Портативный медицинский ультразвуковой сканер - RU2547959C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к диагностическим ультразвуковым медицинским устройствам, в частности к облегченным ультразвуковым сканерам с визуализацией органов и тканей без инвазивного вмешательства.

Ультразвуковая визуализация широко используется в современной медицине, в частности для неинвазивного контроля за проведением малоинвазивных манипуляций в условиях операционной. К числу таких малоинвазивных вмешательств можно отнести катетеризацию сосудов, лечебно-диагностическую пункцию, биопсию, дренирование и другие. Даже при успешно проведенном вмешательстве важно проконтролировать результат - определить правильность установки катетера, проверить отсутствие прокола второй стенки сосуда и т.д., в зависимости от типа манипуляции.

Таким образом, ультразвуковое исследование является оптимальным методом контроля малоинвазивных вмешательств, снижающее риск развития осложнений даже при наличии аномалий развития тела пациента и сокращающее время проведения процедуры.

В данном аспекте применения ультразвуковой аппарат должен обладать рядом особенностей. Портативный ультразвуковой (УЗ) аппарат наиболее удобен в применении в условиях операционной, особенно с возможностью крепления на медицинскую стойку.

В медицинской ультразвуковой технике выделены отдельные аппараты специально для ультразвукового контроля над проведением малоинвазивных вмешательств, таких как регионарная анестезия, пункция и катетеризация центральных и периферических сосудов, биопсия, а также для экспресс-диагностики критических состояний непосредственно в месте процедуры.

Известен портативный диагностический ультразвуковой прибор (US 2005228281, 13.10.2005), содержащий съемный зонд и дисплей HMD с процессором блока управления, связанным беспроводной связью или через USB с удаленным компьютером. Портативный диагностический ультразвуковой прибор основан на двухъядерном процессоре и снабжен сенсорным экраном, который достигает уровня интеграции не ранее достижимую в КПК диагностического ультразвукового устройства. Прибор имеет экран и кнопочный пульт управления. Однако в условиях операционной очень важен вопрос асептики и стерильности, что требует наличия минимального количества кнопок управления во избежание скопления микроорганизмов и возможности легкой стерилизации элементов аппарата, попадающих в стерильную зону. Ультразвуковой датчик непосредственно контактирует с телом пациента и находится, как правило, в стерильной зоне. Для соблюдения асептики датчик можно покрыть специальной пленкой или поместить в стерильный «рукав». Асептика УЗ аппарата представляет собой сложную задачу и для ее осуществления необходимо использовать одноразовые стерильные пленки. Однако нужно учитывать тот факт, что вентиляционные отверстия УЗ аппарата не должны быть закрыты для достаточного воздухообмена.

В заявке US 2014031694, 30.01.2014 описан ультразвуковой сканер в форм-факторе портативного компьютера. Этим решается вопрос мобильности, но остается проблема избыточности функций и органов управления консоли УЗ сканера, ориентированных на проведение общедиагностических исследований, а не специализированных процедур. Также остается нерешенной проблема позиционирования аппарата в зоне работы врачей анестезиологов-реаниматологов или сосудистых хирургов, поскольку аппараты такого типа предназначены для работы на столе или на специализированной тележке и не могут быть удобно размещены вблизи операционного стола.

Известно портативное устройство для ультразвуковой диагностики и мониторинга (RU 83179, 27.05.2009), используемое на предоперационной, операционной стадиях и в послеоперационный период для получения информации о состоянии мозгового кровообращения. Устройство состоит из нескольких сменных приемоизлучающих ультразвуковых датчиков различного типа, подключаемых через разъем ультразвукового датчика и блок приема-передачи к центральному компьютеру, снабженному жидкокристаллическим экраном. В качестве средств управления в устройстве используется сенсорная панель и дополнительный узел управления в виде координатно-шарового элемента управления (trackball), каждый из которых осуществляет только предписанные ему функции. В устройстве предусмотрены также твердотельное запоминающее устройство и группа разъемов для подключения к компьютеру внешних устройств передачи и ввода-вывода информации. Устройство относится к узкоспециализированным и не имеет возможности крепления на универсальные системы креплений, которые имеются в операционных и отделениях анестезии-реанимации, например на вертикальные и горизонтальные штанги в потолочных консолях анестезиолога или хирурга около операционного стола или на мобильные инфузионные стойки и штативы. Интерфейс пользователя устройства в отношении управления параметрами работы основан только на технологии сенсорного экрана. Все регулировки и настройки вынесены на экранные кнопки и виртуальные ползунковые регуляторы.

