Эргометрический стенд для тестирования мышц голени

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель - повышение точности определения работоспособности и обеспечение возможности дифференцированного определения работоспособности различных групп мышц голени, а также повышение точности определения необходимой нагрузки при эргометрических исследованиях. Стенд содержит два эргометра для измерения на одном работы, совершаемой стопой при ее разгибании, а на другом - при сгибании, и динамометр. Конструктивные особенности эргометров, в частности наличие в каждом двух магниторезистивных преобразователей, и измерительной схемы, обеспечивают счет импульсов только при прямом ходе педали.

С0103 ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„, Я0„„1613109 (51) 5 А 61 В 5/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ HÒ СССР (21) 4298389/28-14 (22) 20.08.87 (46) 15.12.90. Бюл. № 46 (75) В. А. Челноков, Г. Н. Квачадзе, Г. Ф. Перлов, А. М. Салимов, E. А. Герцбарг, В. М. Звезднов, P. И. Бурштейн и И. Н. Буяновский (53) 615.475 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 891066, кл. А 61 В 5/10, 1980. (54) ЭРГОМЕТРИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ

ТЕСТИРОВАНИЯ МЫШЦ ГОЛЕНИ (57) Изобретение относится к медицинской технике. Цель — повышение точносИзобретение относится к медицинской технике.

Цель изобретения — повышение точности определения работоспособности и обеспечение возможности дифференцированного определения работоспособности различных групп мышц голени, а также повышение точности определения необходимой нагрузки при эргометрических исследованиях.

На фиг. 1 изображен эргометрический сте«д, общий вид; на фиг. 2 — кронштейн с установленными на нем магниторезистивными преобразователям и; на фиг. 3 разрез А — А на .фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б — Б на фиг. 1; на фиг. 5 — вид В на фиг. 1; на фиг. 6 — структурная схема эргометра; на фиг. 7 — диаграммы, поясняющие работу эргометра.

Эргометрический стенд состоит из станины-рамы 1, на которой размещены два эргометра и динамометр.

Каждый из эргометров состоит из педали 2, закрепленной на одном валу со ти определения работоспособности и обеспечение возможности дифференцированного определения работоспособности различных групп мышц голени, а также повышение точности определения необходимой нагрузки при эргометрических исследованиях.

Стенд содержит два эргометра для измерения на одном работы, совершаемой стопой при ее разгибании, а на другом при сгибании, и динамометр, Конструктивные особенности эргометров, в частности наличие в каждом двух магниторезистивных преобразователей, и измерительной схемы, обеспечивают счет импульсов только при прямом ходе педали. 7 ил. шкивом 3, на котором установлен зубчатый сектор 4, выполненный из ферромагнитного материала.

Скользящая по стойке 5 каретка 6, нагруженная дозированным грузом 7, связана со шкивом 3 с помощью тросика

8, перекинутого через шкив 9, причем тросики 8 обвивают шкивы 3 в противоположном направлении. На неподвижном кронштейне 10 установлены два магниторезистивных преобразователя 11 и 12, каждый из которых состоит из немагнитного цилиндрического корпуса 13, в котором последовательно размещены полюсный наконечник из ферромагнитного материала. заканчивающийся плоским жалом 14, цилиндрический постоянный магнит 15 с аксиальной осью намагниченности, магниторезисторный 16 и собранные в жгут коммутационные провода, соединяющие магниторезистивный преобразователь с блоком 1 регистрации.

1613109

3 ,гдинамометр состоит из подпятника 18, на жим ной педали 19, установленной на рычажном механизме 20, штока 21, тензометри еского кольца 22 с наклеенными на нем тензорезисторами 23, от которых отходят собранные в жгут коммутационные провода, соединяющие тензометрическое кольцо с блоком 17 регистрации.

Упор 24 для колена перемещается по стойкам 25 и фиксируется на них штифтами 26.

Измерительная схема каждого эргометра включает два усилителя-формирователя 27 и 28 прямоугольных импульсов, соединенных с выходами магниторезистивных преобразователей 11 и !2, логическую схему И 29, соединенную с выходами преобразователей: с преобразователем 11 непосредственно, з с преобразователем 12 через формирователь 30 коротких импульсов, выход схемы И 29 соединен с суммирующим счетчиком 31 импульсов и формирователем 32 счетных импульсов, второй вход которого соединен с выходом формирователя 30 коротких импульсов, а третий вход -- с гыходом формирователя 33 интервала, выходы формирователя 32 счетных импульсов соединены со счетчиком 34.

