Устройство для исследования нервно-мышечной системы

 

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для исследования нер-. вно-мышечной системы, содержащее формирователь стимулирующих импульсов, соединенный с блоком раздражающих электродов , усилитель биопотенциалов, соединенный с отводящими электродами. регистратор и блок питания, блок задержки, датчик интенсивности движения и кнопку включения. Регистратор выполнен трехканальным, при этом блок питания через кнопку включения соединен с регистратором и входом блока задержки, выход которого соединен с управляющим входом формирователя стимулирующих импульсов, датчик интенсивности движения через усилитель соединен с первым каналом регистратора, со вторым каналом которого соединен выход усилителя биопотенциалов. Цель изобретения - определение фазоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения. 2 з.п. ф-лы. 12 ил.

СО " 3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (I 1) (s()s А 61 В 5/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОPСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873178/14 (22) 18.07.90 (46) 15.07.93. Бюл. N 26 (75) Л,А.Максименко (56) Авторское свидетельство СССР

М 195038, кл. А 61 В 5/16, 1966. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

НЕРВНО-МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ (57) Изобретение относится к медицинской технике, Устройство для исследования нервно-мышечной системы, содержащее формирователь стимулирующих импулЬсов, соединенный с блоком раздражающих электродов, усилитель биопотенциалов, соединенный с отводящими электродами.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть, в частности использовано для изучения фазовых характеристик сложных систем управления спинного мозга при нейрокибернетических исследованиях.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является прибор для измерения скрытого периода двигательной реакции, (фиг,11), содержащий измеритель

1 времени реакции, фоторегистратор 2. блок

3 нанесения раздражения, фотодатчик 4, усилитель 5си гнало в фотодатчика, два триггера 6 и 7, усилитель импульсов 8, схему 9 автоматического управления фоторегистратором, схему 10 подготовки прибора.к эксперименту усилитель 11 биопотенциалов, датчик Т2 экспериментатора. Сущность первого способа работы заключается в нанесении кожно-механического раздражения на сухожилие специальным устройством(молорегистратор и блок питания, блок задержки, датчик интенсивности движения и кнопку включения. Регистратор выполнен трехка-. нальным, при этом блок питания через кнопку включения соединен с регистратором и входом блока задержки, выход которого соединен с управляющим входом формирова. теля стимулирующих импульсов, датчик интенсивности движения через усилитель соединен с первым каналом регистратора, со вторым каналом которого соединен выход усилителя биопотенциалов. Цель изобретения — определение фазоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения. 2 з.п, ф-лы, 12 ил. " точком), в которое вмонтирована электрическая контактная пара, подключенная к триггеру 6, замыкающаяся при ударе (фиг.11).

При этом триггер 7 опрокидываетсг что вызывает перевод усилителя 8 импульсов в нормальный усилительный режим с помощью второго триггера 7, который при этом также опрокидывается, Измеритель 1 времени реакции..начинает действовать.

Сущность второго способа заключается в нанесении испытуемому электрического раздражения, путем подключения напряжения к соответствующей мышце ноги, раздражение которой вызывает коленный рефлекс. Нанесение электрического раздражителя одновременно с включением измерителя времени реакции осуществляется блоком 3 нанесения раздражителя, срабатывающего при опрокидывании триггера. В ответ на действие раздражителя испытуемый отдергивает ногу, на которой укреплен

1827171 фотодэтчик 4, освещенный точечным источником света. В результате изменения освещенности фотодатчика при его освещении в неравномерном световом потоке возникает электрический сигнал, используемый после усиления в усилителе 5 для вторичного опрокидывания второго триггера 7, Измеритель 1 времени реакции прекращает свое действие, Прибор позволяет измерять не только скрытый период коленного рефлекса, но и скрытый период его биопотенциального компонента. С этой целью в приборе установлен усилитель 11 биопотенциалов. С помощью переключения режимов обеспечивается возможность измерения временного сдвига между биопотенциальным компонентом двигательной реакции и самой двигательной реакцией (отдергивэнием ноги). При этом сигнал первой реакции используется для опрокидывания первого и второго триггеров, а сигнал второй реакции— для вторичного опрокидывания этих триггеров.

