МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ МЕДИЦИНСКОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО СКАНЕРА

Полезная модель относится к диагностическим ультразвуковым медицинским устройствам, в частности к 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. В число 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. Блок управления прибора основан на двухъядерном процессоре и снабжен сенсорным экраном, который достигает уровня интеграции ранее не достижимую в КПК диагностического ультразвукового устройства. Блок управления 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.
В заявке US 2014031694, 30.01.2014 описан модуль управления ультразвукового сканера 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 в близости 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 включает модуль управления в виде подключаемого через разъем USB ввода данных блока приема-передачи к центральному компьютеру, снабженному жидкокристаллическим экраном. В качестве средств управления в модуле используется сенсорная панель и дополнительный узел управления в виде координатно-шарового элемента управления (trackball), каждый из которых осуществляет только предписанные ему функции. В модуле 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 не тех 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 предлагаемая полезная модель, состоит в повышении эргономичности модуля управления 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 модуль управления медицинского ультразвукового сканера содержит установленные в общем корпусе разъем для подключения ультразвукового датчика, связанный с блоком приема-передачи, подключенным к центральному компьютеру, связанному шиной с жидкокристаллической сенсорной панелью, узлом управления, твердотельным устройством хранения информации и разъемами для подключения внешних устройств ввода-вывода информации, на задней стенке корпуса размещена ручка-подставка, выполненная с возможностью переноса блока управления и его установки при настольном расположении, и кронштейн для крепления на вертикальной стойке, на передней стенке вертикально размещена жидкокристаллическая сенсорная панель и, на наклонном консольном выступе корпуса, 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, а на боковой стенке корпуса расположен держатель ультразвукового датчика.
Заявленная полезная модель иллюстрируется рисунками. На фиг. 1а и 1б представлен общий вид модуля управления. На фиг. 2 представлена блок-схема модуля управления.
Модуль управления портативного медицинского ультразвукового сканера (фиг. 1а, 1б) включает расположенный на боковой стенке твердого полимерного корпуса 1 (фиг. 1а) разъем 6 для подключения ультразвукового датчика. 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, v 2.0, 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 модуля 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 (10/100 Base-TX Ethernet), 13 - сдвоенный порт USB 2.0, 14 выход HDML, 15 - выход SVGA.
На задней стенке корпуса установлена универсальная ручка-подставка 8, выполненная с возможностью переноса модуля и его установки при настольном расположении. Для крепления модуля 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 (на рисунках 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 устройством, а также данных, непосредственно полученных модулем изображений, кинопетель, протоколов и отчетов о результатах измерений и обследований пациентов.
Питание модуля управления (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 модуля и выполнен с возможностью дублирования сигналов управления на жидкокристаллическую сенсорную панель 4 и узел управления 5. Модуль 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.
Полезная модель работает следующим образом:
Для связи с центральным компьютером 21 использован блок 16 приема-передачи ультразвукового сигнала. Ультразвуковой 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 модуля управления.
Функции управления в модуле управления осуществляют 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 т.служит для простого интуитивного управления модулем - 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 полезной моделью. 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 модуля 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. Так же на экране можно сделать активным параметр, непосредственно коснувшись его на экране.
Для изменения режима работы модуля необходимо применить жест вертикального «смахивания» вниз или вверх. При этом инструментальная панель регулировки параметров меняется на панель выбора режима работы.
Предлагаемая полезная модель является портативной и обладает возможностью перемещения как в операционную, так и в места проведения лечения, а также для использования в реанимационных автомобилях.
Модуль 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 модулем 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 возможность выбора регулируемых параметров с помощью интуитивных жестов и касаний многофункционального сенсорного элемента управления.