Способ исследования суставного тремора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине и медицинской технике. Способ и устройство для исследования суставного тремора повышают достоверность и объективность измерений и диагностики. Устройство для исследования суставного тремора включает упругую измерительную пластину с наклеенными на обе ее стороны не менее двух тензодатчиков. Один конец пластины жестко прикреплен к уголку, расположенному на одной из шин устройства. Другой конец пластины жестко соединен с поворотной втулкой, имеющей фиксатор в виде резьбового барашка и установленной на оси относительного вращения шин, которая неподвижно закреплена на второй шине устройства. На этой оси также установлена направляющая втулка, неподвижно зафиксированная на первой шине, с возможностью относительного поворота шин устройства на оси, устанавливают устройство на изучаемый сустав и в статической позе производят измерение мгновенных значений амплитуды микроколебаний углов в суставе, затем по измеренным мгновенным значениям амплитуды микроколебаний суставного угла рассчитывают амплитудно-частотные характеристики суставного тремора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам изучения микроколебаний конечностей, и может быть использовано в нейрофизиологических исследованиях при оценке профессиональной пригодности, при проведении количественной диагностики заболеваний, связанных с нарушением координации, при отработке реабилитационных двигательных навыков в ходе биомеханических исследований, а также к области спорта для оценки психофизиологического состояния человека и изучения характеристик двигательных действий.

В известном способе диагностики непроизвольных движений конечности и устройстве для проведения исследований [1] предлагается диагностику проводить по качеству выполнения тестового задания, связанного с точностными движениями и тонкой координационной структурой двигательных действий. В большинстве известных устройств [1, 2, 3, 4], реализующих указанный выше способ диагностики тремора, используют электропроводный щуп и электропроводные направляющие в виде щелей, дорожек или лабиринтов. Указанный способ диагностики [1] и устройства для проведения этих исследований [1, 2, 3, 4] не позволяют анализировать амплитудный спектр микроколебаний конечности, что существенно снижает информативность диагностики непроизвольных движений конечности.

Кроме того, известен способ исследования тремора [5], в котором анализируются спектральные составляющие микроколебаний подвижных звеньев тела. В известных устройствах [5, 6, 7, 8, 9], реализующих рассматриваемый способ исследования [5], используются различные датчики колебаний: с жидкой массой [5], сверхлегкий акселерометрический [6], токовихревой [7], абсолютной угловой скорости [8], которые обеспечивают анализ, соответствующий классическим представлениям о физиологическом треморе [10], но позволяют получить только интегральные кинематические характеристики микроколебаний всей конечности в целом, что существенно сужает возможности диагностики психофизиологического состояния и тремора в отдельных суставах конечности.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому способу в группе изобретений по совокупности признаков и выбранным в качестве прототипа является способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека [11], в котором определяют и анализируют колебания подвижных звеньев тела. Исследуемые звенья тела приводят в соприкосновение с опорным элементом, отслеживают по сигналу обратной связи, например по смещению метки на экране монитора, усредненную величину прикладываемого к опорному элементу произвольного изометрического усилия. По частотам колебаний непроизвольного и произвольного компонентов изометрического усилия и их последующего анализа определяют функциональное состояние центральной нервной системы [11].

Наиболее близким устройством к заявляемому является устройство регистрации угловых параметров позы оператора [12], которое содержит потенциометрические датчики, телескопические тяги и карданные шарниры. Изменения электрических сопротивлений потенциометров пропорциональны угловым перемещениям соответствующих звеньев тела испытуемого в процессе двигательной деятельности. Эти сопротивления измеряются известными способами [12].

Общеизвестно [10], что при поддержании человеком некоторого постоянного угла в каком-либо суставе последний колеблется с амплитудой порядка 1°. Это явление в физиологии получило название суставного тремора. Очевидно, что все суставы подвижных частей тела совершают хаотические микроколебания (флуктуации), обуславливающие их дрожание.

