CZ27541U1

CZ27541U1 - Apparatus for investigating soft tissues and method of making such investigation

Info

Publication number: CZ27541U1
Application number: CZ2014-29791U
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Henžel; Marek Penhaker; Jiří Prokop; Jiří Podešva; Milada Hlaváčková
Original assignee: Vysoká škola báňská- Technická univerzita Ostrava
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2014-11-27

Description

Oblast technikyTechnical field

Řešení je z oblasti lékařství a týká se zařízení imitujícího pohmat při vyšetřování měkkých tkání.The solution is from the medical field and concerns a device imitating palpation in the examination of soft tissues.

Dosavadní stav technikyBackground Art

V současné době se vyšetřování měkkých tkání obvykle provádí pohmatem přímo vyšetřujícím lékařem, daná data není možné zaznamenávat ani později vyhodnocovat. Toto vyšetření je také vysoce závislé na zkušenostech vyšetřujícího lékaře a je vysoce závislé na subjektivním vyhodnocení případných patologických nebo jiných změn ve vyšetřovaných tkáních. Jako jedno z možných vyšetření se dá zmínit vyšetření prsní tkáně při preventivním vyšetření rakoviny prsu.Currently, soft tissue testing is usually performed by palpation directly by the examiner, and the data cannot be recorded or evaluated later. This examination is also highly dependent on the experience of the investigating physician and is highly dependent on the subjective evaluation of any pathological or other changes in the tissues under investigation. One of the possible examinations is the examination of breast tissue for preventive breast cancer examination.

Jedním ze způsobů jak omezit subjektivitu vyhodnocování a umožnit dokumentaci vyšetření je použití takzvaných imitátorů pohmatu. Např. v US 4144877 je vyšetřovací přístroj součástí lékařské rukavice, US 2006052729 používá systém měření bolesti při penetraci tkáně a US 6494840 využívá k vyšetřování tkáně ultrazvukové vlny. Opačný postup, tedy vtlačování měkké tkáně proti rovné ploše, popisuje US 2012123244, tento postup však neumožňuje měřit tvrdší tkáň. WO 2007145690 zase umožňuje měření pouze jednoho místa s nemožností posuvu. US 2010087756 popisuje měření síly na celé ploše a nikoliv v bodě, navíc je měření zkreslováno vlivem tření o pokožku. V US 5833633 je tkáň stlačována pomocí druhé desky, přičemž se měří síla v bodech, které jsou umístěny v jedné ploše.One way to limit the subjectivity of the evaluation and to enable examination of the examination is to use so-called palpation imitators. E.g. in US 4144877 the examination apparatus is part of a medical glove, US 2006052729 uses a tissue penetration pain measurement system and US 6494840 uses ultrasound waves to investigate tissue. The reverse procedure, that is, soft tissue injection against a flat surface, is described in US 2012123244, but this procedure does not allow the harder tissue to be measured. WO 2007145690, in turn, permits measurement of only one point with no displacement. US 2010087756 describes the measurement of force over the entire area and not at the point, moreover, the measurement is distorted due to skin friction. In US 5833633, the tissue is compressed by a second plate, measuring the force at points that are located in one surface.

Přístroje k měření tvrdosti tkáně končetin při kompartment syndromu jsou popsány v knize Molčányi Theodoz, Prejavy kompartment syndromu. Strojnická fakulta Technickej univerzity, 2010, strana 52 až 53.Apparatus for measuring the hardness of limb tissue in compartment syndrome are described in Molchanyi Theodoz, Prejavy kompartment syndrom. Faculty of Mechanical Engineering, University of Technology, 2010, pages 52 to 53.

I přes výše uvedené snahy je stále nej lepším nástrojem pro vyšetřování měkkých tkání lidská ruka a vyšetřovací přístroj, který by dokázal dostatečně objektivizovat taktilní komplexní vjemy, kterými se orientuje vyšetřující lékař svým „dokonalým nástrojem a senzorem“ (lidskou rukou), umožňoval záznam a následné vyhodnocení změřených dat, v lékařské praxi stále chybí.In spite of the above efforts, the best tool for soft tissue testing is the human hand and the investigative device, which could sufficiently objectify the tactile complex sensations that the investigating practitioner is orientating with his "perfect tool and sensor" (human hand), allowing recording and subsequent evaluation of measured data is still missing in medical practice.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Podstatou technického řešení je objektivizace a dokumentace vlastností vyšetřované tkáně v určité oblasti pomocí přístroje níže popsané konstrukce.The essence of the technical solution is the objectification and documentation of the properties of the examined tissue in a certain area by means of the apparatus described below.

