Устройство для определения динамической силы и статической выносливости мышц человека

 

Изобретение относится к медицинской технике. Сущность: устройство для определения динамической силы и статической выносливости мышц человека содержит опорный элемент в виде двух плит, соединенных стойками, датчики с регистрирующими приборами, а также кронштейны и элементы крепления с фиксаторами, установленные на опорном элементе, вибромассажер, свободно подвешенный к первой плите, датчики усилия, установленные на элементах крепления, опорно-поворотные узлы, соединяющие кронштейны со стойками. 10 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для комплексного исследования особенностей биомеханики динамической силы и статической выносливости опорно-двигательного аппарата.

Известна методика комплексного исследования функционального состояния мышц нижних конечностей (см. Методические рекомендации. Минздрав УзССР. Киев. 1980, с.4-8), где описаны два вида аппаратов - общего назначения и для исследования ампутационных культей. Они содержат стойки с плитами, поручнями, кронштейнами, манжетами, а также пелоты, раздвижные посадочные кольца и динамометры (тензодинамометры).

Общий недостаток устройств-аналогов: ограничены возможности для исследования анатомических функций, по плоскостям всего опорно-двигательного аппарата, т.е. используется функция только нижней конечности человека, а также проведение исследований по фронтальной, сагиттальной, горизонтальной и вертикально-вращательной плоскостям; кроме того, в клинических условиях возникает необходимость в исследовании динамической силы и статической выносливости больных в положении лежа, но существующие устройства не позволяют проводить эти исследования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения силовых факторов и статической выносливости мышц туловища (см. авт.св. СССР N 398842, кл. А 61 В 5/103, 1971).

Оно содержит опорные элементы, датчик для крепления манжетки. При этом опорные элементы выполнены в виде плиты со стойками, жестко соединенными посредством кольца и несущими подвижные кольцевую опору и кронштейны с седлом, боковыми и поясничным пелотами, а датчик в виде тензодинамометра установлен с возможностью перемещения между кольцевой опорой и манжеткой.

Недостатки устройства-прототипа: невозможность исследования динамической силы и статической выносливости мышц в целом всей опорно-двигательной системы туловища и конечностей человека за единицу времени и особенно в условиях, максимально приближенных к анатомо-физиологическим функциям организма, так как исследуемая часть тела перевязывается и перетягивается манжеткой; невозможность исследования динамической силы и статической выносливости больных при необходимости в положении лежа; ограничены возможности исследования силы мышц по всем плоскостям всего опорно-двигательного аппарата (туловища и конечностей человека) - во фронтальной, сагиттальной, горизонтальной, вертикальной и вращательных плоскостях; манжетка создает неудобства, не точно фиксирует искаженность результатов и удлиняет время исследования; невозможность взвешивания отдельных частей человеческого тела, что является необходимым при обследовании и диагностике больных с асимметрией части тела, ортопедическими дефектами и при сколиозе.

Цель изобретения - расширение диапазона и точности измерений динамической силы и статической выносливости мышц всего опорно-двигательного аппарата во всех плоскостях и увеличение возможности применения системы взвешивания больных ВМ-204.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве предусмотрены опорные элементы в виде винтовых стоек-штанг, объединенных металлическими плитами (верхней и нижней).

Размер нижней плиты позволяет обследовать пациента и в положении лежа, на кроватке или на кушетке.

Стойки снабжены тремя основными передвижно-ходовыми элементами. Первый из них служит для опоры и перемещения по вертикали двух верхних элементов. Второй элемент жестко фиксирует на себя датчик, имеет возможность перемещаться практически во всех плоскостях, включая одновременное перемещение плеча по горизонтали вместе с датчиком. Кронштейн с датчиком совместно с опорно-поворотным узлом способны совершать движения в пронационно-супинационном направлении. Третий элемент - стопорно-зубчатый служит для опоры второго основного элемента, за счет которого другие элементы имеют возможность жесткой фиксации.

Крепежно-вращательными элементами снабжены все четыре стойки с четырьмя датчиками системы взвешивания ВМ-204. При этом элементы, совершая передвижения по необходимым направлениям друг против друга, создают необходимые комбинации для исследования динамической силы любого сегмента в любых анатомо-физиологических позициях частей тела. Это достигается благодаря прямому контакту исследуемой части тела пациента с датчиком без всякого перевязывающего шнура и манжета.