Недостатком рассматриваемого способа оценки функционального состояния [11] является то, что анализ производится по частотному спектру колебаний усилий, развиваемых всей конечностью, и поэтому позволяет анализировать только результирующее значение суставного тремора всей кинематической цепи конечности, то есть возможно определение только интегральных характеристик тремора. Указанный недостаток не позволяет определять тремор изучаемого отдельного сустава, что затрудняет проведение неврологических исследований, а также лечение болезней суставов или при протезировании.

Предлагаемый в качестве изобретения способ исследования суставного тремора и устройство для его осуществления решают задачу повышения информативности и объективности изучения суставного тремора и диагностики состояния двигательного аппарата человека при лечении, патологиях или протезировании.

Эти задачи в способе исследования суставного тремора достигаются за счет того, что регистрируют мгновенные значения амплитуды микроколебаний углов в исследуемом суставе, для чего устанавливают устройство по п.2 формулы изобретения на изучаемый сустав испытуемого, и в статической позе производят измерение мгновенных значений амплитуды микроколебаний углов в суставе, затем по измеренным мгновенным значениям амплитуды микроколебаний суставного угла рассчитывают амплитудно-частотные характеристики суставного тремора.

Указанные выше задачи в предлагаемом устройстве для исследования суставного тремора достигают за счет упругой измерительной пластины с наклеенными на обе ее стороны не менее двух тензодатчиков, один конец пластины жестко прикреплен к уголку, расположенному на одной из шин устройства, другой конец пластины жестко соединен с поворотной втулкой, имеющей фиксатор в виде резьбового барашка и установленной на оси относительного вращения шин, которая неподвижно закреплена на второй шине устройства, на этой оси также установлена направляющая втулка, неподвижно зафиксированная на первой шине, с возможностью относительного поворота шин устройства на оси.

Устройство позволяет производить оценку спектральных характеристик суставного тремора при одноплоскостных микроколебаниях, свойственных тремору как одноосных, так и многоосных суставов, и при любом фиксированном статическом положении звеньев сустава, для чего с помощью резьбового барашка фиксируется положение шин устройства, а необходимая подвижность конструкции с амплитудой до 1° возникает за счет деформации упругой измерительной пластины, жестко соединяющей проксимальные концы шин. Указанная деформация пластины пропорциональна изгибающему ее моменту, линейно связанному с углом подвижности шин устройства, измеряется установленными на ней, по крайней мере, двумя датчикам деформации, например тензодатчиками, которые соединены с тензоусилителем и образуют мостовую измерительную схему. При этом для адаптации крепления устройства на различные суставы с учетом размеров их звеньев используют шины соответствующей формы и длины.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов - устройство для исследования суставного тремора предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - способа исследования суставного тремора, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта способа, так и для объекта устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги как для способа, так и для устройства заявленной группы, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам как способа, так и устройства заявленной группы изобретений.

Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов как для способа, так и для устройства - как наиболее близких по совокупности признаков-аналогов, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию «новизна».

Каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию «изобретательский уровень», так как проведенный поиск по патентным и научно-техническим источникам информации показал, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Предлагаемый в качестве изобретения способ исследования суставного тремора реализуется с помощью устройства, конструкция которого изображена на фиг.1, где

1 - верхняя шина;

2 - нижняя шина;

3 - ось нижней шины;

4 - направляющая втулка шины;

5 - поворотная втулка измерительной пластины;

6 - фиксатор втулки измерительной пластины;

7 - измерительная пластина;

8_1-2 - тензорезисторы;

9 - крепежный уголок;

10_1-4 - крепежные винты.

