias diferentes do pino de articulação (17) e realizando os respetivos extensómetros (74A, 74B) as funções de sensorização de força e binário.

Está também visível o limitador do binário (72) , bem como o elemento protetor do sistema de sensorização (75) . Esta configuração da cabeça do punho é acoplada ao punho (42) tal como as outras alternativas apresentadas. Esta montagem tem a vantagem de permitir a determinação não só do binário, como no caso dos desenhos apresentados, mas também do ponto de aplicação da força resultante. 17 - Pino de articulação da lâmina;

18 - Lâmina;

42 - Corpo do punho;

71 - Elemento sensor duplo;

72 - Limitador de binário;

73 - Parafuso;

7 A- Extensómetro;

74B- Extensómetro;

75 - Elemento protetor do sistema de sensorização;

Figura 7: Esquema em corte do dispositivo segundo uma implementação alternativa baseado em sensores piezoresistivos . 18 - Lâmina;

42 - Corpo do punho;

53 - Elemento de suporte do sensor piezoresistivo; 56 - Elemento transmissor de força;

69 - Sensor de força;

77 - Elemento espaçador do sensor de força;

79 - Cabeça com configuração alternativa B;

80 - Elemento fixador do elemento transmissor de força;

!l - Parafuso;

Figura 8: Esquema em corte do dispositivo segundo uma implementação alternativa baseado num sensor de campo magnético para medição do binário.

18 - Lâmina;

42 - Corpo do punho;

55 - Elemento transmissor de deslocamento; 57 - Elemento elástico;

58 - Elemento gerador de campo magnético;

59 - Elemento sensor de campo magnético;

60 - Elemento de suporte do sensor de campo magnético;

76 - Cabeça com configuração alternativa A;

Figura 9: Esquema em corte do pino de posicionamento, e sistemas de eletrónicos e respetivos elementos de alojamento.

1 - Alarme sonoro;

2 - Módulo de comunicação sem fios bidirecional;

3 - Elemento de alojamento inferior;

5 Sistema de alimentação e carregamento da bateria;

6 - Bateria;

7 - Elemento elástico de posicionamento e contacto da bateria;

8 - Elemento de posicionamento e alinhamento;

14 - Elemento principal da estrutura da cabeça;

23 - Elemento de posicionamento e alojamento do condicionamento de sinal;

24 - Condicionamento de sinal;

25 - Elemento de posicionamento e alojamento da eletrónica de condicionamento de sinal e microcontrolador;

26 - Eletrónica de condicionamento de sinal e microcontrolador;

27 - Elemento de posicionamento e alojamento do alarme sonoro;

28 - Elemento de posicionamento e alojamento do -sistema inercial;

31 - Sistema inercial; 42 - Corpo do punho.

Figura 10: Vista isométrica em corte da zona inferior do laringoscópio mostrando, o módulo de comunicação sem fios (2) do qual faz parte a antena (2), a ficha do sistema de carregamento da bateria (5) e o sistema de comutação de estado (4) .

2 - Módulo de comunicação sem fio bidirecional;

3 - Elemento de alojamento inferior;

4 - Sistema de comutação de estado do laringoscópio;

5 - Sistema de carregamento da bateria;

30 - Base do punho;

43 - Tampa do punho.

Figura 11: Esquema dos componentes eletrónicos. 0 circuito eletrónico é composto por um microcontrolador, um sistema de comunicação sem fios, avisos visuais (LEDs) e sonoros, LED de iluminação, sensor de força, sensores inerciais, condicionador de sinal, e computador ou dispositivo móvel com comunicação sem fios.

Descrição detalhada da invenção

Um laringoscópio é um instrumento médico usado normalmente no apoio à realização de entubações endotraqueais , e pode dar origem a diversos problemas nos pacientes se não for utilizado corretamente, dos quais se podem destacar, por exemplo, alterações de ritmo cardíaco, alterações da pressão arterial, quebra de dentes, lesões nos tecidos moles, etc. O presente dispositivo pode ser utilizado tanto, em entubações propriamente ditas, como no ensino da técnica de entubação, recorrendo à utilização de manequins ou outras situações em que seja necessário proceder à abertura do canal oral.

O laringoscópio revelado nesta invenção permite a medição do binário aplicado à lâmina e a resultante da força do contacto desta com os órgãos da cavidade oral do paciente, nomeadamente com a laringe, os dentes, a traqueia, etc. Contudo, ao contrário do estado da arte, neste dispositivo o sistema de medição de binário está inserido no punho, libertando desta forma a lâmina de quaisquer elementos sensores e da respetiva cablagem elétrica, mantendo a utilização de lâminas standard disponíveis no mercado e permitindo a sua esterilização e posterior reutilização sem dano para os elementos sensores.