Недостатком прототипа является то,что определяется только временная разность между длительностью механической реэкЦии 1реэкц.мех. и Длительностью биопотенЦиальной компоненты реакц.потенц, в виде

Л (Фиг,12), Прототип не в состоянии оценить фазовый сдвиг между раздражением и рефлекторным механическим движением с одной стороны и раздражением и биопотенциалом с другой стороны. Это объясняется тем, что в прототипе происходит реагирование на движение ноги только в момент нач:ла движения, т,к. нэ ноге установлен фотодатчик, на который падает луч света.

Дальнейшее движение ноги не регистрируется, Не оценивается также амплитуда движения, Следовательно, прототип не в состоянии производить исследование фазовых процессов, где одновременно изменяется как амплитуда, так и интервал между последующими импульсами. Определение разности фаэ рефлекторного ответа необходимо для расшифровывания внутреннего состояния сложных нейронных механизмов управления движениями и, в частности, фазоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения. Этот механизм является наиболее эффективным видом торможения в центральной нервной системе и одновременно наименее изученным, Поэтому с помощью прототипа невозможно провести исследование сложнейшего механизма управления центральной нервной системы — механизма пресинаптического торможения.

Целью предлагаемого устройства является опоеделение фэзоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения.

Это достигается путем onределения разности фаз рефлекторных механических движений и рефлекторных биопотенциэлов спинного мозга по отношению к фазе синусоидально модулированного .по амплитуде входного раздражающего воздействия.

Иными словами, с помощью предлагаемого

1О устройства представляется возможным определить фазовые отставания или опережения, создаваемые механизмом пресинаптического торможения. Для этого в предлагаемом устройстве раздражение наносится непосредственно на оголенный нерв в виде синусоидально модулированных по амплитуде видеоимпульсов, а выходные рефлекторные биопотенциэлы отводятся непосредственно от поверхности

20 спинного мозга в виде потенциалов дорзальной .поверхности. Механические рефлекторные движения задней конечности животного регистрируются непрерывно (а не дискретно, как у прототипа), причем регистрируется не только фазовая разность, Но и интенсивность ответной реакции и зависимость фазовой разности от частоты огибающей и интенсивности раздражающего воздействия, способного в силу своих мощностных факторов активировать кэк тонкие, так и толстые нервные волокна и исследовать вклад механизмов управления и коррекции в создание фазовой разности.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; нэ фиг,2 — принципиальная электрическая схема тензоусилителя; на фиг.З вЂ” конструкция тензодатчика; на фиг.4 — конструкция раздражающего электрода; на фиг,5 — амплитудно-модулированные ви- .

4Î деоимпульсы раздражения поступающие на блок раздражающих электродов; на фиг.бконструкция тензодатчика в сборе; на фиг.7 — конструкция отводящего электрода; на фиг.8 — принципиальная электрическая схема модулятора высокочастотных импульсов и детектора и фильтра; на фиг,9 — иллюстрация преобразования радиоимпульса в виде- . оимпульс с помощью детектора и фильтра; на фиг.10 — иллюстрация фазовой разности

5О между раздражением, биопотенциалами и механическим движением стопы: на фиг.11 — структурная схема прототипа; на фиг,12— иллюстрация регистрации временного сдвига реакции Л у прототипа, устройство для исследования нервномышечной системы содержит формирователь 1 стимулирующих импульсов, блок 2 раздражающих электродов, усилитель 3 биопотенциалов, отводящие электроды 4, регистратор 5, блок б пита«ия, блок 7

18271 I i

15

25

40 задержки, датчик 8 интенсивности движения кнопку 9 включения, усилитель 10, элемент захвата 11, пружина. 12 растяжения. диск 13, тензодатчик 14, кронштейн 15, генератор 16 модулированных ймпульсов, модулятор 17 высокочастотных импульсов, детектор и фильтр 18. ограничители 19, основание 20, болты 21, паз .22. Животное (кошка) располагается на основании 20.

Оголенный спинной мозг путем ламинэктомии, т.е, удаления мышц спины и мозговых оболочек подготавливается к эксперименту.