Устройство состоит из верхней (1) и нижней (2) шин, обеспечивающих удобное и относительно жесткое крепление их к звеньям исследуемого сустава известными способами. На нижней шине (2) неподвижно закреплена ось (3). На верхней шине (1) неподвижно расположена направляющая втулка (4), внутренний диаметр которой обеспечивает свободное и относительно беззазорное вращение верхней шины (1) на оси нижней шины (3). На верхней шине (1) крепежными винтами (10_1-4) фиксируют уголок (9). К уголку (9) винтами (10_1-4) крепится один конец измерительной пластины (7), выполненной из упругого материала. Упругие свойства пластины должны обеспечивать возможность реализации суставного тремора, который вызывает флуктуации угла в суставе в диапазоне до 1° [10]. Вращательная жесткость измерительной конструкции, включающей пластину (7), не должна влиять на естественные микроколебания и, поэтому должна быть меньше вращательной жесткости, развиваемой живой системой в исследуемом суставе. Известно, что усредненное значение вращательной жесткости для суставов конечностей человека составляет 1 Нм/рад [13]. Второй конец измерительной пластины (7) жестко крепят к поворотной втулке (5), которую надевают на ось нижней шины (3), а внутренний диаметр втулки (5) обеспечивает свободное и относительно беззазорное вращение втулки (5) на оси (3). Поворотная втулка (5) имеет сквозное резьбовое отверстие, в которое заворачивают фиксатор (6), обеспечивающий неподвижную фиксацию положения втулки (5) относительно оси (3) в процессе измерения тремора при любом статическом положении звеньев сустава. На измерительную пластину (7) наклеивают не менее двух датчиков деформации, например тензорезисторов (8_1-2), которые соединяют в мостовую или полумостовую измерительную схему. Сигнал с измерительной схемы, пропорциональный деформации пластины (7), поступает на стандартную аппаратуру и далее рассчитывают амплитудно-частотные характеристики тремора.

Устройство, реализующее заявленный способ работает следующим образом.

Перед началом измерений тензодатчики (8_1-2), регистрирующие деформацию измерительной пластины (7), подключают к тензоусилительному устройству (не указаны). На исследуемый сустав испытуемого укрепляют устройство с помощью, например, резинового бинта так, чтобы шины (1) и (2) располагались на звеньях сустава, а ось вращения устройства (3) совпадала с осью вращения сустава. Исследуемая конечность испытуемого принимает определенное фиксированное статическое положение, предусмотренное условиями тестового задания. При этом фиксатор (6), заворачиваясь в сквозное резьбовое отверстие в поворотной втулке (5), жестко фиксирует ею положение на оси вращения (3). Подвижность шин (1) и (2) устройства после затяжки фиксатора (6) сохраняется только за счет деформации упругой пластины (7). Жесткость конструкции устройства не должна оказывать влияния на естественные микроколебания конечности, амплитуда которых вызвана физиологическим тремором и составляет величину до 1°, поэтому вращательная жесткость устройства в зафиксированном рабочем положении не должна превышать величину 1 Нм/рад. Мгновенные значения сигнала тензоусилителя, к которому подключены тензодатчики (8_1-2), пропорциональны деформации измерительной пластины (7), а ее деформация пропорциональна амплитуде микроколебаний угла поворота шин (1) и (2) устройства и, соответственно, тремору сустава. Для получения абсолютных значений спектра амплитуд тремора спектроанализатором устройство необходимо протарировать, контролируя сигнал на выходе усилителя в зависимости от угла поворота его шин (1) и (2).

Затем, в соответствии с физиологическими аспектами регуляции движений человека [10, 11, 13], под которыми подразумевается сравнительный биомеханический и психофизиологический анализ узкопрофильными специалистами, например врачами-травматолагами, невропатологами, протезистами, тренерами и т.п., спектральных характеристик сигнала суставного тремора, из которого можно установить, например, истинные механизмы нарушений нервно-мышечных процессов, вызванные травмами или заболеваниями, также возникает возможность высокоэффективной и целенаправленной реабилитации после ряда заболеваний, возможно, также совершенствование методики тренировки, например, в спорте.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство, реализующее способ исследования суставного тремора, позволяет существенно упростить и ускорить процесс измерения и диагностики за счет использования надежной, стабильной, чувствительной и технологичной аппаратуры.

Также предлагаемая конструкция устройства, позволяет получать достоверную информацию о суставном треморе, так как обеспечивает непосредственное измерение спектральных характеристик микроколебаний угла в изучаемом суставе.

Источники информации

1. Пат. 2028080 РФ, МКИ А61В 5/16. Способ диагностики непроизвольных движений конечности и устройство для проведения исследований / В.И.Матвеев. - №4777700/14; заявлено 27.11.1989; опубл. 09.02.1995.