Vychází z předpokladu, že tuhost tkáně v místě anomálie je odlišná od tuhosti zdravé tkáně a také z předpokladu, že tuhost tkáně je menší než tuhost pružiny vyšetřovacího přístroje.It is based on the assumption that the stiffness of the tissue at the site of the anomaly is different from that of the healthy tissue and also on the assumption that the stiffness of the tissue is less than that of the spring of the examination apparatus.

Přístroj, který je předmětem tohoto řešení, slouží k měření reakční síly vzniklé stlačením měkké tkáně. Stlačení tkáně je vyvoláno výsuvným hrotem přístroje. Hrot je na konci opatřen kuličkou, která eliminuje tření vzniklé posuvem po tkáni, její shrnování a tím i zkreslování měřené síly parazitními silovými vektory. Kulička je fixována v hrotu pomocí krytu z biologicky neutrálního materiálu. Hrot je dále opatřen dorazem tak, aby nedošlo k přílišnému vysunutí hrotu do tkáně. Komparační rovinou je rozšířená spodní část přístroje, která slouží k udržování stálé velikosti penetrace hrotu. Vnitřní část přístroje je opatřena pružinou, která slouží jako ochrana proti poškození tkáně vlivem přílišného tlaku mezi hrotem a tkání. Dále pružina v kombinaci s regulačním členem vyvolává předpětí, které zajišťuje požadovanou penetraci hrotu do tkáně. Zároveň pružina přenáší reakční sílu na měřicí člen. Regulační člen tedy umožňuje nastavit předpětí pružiny a nastavit hodnotu na výstupu měřicího členu.The apparatus of the present invention serves to measure the reaction force generated by soft tissue compression. Tissue compression is caused by the retractable tip of the device. The tip is provided with a ball at the end, which eliminates the friction caused by the sliding of the tissue, its raking and thus the distortion of the measured force by the parasitic force vectors. The ball is fixed in the tip by a cover of biologically neutral material. The tip is further provided with a stop so as not to overtighten the tip into the tissue. The comparative plane is the expanded lower part of the instrument, which serves to maintain a constant amount of tip penetration. The inside of the device is provided with a spring to protect against tissue damage due to excessive pressure between the tip and the tissue. Further, the spring in combination with the regulating member causes a preload which provides the desired penetration of the tip into the tissue. At the same time, the spring transfers the reaction force to the measuring member. Thus, the control member allows to adjust the spring preload and to set the value at the measuring member output.

Dále je přístroj vybaven systémem k získání referenční hodnoty. Systém pro získání referenční hodnoty představuje táhlo, které se zasouvá nebo zašroubovává do regulačního členu. Po přiložení přístroje systém vysune hrot z regulačního členu. Délka vysunutí hrotu představuje údaj o referenční hodnotě dalšího měření. Po přiložení přístroje k referenčnímu bodu tedy dojde k aktiCZ 27541 Ul vaci systému a změření hodnoty pro požadované vysunutí. Systém pro získání referenční hodnoty, pružina, regulační člen a měřicí člen jsou uloženy v těle přístroje.Furthermore, the device is equipped with a system to obtain a reference value. The system for obtaining the reference value is a rod that is inserted or screwed into the control member. After applying the device, the system ejects the tip from the control member. The tip extension length is the reference value for the next measurement. Thus, after applying the instrument to the reference point, the system is activated and the value for the desired ejection is measured. The system for obtaining the reference value, the spring, the control member and the measuring member are housed in the apparatus body.