Отводящие электроды 4 располагаются следующим образом. На поверхности мозга располагается активный электрод (слева), а под кожей крепится индифферентный электрод (фиг.1). Блок 2 раздражающих электродов располагается на оголенном нерве (например, подколенном). Нерв крепится в пазах (фиг.4) на серебряных шинах и прижимается к шинам с помощью крышки путем закручивания винта. Ведро животного фиксируется ограничителями 19. Элемент 11 эахвата располагается на дистальном конце стопы и через пружину 12 растяжения соединяется с диском 13, который прижимает дисковый тензодатчик 14 перпендикулярного действия силы к кронштейну 15 (фиг.1). С помощью регулировочного болта 21 устанавливается начальное натяжение пружин ы. Кронштейн 15 крепится непосредственно на основании 20. Нижний конец пружины 12 растяжения крепится к диску 13 и проходит через центральное отверстие тензодатчика 14 и через отверстие в кронштейне 15. Регистратор 5 трехканальный и может быть использован типа Н-327ЗП, Тензодатчик 14 представляет из себя резиновый цилиндр с выемкой по окружности (фиг.3). В выемку укладывается константановуй провод .в виде двойной бифилярной намотки. Обмотка тензодатчика 14 в сборе (фиг.6) содержит 4 или 8 отдельных тензодатчиков, показанных на фиг.3. Обмотка тензодатчика 14 включается в качестве сопротивления Р в одчо из плеч электрического моста усилителя 10 (фиг.1 и

2). С выхода детектора и фильтра 18 счимается серия амплитудно-модулированных видеоимпульсов раздражения (фиг.5).. Блок задержки 7 соединяется с блоком 2 раздра жающих электродов через генератор модулированных импульсов 16, модулятор высокочастотных импульсов 17 и детектор и фильтр 18. Активный электрод отводящего электрода 4 выполнен в виде усеченного наконечника, к верхнему концу которого подпаивается провод. заканчивающийся штеккером (фиг.7). Индифферентный электрод отводящего электрода 4 выполнен в виде серебряного диска, обшитого марлей.

Марля смачивается раствором Рингера. К диску подпаивается провод, заканчивающийся штеккером. Модулятор высокочастотных импульсов 17 выполнен в виде предварительного генератора, собранного на транзисторе Тр и колебательном контуре

12С2, и выходного каскада, собранного на мощной генераторчой лампе типа ГУ-29 и колебательного контура I< !вСеСт (фиг.8).

Выходной каскад выполнен по 2-х тактной схеме. Необходимость использования мощной генераторной лампы типа ГУ-29 вызвана тем, что для активации самых высокопороговых нервных волокон требуются мощные выходные видеоимпульсы, которые получаются на выходе этой лампы.

Детектор и фильтр 18 выполнены на диодном мостике Д, емкости Cg и резисторе Р7 (фиг.8). Датчик интенсивности движения 8 представляет из себя тензодатчик 14 перпендикулярного действия силы (фиг.3 и 6) расположенный между прижимным диском

13 и кронштейном 15. Тензодатчик при растяжении пружины. 12 натяжения прижимается диском 13 к кронштейну 15. Под действием приложенного усилия со стороны стопы происходит изменение сопротивления тензодатчика 14.

Устройство для исследования нервномышечной системы работает следующим образом. При нажатии кнопки 9 включения напряжение поступает на блок 7 задержки и через определенное время поступает на генератор модулированных импульсов 16, Выходной импульс поступает на обмотку

"запуск" модулятора высокочастотных импульсов 17 (фиг.1 и 8). Генератор на транзисторе Тр возбуждается и генерирует радиочастотные колебания частотой 30 мгГц, которые отводятся катушками связи

I > и 1з. Высокочастотные колебания поступают на управляющие сетки генеоаторной лампы ГУ-29 и возбуждают мощные колебания в анодной цепи. Напряжение 400 В в положительной полярности поступает через дроссель Др в анодную цепь. Мощные радиочастотные колебания блока 17 преобразовываются детектором и,фильтром 18 в мощные видеоимпульсы (фиг,9) с амплитудной модуляцией по синусоидальному закону (фиг.5). Мощныв видеоимпульсы с выхода блока 18 поступают на блок 2 раздражающих электродов и вызывают возбуждение нерва (например, подколенног01. Потенциал действия нервного ствола поступает в спинной мозг, преобразовывается сенсорной системой лресинаптического торможения и регистрируется отвод щими электродами 4. Усиленные биоусилителем 3, 1827171