Сущность изобретения также заключается в том, что в комбинации с механическими устройствами, обеспечивающими пространственно-геометрическое расположение датчиков, в качестве измерителя силы и выносливости, как было сказано, применена система взвешивания больных ВМ-204 фирмы "Datex" (Финляндия), состоящая из четырех пьезодатчиков и электронного центрального блока. Для проведения динамографических исследований к электронному блоку посредством интерфейса присоединен самописец Н-338, этим достигнуто: увеличение возможностей использования системы взвешивания с точностью от 30 до 200 кг в качестве динамометра и динамографа; проведение записи величины динамической силы и статической выносливости;
использование при этом чувствительных и тарированных приборов.

Сущность изобретения также заключается в возможности измерения биопотенциалов различных мышц и усилий, развиваемых мышцами при одновременном воздействии на них дозированной вибрации различной частоты и амплитуды. Дозированная вибрация, воздействующая на мышцы, в виде биопотенциалов, из мышц улавливается электромиографом, а развиваемое при этом усилие улавливается динамометром-динамографом. Эта ситуация необходима для проведения дозированной механотерапии в ЛФК с учетом силы и биопотенциалов мышц в реабилитационном периоде больных.

При ортопедических дефектах, асимметрии тела, а также при сколиозе при помощи устройства возможно взвешивание отдельных частей тела. Этот тест необходим для выявления равномерности распределения нагрузки по частям тела.

Кинематический датчик-держатель с поворотом на 180^о по горизонтали с подбором высоты и позиции при обследовании больных.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - опорно-поворотный узел (механическая рука) с датчиком усилия на конце; на фиг.4 - применение заявленного устройства к измерению усилий мышц плечевого сустава при сколиозе; на фиг.5 - применение устройства для измерения усилий мышц спины и поясницы; на фиг.6 - применение устройства для измерения усилий мышц бедра, частично пресса; на фиг.7 - применение устройства для измерения усилий голеностопного сустава; на фиг.8 - блок-схема заявленного устройства; на фиг.9 - вариант выполнения опорно-поворотного узла; на фиг.10 - пример обследования пациента.

Устройство для определения динамической силы и статической выносливости мышц человека имеет следующую конструкцию. На четырех стойках-штангах 1 укреплены верхняя 2 и нижняя 3 плиты. При этом верхняя и нижняя плита стягиваются стойками в единую жесткую пространственную систему. К нижней плите снизу прикреплены ножки 4 из неметаллического материала, служащие одновременно электроизоляцией. На каждой штанге смонтированы с возможностью поворота, продольного перемещения и последующей фиксации узлы (опорно-поворотные) (на фиг.2 эти узлы изображены в проекционной связи с фиг.1). Узел 5 состоит из гладкой верхней втулки 6 и нижней резьбовой втулки-гайки, соединенных между собой зубчатой муфтой 8. К нижней втулке приварен кронштейн 9, к которому на фланцах 10 присоединен датчик 11 с возможностью поворота и фиксации болтом 12. Кроме этого, имеется фиксатор 13 телескопического соединения 14. Фиксатор 15 служит предохранением от поворота втулки 6 на штанге 1. Болт 15 своим концом упирается в продольную лыску 16.

Вариант выполнения нижней втулки 7 показан на фиг.9. В этом случае втулка 7 выполняется гладкой, а удерживается она на штанге и перемещается с помощью добавочной гайки 17. Имеется также стул 18, подставка 19, датчик 11, усилитель с цифровой индикацией 20, самописец (или графопостроитель) 21 (см. фиг.8).

Имеется возможность подвески к верхней плите 2 вибромассажера 22 для одновременного воздействия вибрации на мышцы в процессе измерения из биопотенциалов при статической и динамической нагрузках.

Стойки-штанги 1 имеют высоту 200 см, металлическая нижняя плита весит 300 кг и имеет площадь 100х125 см, что позволяет обследовать пациента при необходимости и в положении лежа (на кушетке).

В качестве датчика использована система взвешивания больных (прибор ВМ-204 фирмы "Datex" (Финляндия). Он предназначен для контролирования веса больного в диализе, интенсивной терапии и др. Прибор состоит из четырех датчиков, показывает силу давления от 30 до 200 кг (на электронном табло).

Для того, чтобы получить величины давления (силы) в виде записи при помощи интерфейса (согласователя) каналы давления усилителя электронного блока присоединяют к самописцам-регистраторам Н-338. При этом возможности блока существенно увеличиваются: во-первых, регистрируют истинную величину динамической силы (кг), снимаемую с электронно-цифрового табло прибора; во-вторых, имеется возможность регистрировать эту величину на ленте самописца в виде кривых, получая графические записи.

Соединив все узлы устройства и датчики между собой в единую систему, удалось создать универсальный диагностический динамометр-динамограф.

Устройство используют следующим образом. Если необходимо обследовать поднятое плечо вверх при сколиозе, то (см. фиг.4) больному предлагают ровно и удобно сесть на вращающееся сидение или стул 18 (узел 5). Затем, подбирая позицию датчика, устанавливают его над поверхностью исследуемого плеча больного. После этого больному предлагается поднять плечо вертикально вверх, надавливая на датчик, сколько возможно. Одновременно, подключая электронно-цифровой блок и регистратор Н-338, снимают динамическое усилие (кг) и записывают эту величину на ленте регистратора.

Более углубленную информацию о проведении и состоянии соответствующей группы мышц получают, одновременно накладывая на мышцы спины ручной вибратор 22. При этом можно регулировать частоту вибрации от 1 до 50 Гц и амплитуду вибрации от 0,1 до 4 мм. При этом возможны и измерения биопотенциалов различных групп мышц. При измерении величины усилия мышц туловище при ротации позвоночника вокруг вертикальной оси пациента можно обследовать в положении стоя или сидя. Затем, подбирая высоту и плоскости, один датчик устанавливают на головку плечевой кости спереди, а другой - на том же уровне сзади другого плеча. После чего пациенту предлагают совершать вращательные движения вокруг вертикальной оси, одновременно упираясь на датчик. Записывают результаты исследования (см. фиг.5).

При обследовании больного с диагнозом посттравматической разгибательной контрактуры коленного сустава для определения величины динамической силы и статической выносливости при сгибании в коленном суставе подбирают высоту и позицию датчиков, один из них устанавливается под пяточной костью, а второй - над коленной чашечкой. Затем, подключая электронно-цифровой блок и регистратор, больному предлагают совершить разгибание в коленном суставе. Усилие, создаваемое пяткой вниз, а коленной чашечкой вверх, синхронно улавливается блоком (кг) и регистрируется также во времени. Таким образом получают данные о величине статического усилие (фиг.6) в графическом изображении.

При исследовании голеностопного сустава больного определяют усилия, создаваемые при тыльном сгибании, подбирая высоту и позиции, один датчик устанавливается на пятке пациента, а другой - на уровне тыльной стороны на уровне пальцев. Затем пациенту предлагают совершать тыльное сгибание в голеностопном суставе, одновременно упираясь на оба датчика в соответствующем направлении. С аппаратов снимают величины усилия (кг) синхронно с записью на регистраторе Н-338.

На фиг.10 показано, каким образом можно проводить обследование пациента в положении лежа. В таком положении больные обследуются при повреждениях позвоночника, тазобедренного сустава, при нарушениях двигательных функций нижних конечностей. В положении лежа также могут быть обследованы пациенты в целях экспертизы труднодоступности, в спортивной медицине.

Обследование проводится следующим образом. Больного, с повреждением тазобедренного сустава, укладывают на кушетку 23 с мягким подголовником 22, расположенной в зоне действия устройства. Один из датчиков 11 подводится под коленную ямку, а другой - на уровне верхней трети бедра, таким образом создается рычаг при разгибании в тазобедренном суставе. Усилие, создаваемое при этом, улавливается системой измерения.

Таким образом, расширены функциональные возможности устройства-прототипа. При этом обеспечена техника безопасности в процессе обследования пациентов.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИЛЫ И СТАТИЧЕСКОЙ ВЫНОСЛИВОСТИ МЫШЦ ЧЕЛОВЕКА, содержащее опорный элемент в виде двух плит, соединенных стойками, датчики с регистрирующими приборами, а также кронштейны и элементы крепления с фиксаторами, установленные на опорном элементе, отличающееся тем, что оно содержит вибромассажер, свободно подвешенный к первой плите, датчики усилия, установленные на элементах крепления, опорно-поворотные узлы, соединяющие кронштейны со стойками и содержащие гладкую втулку и втулку с резьбой, соединенные зубчатой муфтой, вторая плита снабжена четырьмя ножками из электроизоляционного материала, при этом датчики соединены через блок усиления с регистрирующим прибором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10