Přístroj je dále opatřen snímači polohy, teploty a zrychlení, které zaznamenávají údaje při posuvu přístroje po povrchu vyšetřované tkáně v různých plošných směrech, a také elektroniku, která obsahuje napájecí, vyhodnocovací a komunikační prvky. Snímače a elektronika mohou být uloženy buď v těle přístroje, nebo mohou být k přístroji připojeny externě. Vše je nakonec připojeno k vyhodnocovacímu zařízení, kterým může být např. PC nebo tablet. Měřená sílaje zobrazována v relativní škále, která se přizpůsobuje mechanickému charakteru vyšetřované tkáně tak, aby rozsah měřené síly byl v lineárním pásmu.The apparatus is further provided with position, temperature and acceleration sensors which record the displacement of the apparatus over the surface of the tissue to be examined in various planar directions, as well as electronics that include power, evaluation and communication elements. Sensors and electronics can be stored either in the body of the device or externally connected to the device. Everything is finally connected to the evaluation device, which can be eg a PC or a tablet. The measured force is displayed in a relative scale that adapts to the mechanical character of the tissue being examined so that the measured force range is in the linear band.

Před samotným měřením se zjistí referenční hodnota sloužící k předepnutí pružiny. Předepnutí musí být dostatečně silné tak, aby došlo k požadovanému stlačení vyšetřované tkáně a stále bylo možno provést záznam měnící se reakční síly.Before the actual measurement, the reference value is used to bias the spring. The prestressing must be strong enough to compress the tissue to be examined and the changing reaction force can still be recorded.

Měření probíhá na základě měření reakční síly, která vniká stlačením tkáně. Vzdálenost jednotlivých základen je během horizontálního posuvu konstantní.The measurement is based on the measurement of the reaction force that penetrates the tissue compression. The distance of each base is constant during horizontal feed.

Samotné stlačení je realizováno pomocí změny vzdálenosti mezi pohyblivou základnou, kterou tvoří spodní část vyšetřovacího přístroje a fixní základnou, kterou tvoří podložka pod tkání, kdy se pohyblivou základnou provede vertikální posuv směrem k fixní základně. V určitém okamžiku dojde ke kontaktu hrotu vyšetřovacího přístroje s pokožkou. Od toho momentu bude docházet k deformaci jak tkáně, tak i pružiny. Pro sčítání tuhostí platí vztah:The compression itself is accomplished by varying the distance between the movable base formed by the bottom of the examination apparatus and the fixed base formed by the tissue underlay, whereby a vertical displacement towards the fixed base is performed with the movable base. At some point, the tip of the examination device contacts the skin. From that moment, both the tissue and the spring will deform. For the addition of stiffness:

_ 1 1 k_c ~ k₁₅ k_g kde kc je celková tuhost, k_J5 je tuhost zdravé tkáně a k₉ je tuhost pružiny vyšetřovacího nástroje. Přitom pro závislost mezi silou F a celkovou tuhostí platí vztah:1 1 k _c ~ k ₁₅ k _g where kc is the total stiffness, k _J5 is the stiffness of the healthy tissue and ₉ is the stiffness of the spring of the examination tool. However, for the dependence between the force F and the total stiffness, the relation:

F = k_c- ΔΙ kde ΔΙ je vzdálenost mezi pohyblivou základnou a fixní základnou.F = k _c - ΔΙ where ΔΙ is the distance between the moving base and the fixed base.

Z těchto vztahů lze při znalosti tuhosti pružiny vyšetřovacího přístroje a při konstantní ΔΙ dopočíst tuhost tkáně. Měřenou veličinou je síla F ¹⁵ ΔΙ-hg-FFrom these relations, the stiffness of the tissue can be calculated with the knowledge of the spring stiffness of the examination device and with constant. The measured value is the force F ¹⁵ ΔΙ-hg-F

Při dosažení požadované vzdálenosti mezi jednotlivými základnami bude zahájeno měření reakční síly F. Daná síla bude zaznamenávána kontinuálně při vertikálním posuvu. V případě změny tuhosti tkáně dojde ke změně reakční síly. Hledaným místem je místo kde je tuhost výrazně vyšší (nižší) než je tomu v nejbližším okolí této anomálie (defektu).When reaching the desired distance between the individual bases, the measurement of the reaction force F will be started. The force will be recorded continuously at vertical displacement. If the tissue stiffness changes, the reaction force changes. The place of interest is where the stiffness is significantly higher (lower) than in the immediate vicinity of this anomaly (defect).

Výhodou zařízení podle řešení je možnost provádět sběr dat a vyhodnocovat vlastnosti měkkých tkání. Předmět technického řešení tak přispívá k objektivizování jinak subjektivně formulovaných diagnostických závěrů lékaře, a to jak v kladném (potvrzení přítomnosti tuhé tkáně určité plošné velikosti), tak záporném smyslu (tuhý útvar byl objektivně popsán a po čase vymizel). Nevýhodou je nutnost provést referenční měření a nastavení zařízení před každým měřením. Stručný popis obrázků na výkresechThe advantage of the device according to the solution is the possibility to perform data collection and evaluate the properties of soft tissues. The subject of the technical solution thus contributes to objectification of otherwise subjectively formulated diagnostic conclusions of the physician, both in the positive (confirmation of the presence of a solid tissue of a certain area size) and in the negative sense (the rigid structure was objectively described and disappeared over time). The disadvantage is the need to make a reference measurement and set up the device before each measurement. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Řešení je blíže osvětleno s pomocí výkresů, kde obrázek 1 znázorňuje přístroj pro vyšetřování měkkých tkání, obrázek 2 znázorňuje blokové schéma zapojení přístroje pro vyšetřování měkCZ 27541 Ul kých tkání, obrázek 3 znázorňuje princip měření tuhosti tkáně a obrázek 4 znázorňuje jeden z možných výstupů měření.The invention is illustrated in more detail with reference to the drawings, in which Figure 1 illustrates a soft tissue testing device, Figure 2 shows a block diagram of a soft tissue testing apparatus 27541 of a human tissue, Figure 3 illustrates the principle of measuring tissue stiffness, and Figure 4 shows one of the possible measurement outputs.

Příklad uskutečnění technického řešeníExample of a technical solution

Přístroj 10 pro vyšetřování měkkých tkání se skládá z těla i, ve kterém je uložen regulační člen 7, do něhož je zasunut nebo zašroubován systém 8 pro získání referenční hodnoty. Systém 8 je opatřen pružným členem 9. Mezi pružným členem 9 a regulačním členem 7 je umístěn měřicí člen 6. Pružný člen 9 je zakončen dorazem 5, který je spojen s výsuvným hrotem 2. Hrot 2 je na konci opatřen kuličkou 4, která je v hrotu 2 fixována pomocí krytu 3 z biologicky neutrálního materiálu. Přístroj 10 je dále vybaven snímači £1 polohy, teploty a zrychlení a elektronikou 12 pro napájení a přenos informací, přičemž snímače £1 a elektronika 12 mohou být umístěny buď uvnitř těla i nebo připojeny externě k přístroji 10. Přístroj 10 je prostřednictvím elektroniky 12 propojen s vyhodnocovacím zařízením 13.The soft tissue apparatus 10 comprises a body 1 in which the control member 7 is received, into which the system 8 is inserted or screwed in to obtain a reference value. The system 8 is provided with a resilient member 9. A measuring member 6 is disposed between the resilient member 9 and the regulating member 7. The resilient member 9 is terminated by a stop 5 which is connected to the withdrawable tip 2. The tip 2 is provided with a ball 4 at the end, which is in the tip 2 is fixed by a cover 3 of biologically neutral material. The apparatus 10 is further provided with position, temperature and acceleration sensors 61 and an information and power electronics 12, wherein the sensors 51 and electronics 12 can be located either inside the body or connected externally to the apparatus 10. The apparatus 10 is connected via electronics 12 with the evaluation device 13.