2. Пат. 78655 РФ, МПК А61В 5/11. Измеритель тремора / А.В.Мещеряков - №2008129957/22; заявлено 21.07.2008, опубл. 10.12.2008.

3. Пат. 2008801 РФ, МКИ А61В 5/11, А61В 5/16. Устройство для исследования координации движения / В.И.Матвеев. Заявлено 20.12.1989; опубл. 15.03.1994.

4. Пат. 2074640 РФ, МКИ А61В 5/16. Секционный тремометр Верхало Ю.Н. / Ю.Н.Верхало. - №5061334/14; заявлено 02.09.1992; опубл. 10.03.1997.

5. Пат. 279883 СССР, МКИ А61В 5/10. Способ исследования тремора / С.Э.Вальтерис, Ш.П.Кучингис, В.В.Нейукайтис, И.П.Рауба. - №1332783/31-16; заявлено 23.05.1969; опубл. 15.02.1971.

6. Пат. 79239 РФ, МКИ А61В 5/11. Система регистрации пальцевого тремора / С.В.Прокопенко, Е.В.Шанин, Е.Г.Шанина. - №2008128039/22; заявлено 09.07.2008; опубл. 27.12.2008.

7. Пат. 24920 РФ, МКИ А61В 5/00. Дифференциальный датчик для регистрации высокоамплитудного тремора / М.Я.Брагинский, В.М.Еськов, Е.В.Майстренко. - №2002106025/20; заявлено 14.03.2002; опубл. 10.09.2002.

8. Пат. 2102922 РФ, МКИ А61В 5/11. Тремометр / Ю.В.Власов, П.Б.Дергачев, М.В.Попова, B.C.Лабунец, О.А.Балунов, К.В.Черенков. - №95122711/14; заявлено 05.12.1995; опубл. 27.01.1998.

9. Пат. 632345 СССР, МКИ А61В 5/10. Тремометр / В.М.Пастухов, Т.М.Горшкова, Л.И.Федорченко. - №2420422/28-13; заявлено 15.11.1976; опубл. 15.11.1978.

10. Андреева Е.А. О связи суставного тремора с процессом управления суставным углом / Е.А.Андреева, Х.А.Тураханов, О.Е.Хуторская, В.И.Чернов. Автоматика и телемеханика. - 1969. - №12.

11. Пат. 2195869 РФ, МКИ А61В 5/16. Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека и устройство для его реализации / В.В.Манойлов, С.П.Романов. - №2000128698/14; заявлено 08.11.2000; опубл. 10.01.2003.

12. Пат. 733653 СССР, МКИ А61В 5/10. Устройство регистрации угловых параметров позы оператора / Н.П.Прокофьев, В.А.Зубарьков, А.И.Харламов. - №2576744-13; заявлено 08.02.1978; опубл. 16.05.1980.

13. Зациорский В.М. Биомеханика двигательного аппарата человека / А.С.Аруин, В.Н.Селуянов; под общей ред. В.М.Зациорского. - М.: «Физкультура и спорт», 1981. - 144 с.

1. Способ исследования суставного тремора, характеризующийся тем, что регистрируют мгновенные значения амплитуды микроколебаний углов в исследуемом суставе, для чего устанавливают устройство по п.2 формулы изобретения на изучаемый сустав испытуемого, и в статической позе производят измерение мгновенных значений амплитуды микроколебаний углов в суставе, затем по измеренным мгновенным значениям амплитуды микроколебаний суставного угла рассчитывают амплитудно-частотные характеристики суставного тремора.

2. Устройство для исследования суставного тремора, включающее упругую измерительную пластину с наклеенными на обе ее стороны не менее двух тензодатчиков, один конец пластины жестко прикреплен к уголку, расположенному на одной из шин устройства, другой конец пластины жестко соединен с поворотной втулкой, имеющей фиксатор в виде резьбового барашка и установленной на оси относительного вращения шин, которая неподвижно закреплена на второй шине устройства, на этой оси также установлена направляющая втулка, неподвижно зафиксированная на первой шине, с возможностью относительного поворота шин устройства на оси.