O laringoscópio é composto por dois elementos, a lâmina (18) e o punho (41, 42, 43), articulados no pino de articulação (17), situado na parte superior da cabeça (41), de forma a permitir que a lâmina feche sobre este, reduzindo assim o espaço ocupado. A lâmina têm em geral a forma curva de modo a facilitar a laringoscopia, podendo ser facilmente removida para proceder a sua troca ou esterilização. O punho é subdividido em três partes principais, a cabeça (41), o corpo (42) e a tampa (43).

A cabeça é constituída pelo pino de articulação (17), e um elemento estruturador da cabeça (14) onde são colocados os indicadores visuais (13) e respetiva proteção (12) . Fazem ainda parte desta o elemento transmissão de força (19) e respetivo elemento posicionador (21) juntamente com o freio de retenção (32), os elementos de sensorização de força (10) e os respetivos apoios inferior (9) e superior (11), e ainda o sistema de iluminação. O elemento de sensorização de força é na forma preferencial materializado por uma célula de carga, por exemplo conforme mostrado na Figura 5, não excluindo outras formas. Uma das possíveis implementações alternativas permite a sensorização de força e binário. A cabeça do punho apresenta assim uma configuração integrando um elemento sensor duplo, podendo estar cada um deles colocado a distâncias diferentes do pino de articulação (17) e realizando os respetivos extensómetros (74A, 74B) as funções de sensorização de força e binário. Existe ainda um limitador do binário (72) regulável e que garante a integridade dos sensores. Por fim o elemento protetor do sistema de sensorização (75) fecha todo o mecanismo de sensorização no interior da cabeça do punho. Esta configuração da cabeça do punho é acoplada ao punho (42) tal como as outras alternativas apresentadas. Esta montagem tem a vantagem de permitir a determinação não só do binário, como no caso dos desenhos apresentados, mas também do ponto de aplicação da força resultante.

O sistema de iluminação é constituído pelo elemento de iluminação variável (22), o seu elemento de fixação e posicionamento (16) e os respetivos parafusos de fixação (20) . Por fim a cabeça (41) é roscada ao corpo e fixada por intermédio de parafusos de fixação (15) . 0 corpo aloja a eletrónica de condicionamento de sinal e de alimentação: sistema de alimentação e carregamento da bateria (5), a bateria (6), o sistema de controlo da iluminação variável microcontrolador e parte do condicionamento de sinal (26) , todos eles alojados no elemento (25), o sistema de sensorização inercial (31), o microcontrolador (26), o elemento produtor de alarmes audíveis (1), o pino de alinhamento (8) e os diversos elementos de posicionamento e alojamento (3, 23, 25, 27, 28). O sistema inercial é capaz de medir a orientação e o movimento espacial do laringoscópio podendo incluir sensores de aceleração, bússola, inclinómetro e giroscópio, segundo um, dois, ou 3 eixos, de acordo com os requisitos da aplicação. 0 microcontrolador é responsável pela monitorização dos sinais dos elementos sensores, interação com o módulo de comunicação sem fios, bem como o controlo da intensidade luminosa do sistema de iluminação e avisos visuais e audíveis. Os diferentes elementos de alojamento e alinhamento fixam a orientação e posição dos diversos circuito elétricos e eletrónicos e garantem também a segurança e integridade no momento de montagem e durante a utilização do dispositivo. No entanto o sistema de posicionamento e alojamento dos componentes internos (3) faz a interligação entre o corpo (42) e a tampa (43), alojando igualmente a bateria (6). 0 sistema de alimentação e carregamento e o módulo de comunicação sem fio bidirecional são também parcialmente alojados pelo elemento (3) .

A tampa (43) cobre a base (30) e o sistema de alimentação carregamento da bateria (5) o módulo de comunicação sem fio bidirecional (2), e o sistema de comutação de estado do laringoscópio (4) . A tampa é flexível permitindo a atuação do elemento comutador do estado do laringoscópio, por exemplo um interruptor (4) sendo ainda permeável à comunicação sem fios. 0 carregamento da bateria pode ser realizado através de uma ficha colocada na base do laringoscópio protegida pela tampa (43), preferencialmente do tipo miniUSB.

A medição do binário é feita usando um dispositivo sensor de força colocado no interior da cabeça do punho. Numa realização preferencial, a atuação faz-se através de um pino guiado que permite transmitir os esforços do exterior para o interior do punho. Esse pino está apoiado sobre um sensor de força, por exemplo, um elemento flexível esforçado à flexão e instrumentado com extensómetros . A aplicação de uma força na lâmina obriga o pino a deslocar- se ligeiramente curvando o elemento flexível, e assim deformando os extensómetros. Os extensómetros são ligados a um condicionador de sinal e este a um microcontrolador permitindo a medida do seu valor.