Как показал практический опыт работы врачей с подобной техникой, большое неудобство доставляет необходимость визуального контроля за попаданием пальца оператора в элементы интерфейса и большая вероятность случайного нажатия и ошибочного выбора некорректных функций. Одно из самых непривычных ощущений врача, работающего на приборе с исключительно сенсорным экраном, это отсутствие обратной связи при регулировке параметров. Человеческое восприятие является аналоговым, а не цифровым, поэтому более физиологичным и понятным движением изменения параметров должно быть вращение регулятора, а не нажатие на кнопки инкрементального увеличения/уменьшения параметра или перемещения виртуального ползунка на сенсорном экране. Излишняя концентрация не на работе с пациентом, а на контроле правильного нажатия на кнопки может повредить качеству проведения малоинвазивных процедур или анестезии.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эргономичности ультразвукового сканера, что позволяет снизить вероятность ошибки врача, повысить комфортность условий его работы за счет портативности и мобильности сканера, возможности монтажа на любые стандартные системы подвеса, упрощения интерфейса управления, а также - в упрощении дезинфекции и стерилизации поверхностей, контактирующих с руками оператора, с помощью обработки специализироваными препаратами.

Заявленный технический результат достигается тем, что в портативном медицинском ультразвуковом сканере, содержащем по меньшей мере один приемоизлучающий ультразвуковой датчик, подключенный через разъем ультразвукового датчика и блок приема-передачи к центральному компьютеру, шина которого подключена к элементам управления в виде жидкокристаллической сенсорной панели и узла управления, разъемам для подключения внешних устройств ввода-вывода информации и твердотельному устройству хранения информации. Разъем ультразвукового датчика данных, блок приема-передачи, центральный компьютер, жидкокристаллическая сенсорная панель, узел управления, разъемы и твердотельное устройство хранения информации размещены в общем корпусе, на задней стенке которого имеются ручка-подставка, выполненная с возможностью переноса сканера и его установки при настольном расположении, и кронштейн для крепления на вертикальной стойке, а на передней стенке вертикально размещена жидкокристаллическая сенсорная панель и на наклонном консольном выступе установлен узел управления в виде многофункционального устройства ввода, включающего энкодер с регулировочным кольцом, совмещенный с круглой сенсорной панелью, при этом центральный компьютер выполнен с возможностью дублирования сигналов управления на жидкокристаллическую сенсорную панель и узел управления.

На боковой стенке корпуса могут быть расположены держатель ультразвукового датчика, разъемы для подключения внешних устройств ввода-вывода информации, а также кнопка включения с индикатором наличия питания.

Блок питания предпочтительно выполнен с возможностью питания от сети бытового переменного тока 110-240 В, либо с возможностью подключения к бортовой сети автомобилей скорой помощи с напряжением 12 В. Многофункциональное устройство ввода может быть выполнено с возможностью «заморозки» изображения на жидкокристаллической сенсорной панели.

Заявленное устройство иллюстрируется чертежами. На фиг. 1а и 1б представлен общий вид сканера. На фиг. 2 представлена блок-схема сканера.

Портативный медицинский ультразвуковой сканер (фиг. 1а, 1б) включает приемоизлучающий ультразвуковой датчик (не показан), подключенный кабелем к специальному разъему ультразвукового датчика 6. Сканер может комплектоваться различными датчиками: конвексным, линейным, внутриполостным, микроконвексным. Для сосудистого доступа разработан линейный датчик с высокой плотностью пьезоэлементов. В зависимости от типа проводимой операции, например для сосудистого доступа, оптимальным является применение датчика линейного типа с короткой апертурой (не более 25 мм) и частотой не менее 7-10 МГц. Короткая апертура позволит работать даже при условии наличия небольшого рабочего поля, например у детей. Наличие различных типов датчиков расширяет область применения У3-сканера в качестве вспомогательного инструмента.

Разъем 6 расположен на боковой стенке твердого полимерного корпуса 1 (фиг. 1а). Там же находятся кнопка включения 2, индикатор включения 3. Подключенный датчик закрепляется в разъеме при помощи фиксатора 7. На передней (лицевой) стенке корпуса расположен жидкокристаллический сенсорный экран 4 (панель), а также многофункциональное устройство ввода 5, включающее энкодер с регулировочным кольцом, совмещенный с круглой сенсорной панелью, с возможностью нажатия как единого устройства. Устройство 5 установлено на наклонном консольном выступе передней стенки корпуса.