Přístroj 10 slouží k měření reakční síly vzniklé stlačením vyšetřované tkáně pod pokožkou 17. Toto stlačení je vyvoláno výsuvným hrotem 2. Tuhost tkáně v místě anomálie 16 je odlišná od tuhosti zdravé tkáně 15. Kulička 4, kterou je hrot 2 opatřen, eliminuje tření vzniklé posuvem po tkáni. Hrot 2 je dále opatřen dorazem 5 tak, aby nedošlo k přílišnému vysunutí hrotu 2 do tkáně. Tělo £ přístroje JO je ve spodní části rozšířeno a vytváří tak dosedací límec. Dosedací límec slouží jako komparační rovina a udržuje tak stálou velikost penetrace hrotu 2. Jako ochrana proti poškození tkáně vlivem přílišného tlaku hrotu 2 na tkáň slouží pružný člen 9. Pružný člen 9 v kombinaci s regulačním členem 7 vyvolává předpětí, které zajišťuje požadovanou penetraci hrotu 2 do tkáně. Pružný člen 9 zároveň přenáší reakční sílu na měřicí člen 6. Po přiložení systému 8 k referenčnímu bodu dojde k jeho aktivaci a změření hodnoty pro požadované vysunutí.The apparatus 10 is used to measure the reaction force generated by the compression of the tissue under examination under the skin 17. This compression is caused by the retractable tip 2. The stiffness of the tissue at the anomaly 16 is different from the stiffness of the healthy tissue 15. after tissue. The tip 2 is further provided with a stop 5 so that the tip 2 does not extend too much into the tissue. The body 10 of the device 10 is widened at the bottom to form a seat collar. The abutment collar serves as a comparative plane and maintains a constant penetration size of the tip 2. The resilient member 9 serves as a protection against tissue damage due to excessive pressure of the tip 2. The resilient member 9 in combination with the regulating member 7 biases to provide the desired tip penetration 2 into the tissue. At the same time, the elastic member 9 transmits the reaction force to the measuring member 6. When the system 8 is applied to the reference point, it is activated and the value for the desired extension is measured.

Vyšetřovaná tkáň se podloží podložkou 14, pomocí systému 8 se nastaví referenční vzdálenost a přístroj 10 se přiloží na vyšetřované místo. Poté se pomalým vertikálním posouváním přístroje 10 vyvolává pomocí kuličky 4 deformace tkáně a zároveň deformace pružného členu 9, přičemž se měří reakční síla vzniklá deformací tkáně a zároveň se zaznamenává pomocí snímače 11 poloha v průběhu posouvání po pokožce 17 a na základě naměřených údajů se pomocí vyhodnocovacího zařízení 13 získají informace o velikosti a poloze anomálie 16 ve zdravé tkáni 15. V oblasti výskytu anomálie 16 dojde ke změně reakční síly. Vyhodnocovací zařízení 13 měřenou tuhost tkáně (fyzikálně sílu) objektivizuje a zobrazuje, například formou silokřivek se stejnými měřenými hodnotami.The tissue to be examined is supported by a pad 14, the reference distance is set by the system 8, and the device 10 is placed on the spot to be examined. Thereafter, by slow vertical displacement of the apparatus 10, the deformation of the tissue is induced by the ball 4 and the deformation of the elastic member 9 is measured, while the reaction force resulting from the deformation of the tissue is measured and the position 11 during the displacement on the skin 17 is recorded by means of the sensor. the device 13 acquires information about the size and position of the anomaly 16 in the healthy tissue 15. In the region of the anomaly occurrence 16, the reaction force changes. The evaluation device 13, measured the stiffness of the tissue (physically force), objectifies and displays, for example in the form of field lines with the same measured values.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Přístroj podle technického řešení lze využít při vyšetřování měkkých tkám, zejména jako součást vyšetření prsního karcinomu, při výzkumu chronických změn struktury tkání, při analýze dekubit (proleženin) apod.The device according to the technical solution can be used for examination of soft tissues, especially as a part of examination of breast carcinoma, in research of chronic changes of tissue structure, in analysis of decubitus (decubitus) etc.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Apparatus (10) for examining soft tissues, characterized in that a control member (7) is received in its body (1), into which a reference value system (8) provided with a resilient member (9) is inserted or screwed. wherein a measuring member (6) is disposed between the resilient member (9) and the regulating member (7), the resilient member (9) being connected via a stop (5) to an extension tip (2) which is provided with a ball (4) which is fixed in the tip (2) by means of a cover (3) of biologically neutral material and the device (10) is equipped with position, temperature and acceleration sensors (11) and electronics (12), by which the device (10) is connected device (13), wherein the regulating member (7) is a fixed mechanical plug-in element and the evaluating device (13) is a PC or tablet.

CZ 27541 Ul

Soft tissue testing device (10) according to claim 1, characterized in that the sensors (11) and the electronics (12) are located in the body (1) of the device (10).