Montagens alternativas

Numa realização alternativa o pino transmissor de força (56) pode atuar diretamente sobre um sensor de força piezoelétrico, de preferência de baixa tensão, ou num elemento sensor piezoresistivo, inseridos no interior da cabeça (79) .

Uma outra alternativa à célula de carga seria a utilização de sensores de campo magnético sem contato, por exemplo do tipo sensor de efeito Hall ou MGR. Neste caso, o elemento (55) transportaria um pequeno gerador de campo magnético (58), por exemplo um magneto que, ao aproximar-se mais ou menos do sensor de campo magnético (59) faria variar o seu sinal de saída, permitindo deste modo avaliar o esforço. O laringoscópio inclui um LED de iluminação com intensidade controlada e variada pelo microcontrolador, permitindo assim ajustar-se melhor às condições ambientais, ao paciente e ao profissional de saúde.

0 laringoscópio possui ainda alarmes visuais e auditivos, sendo no primeiro composto por exemplo por um LED RGB que varia a cor em função dos valores da força. Alternativamente, pode ser usado um vuimetro para a apresentação do valor da força sobre a forma de uma régua crescente de LEDs. O profissional de saúde pode assim ser alertado sempre que exceda os limites definidos previamente. O alarme sonoro (1) está ligado ao microcontrolador que varia a sua amplitude, intensidade ou o tom em função da força medida.

O laringoscópio está dotado da capacidade de comunicação sem-fios (bidireccional) com um posto remoto (por ex. computador) através de uma aplicação computacional específica. Deste modo o computador permite gerar igualmente alarmes visuais e auditivos em função dos valores medidos pelos elementos de sensorização de força, ou inerciais, bem como a predefinição dos diferentes valores de alarme.

A aplicação computacional permite receber os dados do laringoscópio via comunicação sem fios e mostrá-los ao utilizador em tempo real. O utilizador pode definir as unidades das medidas, configurar os alarmes, ler sinais, visualizar sinais e gravar/ler sinais ou ainda realizar uma análise detalhada da sequência de movimentos, forças .e momentos realizados anteriormente, permitindo desta forma o treino da laringoscopia .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Laringoscópio digital com capacidade de medição do binário e da orientação espacial em tempo real, compreendendo :

- um punho, composto por uma cabeça (41), corpo (42) e tampa (43) , de preferência na forma de um cilindro fechado que albergam:

•um pino de articulação (17) que constitui o elemento de ligação entre a lâmina e a cabeça do punho (41) ;

•Pino de transmissão de força com (19) ;

«Elemento de sensorização de força (9, 10, 11);

•Eletrónica de condicionamento de sinal ligada com microcontrolador (26) ;

•avisadores sonoros (1) e visuais (13) e todos os elementos de suporte à lâmina;

- uma lâmina standard (18) com uma fibra ótica para a condução da iluminação, articulada no pino (17) possibilitando a sua rotação em relação ao punho; em que o sistema de medição do binário e força resultante está completamente inserido no punho;

e em que compreende adicionalmente:

• um sistema de sensorização inercial (24) ;

• um sistema de comunicação sem fios bidireccional (2);

• uma aplicação informática;

• um interruptor do estado do laringoscópio (4); e • um sistema de alimentação e carregamento da bateria (5) .

2. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que por o elemento de sensorizaçao de força (9, 10, 11) é do tipo célula de carga.

3. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que o elemento de sensorização de força é duplo (71) podendo cada um deles estar colocado a distâncias diferentes do pino de articulação (17) .

4. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que uma lâmina (18) se encontra articulada no pino (17) que se apoia no pino transmissão de força (19) deslizante, guiado por um casquilho (21) .

5. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1 e 2, em que o elemento transmissor de força (19) se desloca dentro de um elemento de guiamento.

6. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, possuindo um elemento sensor de força composto por um elemento sensor (9, 10, 11) integrando um piezoelétrico de baixa tensão, um sensor tipo Hall ou MGR.

7. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que o sistema de sensorização inercial (24) é constituído por sensores de aceleração, bússola, inclinómetro e giroscópio, segundo um, dois, ou 3 eixos.

8. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que o sistema de iluminação compreende um LED de iluminação (22) com controlo de intensidade.

9. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, em que os indicadores visuais (13) e auditivos (1) se encontram localizados quer no laringoscópio, quer no computador.

10. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, possuindo um sistema de comutação de estado (4) do laringoscópio protegido por uma tampa (43) de material flexível.

11. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, possuindo um sistema de comutação de estado (4) do laringoscópio protegido por uma tampa (43) de material permeável a comunicação sem fios.

12. Laringoscópio digital de acordo com a reivindicação 1, que integra uma aplicação informática para a aquisição dos dados, monitorização, e análise de dados, processamento e controlo do laringoscópio.