Панель 4 размером 9,7 дюйма имеет вертикальную ориентацию. Такая компоновка позволяет отвести непосредственно под ультразвуковое изображение более 80% экрана. Размер картинки такой же, как и на 19-дюймовом экране при горизонтальной ориентации. Сенсорный экран необходим для реализации таких возможностей, как измерение расстояний непосредственно на изображении, настройка зоны фокуса нажатием на зону интереса и регулировки TGC (послойная регулировка коэффициента усиления в зависимости от глубины).

Многофункциональное устройство ввода 5 - это узел управления. Все управление осуществляется с помощью единственного устройства ActivTwist (Multi-Touch Ring Encoder Software Development Kit User′s Guide, v2.0. Bulletin #1198, 2012). Это устройство сочетает в себе традиционный энкодер - регулировочное кольцо, меняющее параметр при повороте, и круглую сенсорную панель, интегрированную в это поворотное кольцо. Все основные параметры и функции активируются прикосновением пальцев к ActivTwist. В нижней части экрана 5 находится ряд кнопок, элементов графического интерфейса - инструментальная панель с основными параметрами сканирования. Поворотом кольца ActivTwist изменяется текущий параметр (например, усиление или частота). Остальные параметры отображены на соседних кнопках. Чтобы перейти к регулировке другого параметра, достаточно провести пальцем по ActivTwist для смены текущего. Сенсорная панель 4 и консоль с многофункциональным устройством ввода 5 позволяют производить дезинфекцию и стерилизацию поверхностей, контактирующих с руками оператора, с помощью обработки специализироваными препаратами.

На левой боковой стенке корпуса 1 сканера расположен держатель ультразвукового датчика 10, а также разъемы (порты) для подключения внешних устройств ввода-вывода информации: 11 - аудиовыход, разъем для подключения внешней акустической системы, 12 - порт ЛВС (10/100Base-TX Ethernet), 13 - сдвоенный порт USB 2.0, 14 выход HDMI, 15 - выход SVGA.

На задней стенке корпуса установлена универсальная ручка-подставка 8, выполненная с возможностью переноса сканера и его установки при настольном расположении. Для крепления сканера на вертикальной стойке служит кронштейн 9, также расположенный с задней стороны.

В корпусе 1 размещены блок приема-передачи УЗ сигнала 16 (фиг.2) от разъема ультразвукового датчика 6 к центральному компьютеру 21, шина которого (не показана) подключена к жидкокристаллической сенсорной панели 4 и узлу управления ActivTwist 5, а также - разъемам для подключения внешних устройств ввода-вывода информации (11-15), спикеру 17 и твердотельному устройству хранения информации 18 для хранения операционной системы, программы управления утройством, а также данных, непосредственно полученных со сканера - изображений, кинопетель, протоколов и отчетов о результатах измерений и обследований пациентов.

Питание системы сканера (блок питания 20) осуществляется от сети бытового переменного тока 110-240 В либо предусмотрена возможность подключения к бортовой сети автомобилей скорой помощи с напряжением 12 В. Имеется также возможность использования элементов питания 19.

Центральный компьютер 21 обеспечивает взаимодействие элементов сканера и выполнен с возможностью дублирования сигналов управления на жидкокристаллическую сенсорную панель 4 и дополнительный узел управления 5. Сканер поддерживает все необходимые ультразвуковые режимы, включая серошкальное изображение, цветное допплеровское картирование, энергетический допплер, а также импульсно-волновой допплер. Структура управления компьютера позволяет проводить типовые процедуры, например катетеризацию или пункцию, с возможностью легкого изменения основных параметров.

Устройство работает следующим образом:

Ультразвуковой датчик присоединяется к порту УЗ датчика 6 при помощи специального коннектора. Для связи с центральным компьютером 21 использован блок 16 приема-передачи ультразвукового сигнала. Данный блок формирует электрический сигнал, который излучается в виде акустического ультразвукового сигнала при помощи пьезоэлементов в акустической головке датчика. После отражения от тканей пациента ультразвуковой сигнал принимается пьезоэлементами, которые преобразуют его в электрический импульс. Данный импульс воспринимается блоком приема-передачи УЗ сигнала 16, программно обрабатывается и передается в центральный компьютер 21. После обработки серии сигналов центральный компьютер строит (визуализирует) изображение на ЖК экране панели 4.