10 биопотенциалы спинного мозга регистрируются на регистраторе 5, который был предварительно приведен в действие нажатием кнопки 9 включения. Одновременно на второй канал регистратора 5 поступает модулированный сигнал. раздражения с выхода блока 16. Б результате одновременно на всех трех каналах, регистрируется сигнал раздражения (второй канал), рефлекторные ответы нервного центра (третий канал) и двигательного аппарата (первый канал), Сравнивая время нарастания сигналов до максимального значения, можно определить фазовую разность огибающей регистрируемых процессов, фиг,10, а также производить расшифровывание строения еще неизученных сложных структур управления и коррекции спинного мозга, Измеряя время начала регистрации раздражающих сигналов и рефлекторных ответов нервных центров и мышц, можно определить латентные параметры. По величине латентности и фазовым соотношениям можно сделать вывод о строении нервных центров и нервных механизмов спинного мозга и изучить эти механизмы. Использование в качестве раздражающих видеоимпульсов позволяет изолировать объект исследования в пунктах стимуляции от земли и резко снизить помехи. Применение мощных видеоимпульсов позволяет исследовать как механизмы торможения, так и механизмы растормаживания спинного мозга, Использование тензодатчика 14 перпендикулярного действия силы значительно упоощает конструкцию системы преобразования механического усилия в электрический сигнал (блоки 12-15), Наличие блока задержки 7 позволяет включать регистра.тор 5 с упреждением по отношению к появлению импульса раздражения на выходе генератора 16 модулированных импульсов, что позволяет стабилизировать скорость движения ленты регистратора 5 к началу момента регистрации сигналов.

Эффект от применения устройства для исследования нервно-мышечной системы состоит в том, что с его помощью можно исследовать наиболее оптимальные режимы управления двигательным аппаратом. В частности, меняя нагрузочный режим, можно определить частоты раздражения, вызывающие наибольший амплитудный размах движения, Это позволяет установить оптимальные нагрузки, соответствующие различным частотам управления. Кроме того перерезав спинной мозг (нервный ствол) 15

45 можно определить влияние регуляторных аппаратов спинного мозга на режим движения. Можно также установить, каким образом регуляторные аппараты спинного мозга оказывают демпфирующее влияние на двигательный аппарат. Отводя потенциалы дорзальной поверхности, можно проследить, как осуществляется трансформация команд управления в нейронных каналах связи и как эта трансформация сказывается на режиме движения.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования нервномышечной системы, содержащее формирователь стимулирующих импульсов, соединенный с блоком раздражающих электродов, усилитель биопотенциалов, соединенный с отводящими электродами, регистратор и блок питания, о т л и ч а ющ е е с я тем. что, с целью определения фазоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения, оно включает блок задержки, датчик интенсивности движения и кнопку включения, а регистратор выполнен трехканальным, при этом блок питания через кнопку включения соединен с регистратором и входом блока задержки, выход которого соединен с управляющим входом формирователя стимулирующих импульсов, датчик интенсивности движения через усилитель соединен с первым кана лом регистратора, с вторым каналом которого соединен выход формирователя стимулирующих импульсов, а с третьим выход усилителя биопотенциалов.

2. Устройство по п,1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что датчик интенсивности движения содержит элемент захвата, пружину растяжения, диск, соединенные последовательно, тензодатчик и кронштейн, укрепленные на основании, причем тензодатчик расположен между кронштейном и диском, а конец пружийы растяжения со стороны диска проходит через отверстия в кронштейне и тензодатчике, 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, формирователь стимулирующих импульсов содержит генератор модулированных импульсов, модулятор высокочастотных импульсов, детектор и фильтр, соединенные последовательно, причем вход генератора модулированных импульсов является входом формирователя стимулирующих импульсов. выходом которого является выход фильтра.

1827-И

1827171

Резинобый каркас

Консаойтаноб роВоаока

Середр аные

n àñорос

1827171

Агтшдиий улежпраУ

1827171 б u к блоку раздракаонях эл ктродок

---Г. - 3 —

"заиугй

Hnvynbc с Ьивда блОкО 78 (ьВнфши® иодуиф одой ных уюпумаЮ) osrlfgllbC

ojFo 490аГуу цпятар Виса-. к0 4ММРО/щб&Ул июлуиьСОф дис7еомапуаБС а 8ылпда .di uu М (pememnop и unnyrtbC}

1827171

kunnumwy w

Составитель Л.Максименко

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2334 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5