Измерения иа эргометрическом стенде проводят в положении испытуемого сидя.

При проведении процедуры для определения циклической работы стоп на правой или левой педали 2 ремнями закрепляют только стопу ноги, а при определении силы нажатия стопы нога испытуемого ставится на подпятник 18, причем колено этой ноги прижимают упором 24.

Работа эргометров основана на измерении суммарного поворота левой или правой педали при неизменном крутящем моменте, создаваемом подвесными грузами 7.

Правый эргометр предназначен для измерения и цифровой индикации работы, совершаемое стопой при ее разгибании (опускание педали), левый — при сгибании (подъем педали) .

При нажатии стопы испытуемого на правую педаль 2 она опускается, при этом шкив 3, жестко связанный с валом этой педали, поворачивается и на него наматываетсяя троси к 8, поднимающий каретку 6, нагруженную до необходимой величины дозированным грузом 7. Угол поворота шкива 3 дискретно измеряется с помощью магниторезистивных преобразователей 11 и 12 и зубчатого сектора 4, закрепленного на шкиве 3. При повороте шкива 3 происходит поочередное приближение зубков сектора 4 к полюсным наконечникам магниторезистивных преобразователей и соответствующее поочередное изменение величин магнитных потоков, проходящих через преобразователи вдоль .их оси, зубки и тело сектора 4, шкив 3 и кронш20

55 тейн 10, на котором укреплены преобразователи. Магнитные потоки наводятся цилиндрическими постоянными магнитами 15 с аксиальной осью намагниченности. Изменение величин магнитных потоков приводит к изменению сопротивлений магниторезисторов 16, установленных внутри преобразователей поперек напавлений этих потоков. Магниторезистор 16 каждого из преобразователей включен в цепь постоянного тока и соответствующее изменение напряжения на нем поступает на вход усилителя-формирователя импульсов. Наличие двух преобразователей 11 и 12 позволяет осуществлять счет импульсов только при прямом ходе — опускании (подъеме педали) .

При нажатии на педаль 2 шкив 3 поворачивается и зубчатый сектор 4 своим зубцом подходит вначале к преобразователю 11, при этом на один из выходов схемы И 29 поступает усиленный и сформированный усилителем-формирователь 27 импульс Хь При дальнейшем движении зубчатого сектора 4 импульс с преобразователя 12 через аналогичный усилительформирователь 28 поступает на вход формирователя 30 коротких импульсов.

Короткий импульс с выхода формирователя 30 поступает на другой вход схемы

И 29, так как в это время на первом входе присутствует разрешающий логический сигнал. Хь то он через схему И 29 поступает на вход счетчика 31.

При обратном движении зубчатого сектора 4 короткие импульсы Xz поступают на вход схемы И 29 в момент, когда импульс от преобразователя 11 и усилителя 27 еще не появился на первом входе, и импульсы счета Х не поступают на вход счетчика 31. Таким образом осуществляется счет импульсов только при нажатии педали, импульсы, появляющиеся при ходе педали под действием груза, на результат измерения не влияют.

При рабочем ходу зубчатого сектора 4 вниз под действием стопы его зуб в первую очередь проходит мимо полюсного наконечника преобразователя 11, а потом мимо преобразователя 12, что вызывает сдвиг фазы импульсов напряжения, поступающих на входы усилителей 27 и 28. С выхода усилителя усиленные и формированные прямоугольные импульсы Х поступают на вход формирователя 30, и с его выхода укороченные импульсы Хз поступают на один из входов схемы И 29. На другой вход схемы И 29 подаются импульсы Xi непосредственно с выхода усилителя 27.

Благодаря тому что в момент поступления на вход схемы И импульса Х второй вход находился под разрешающим потенциалом Хь схема И 29 пропускает импульс Хз, и на вход счетчика 31 поступает импульс У. При холостом ходе педали

1613109 под действием груза 7 фазы следования импульсов XI и Х2 меняются на противоположные, т. е. импульсы Х опережают импульсы XI. По этой причине импульсы

Х1 поступают на вход схемы И 29 тогда, когда на втором входе этой схемы отсутствуют разрешающие импульсы XI, схема И 29 в этом случае заперта и на вход счетчика 31 не поступают счетные и м пульс ы.

Элементарная работа, совершаемая при повороте педали на одно деление зубчатого сектора равна

%-д—

15 где Л вЂ” угол между вершинами двух соседних зубков зубчатого сектора в градусах;

1 — плечо момента, создаваемого дозированным грузом (радиус шкива 9)

g — ускорение свободного падения; ?О

m — масса дозированного груза.

Для измерения работы с высокой точностью угол Л р должен выбираться возможно меньшим, например в пределах от доли градуса до нескольких градусов, а для удобства цифрового отсчета

7Т. измеряемой величины произведение Ау

° 1 ° g и масса отдельных дозированных грузов 7, которыми каретка 6 нагружает- 30 ся до необходимой величины, должны выражаться в целых числах.

Работа в джоулях, совершаемая стопой при ее циклическом разгибании и сгибании, определяется путем умножения показания цифрового счетчика на ЛА А=АА ° NN. З5

Мощность, развиваемая при нажатии на педаль, определяется путем подсчета числа импульсов в единицу времени.

Измерение развиваемой при нажатии на педаль мощности осуществляется путем подсчета счетных импульсов У в течение интервала времени, формируемого формирователем 33 интервала.

Формирователь 32 счетных импульсов производит подачу импульсов У на вход 45 счетчика 34 мощности в течение фиксированного отрезка времени, определяемого, ормирователем ЗЗ интервала, осуществляет синхронизацию счета с первым импульсом нажатия и выдает импульс R на очистку счетчика 34 перед новым тактом измере- б ния мощности.

Измерение мощности осуществляется по формуле W=

Г где А — элементарная работа, выполненная при ходе педали на одно зубцовое деление зубчатого сектора;

N — число на счетчике мощности;

W — мощность, развиваемая пр»»ажазтии на педаль; т — время, с.

Силу стопы измеряют следующ»м образом. При нажатии стопой на педаль 19 рычажного механизма 20 свободное плечо воздействует на шток 21, который деформирует тензометрическое кольцо 22 с размещенными на нем тензорезисторами 23, соединенными по мостовой схеме. Тензометрический преобразователь преобразует механическое усилие в пропорциональный электрический сигнал, который поступает на BxoJI, измерительного усилителя постоянного тока, а с его выхода ус»ленный сигнал поступает на показывающий прибор или регистратор.

Эргометриче кий с1. нд, позволяет диагностироватьь степени за болева н и я, on ðåäåë ять эффективность л гс»ия таких болезней, как облитерирующий атеросклероз нижних конечностей, переломов нижних конечностей, постинсультных двигательных расстройств, при лечении периферического атеросклероза методом гемосорбции, пр» исследованиях больных остеохондрозом позвоночника и т.д.

Формула изобретения

1. Эргометрическ»й стенд д;1я тест»рования мышц голени, содержащий станинураму, на которой установлены два эргометра, каждый из которых включает закрепленную на валу педаль, связанную кинематически с нагрузочным механ»змом, и блок регистрации, Gòëèна oùïéñÿ тем, что, с целью повышения точности определения работоспособности и обеспечения возможности дифференцированного определения работоспособности различных групп мышц голени, на каждом валу закреплен шкив, с кареткой с дозированным грузом, установленной с возможностью перемещен»н»а роликах по стойке, причем обвивка тросами шкивов, закрепленных на валах педалей, имеет противоположное направление, перпендикулярно каждому зубчатому ферромагнитному сектору на кронштейнах ус- тановлены по два бесконтактных магниторезистивных преобразователя, каждый»з которых состоит из цилиндрического немагнитного корпуса, в котором последовательно размещены магниторезистор, постоянный магнит и полюсный наконечник, заканчивающийся плоским жалом. причем в каждом эргометре преобразователи соединены с усилителями-формирователями прямоуго IIных импульсов; выход из одного которых соединен непосредственно со схемой И, второго через формирователь коротк»х»мпульсов с той же схемой И, выход которой сосдинен с суммирующим счетчиком импульсов, выходы формирователя IiopoT1613109 ких импульсов и схемы И подсоединены также к формирова1елю счетных импульсов, третий вход которого соединен с выходом формирователя интервала, а выходы соединены со счетчиком, счетчики соединены с индикаторами.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения необходимой нагрузки при эргометрических исследованиях, он содержит средства для измерения максимального усилия, развиваемого мышцами голени, включающие в себя нажимную педаль для стопы, соединенную с рычажным механизмом, свободный конец которого связан через шток с тензометрическим кольцом, прикрепленным к перекладине, соединяющей стойки, на которых также установлена с возможностью вертикального перемещения горизонтальная штанга с упором для колена.

1613109

1613109

Вид В

1613109

Ху

Фиг. 7

Составитель Н. Галамага

Редактор С. Титова Техред А. Кравчук Корректор А. Осауленко

Заказ 3848 Тираж 557 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101