Для управления устройством служат два элемента - сенсор ЖК-панели 4 и многофункциональное устройство ввода ActivTwist 5. Сенсорная панель позволяет вызывать определенные функции путем нажатия соответствующих кнопок и пунктов меню непосредственно на экране. Многофункциональное устройство ActivTwist служит для простого интуитивного управления устройством - выбор соответствующего параметра осуществляется жестами на круглой сенсорной панели, а его изменение производится вращением кольца энкодера. Кроме того, нажатие на ActivTwist производит «заморозку» изображения или выход из этого режима.

ЖК панель 4 служит как для визуализации ультразвукового изображения, так и для управления устройством. Большую часть экрана занимает непосредственно область УЗ изображения. В нижней части экрана расположен ряд из пяти пиктограмм кнопок, назначение и вид которых меняются в зависимости от режима работы сканера. Активная кнопка, значение параметра которой можно регулировать поворотом колеса ActivTwist, расположена всегда по центру экрана. В верхней части экрана находятся кнопки вызова ниспадающего меню установки предустановок (пресетов) с указанием выбранного значения непосредственно на кнопке. Также, в верхней части расположена поле ввода данных пациента, отображающая имя и фамилию пациента (если введены).

Включение сканера осуществляется однократным нажатием кнопки включения 2. После загрузки операционной системы и программы управления сканером на экране возникает ультразвуковое изображение и графический интерфейс (инструментальная панель).

Параметр активной кнопки можно менять с помощью поворота ActivTwist или с помощью нажатия на верхний и нижний края кнопки на сенсорном экране. Для изменения текущего активного параметра на другой надо использовать жест горизонтального «смахивания» на ActivTwist. Однократное «смахивание» - непрерывное движение, состоящие из опускания пальца, его быстрого проведения в сторону и отрыва от поверхности. Однократное смахивание в горизонтальном направлении производит смену текущего активного параметра на соседний, соответственно справа или слева в зависимости от направления смахивания. Инструментальная панель прокручивается на одну позицию и активный параметр перемещается в середину.

Многократными смахиваниями можно выбирать интересующий параметр, после чего регулировать активный параметр кольцом ActivTwist.

Для ускоренного пролистывания параметров на инструментальной панели влево или вправо можно нажать соответствующую стрелку непосредственно на экране. Также на экране можно сделать активным параметр, непосредственно коснувшись его на экране.

Для изменения режима работы сканера необходимо применить жест вертикального «смахивания» вниз или вверх. При этом инструментальная панель регулировки параметров меняется на панель выбора режима работы.

Предлагаемое изобретение является портативным и обладает возможностью перемещения как в операционную, так и в места проведения лечения, а также для использования в реанимационных автомобилях.

Сканер либо устанавливается на столе, либо монтируется как на универсальные стандартные системы подвеса, так и на любые мобильные стойки, в том числе и инфузионные.

Интерфейс управления сканером максимально упрощен и интуитивен, и не перегружен избыточными функциями, поскольку он предназначается для работы не ультрасонографистов, а анестезиологов, реаниматологов, хирургов и также врачей общей практики.

Интерфейс управления основан на аналоговом изменении параметров с обратной связью и с возможностью выбора регулируемых параметров с помощью интуитивных жестов и касаний многофункционального сенсорного элемента управления.

Реферат

Изобретение относится к диагностическим ультразвуковым медицинским устройствам, в частности к облегченным ультразвуковым сканерам с визуализацией органов и тканей без инвазивного вмешательства. Портативный медицинский ультразвуковой сканер содержит по меньшей мере один приемоизлучающий ультразвуковой датчик, подключенный через разъем для подключения ультразвукового датчика и блок приема-передачи, к центральному компьютеру, шина которого подключена к элементам управления в виде жидкокристаллической сенсорной панели и узла управления, разъемам для подключения внешних устройств ввода-вывода информации и твердотельному устройству хранения информации. Разъем подключения ультразвукового датчика, блок приема-передачи, центральный компьютер, жидкокристаллическая сенсорная панель, узел управления, разъемы и твердотельное устройство хранения информации размещены в общем корпусе, на задней стенке которого имеются ручка-подставка, выполненная с возможностью переноса сканера и его установки при настольном расположении, и кронштейн для крепления на вертикальной стойке, а на передней стенке вертикально размещена жидкокристаллическая сенсорная панель и на наклонном консольном выступе установлен дополнительный узел управления в виде многофункционального устройства ввода, включающего энкодер с регулировочным кольцом, совмещенный с круглой сенсорной панелью, при этом центральный компьютер выполнен с возможностью дублирования сигналов управления на жидкокристаллическую сенсорную панель и узел управления. Изобретение позволяет снизить вероятность ошибки врача. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула