Устройство для исследования тонуса мышц в динамике

 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для биомеханических исследований, и может быть использовано в нейрофизиологических и психологических исследованиях. Устройство обеспечивает точную компенсацию сил инерции со стороны конечности на чувствительный элемент, который измеряет механическое сопротивление конечности пассивному движению. Устройство позволяет осуществлять плавный подбор компенсируемой величины и исключать помехи механического происхождения. Этим самым устройство обеспечивает точное и без помех измерение мышечного тонуса в динамике в широком диапазоне скоростей. Положительный эффект достигается тем, что в устройстве установлены две подпружиненные балки 2 и 3, которые одним концом жестко соединены с ведущим валом 1, а с другого конца балки соединены одна с другой через чувствительный элемент, например, тензодатчик 7. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (.21) 4470027/28-14 (22) 30.06.88 (46) 30.04.90. Бюл. № 16 (71) Научно-исследовательский институт нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко

АМН СССР (72) В. А. Сафронов (53) 615.475 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 181778, кл. А 61 В 5/10, 1964. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ И ССЛЕДОВАНИЯ ТОНУСА МЫШЦ В ДИНАМИКЕ (57) Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для биомеханических исследований и может быть использовано в нейрофизиологических и психологических исследованиях. Устройство

„„SU„„1560095 А 1 (51)5 А 61 В 5 103

2 обеспечивает точную компенсацию сил инерции со стороны конечности на чувствительный элемент, который измеряет механическое сопротивление конечности пассивному движению. Устройство позволяет осуществлять плавный подбор компенсируемой величины и исключать помехи механического происхождения. Этим самым устройство обеспечивает точное и без помех измерение мышечного тонуса в динамике в широком диапазоне скоростей. Положительный эффект достигается тем, что в устройстве установлены две подпружиненные балки 2 и 3, которые одним концом жестко соединены с ведушим валом 1, а с другого конца балки соединены одна с другой через чувствительный элемент, например тензодатчик 7. 1 ил.

1560095 ф — фо 8 п® .

В зажиме 4 укреплено подвижное звено исследуемой конечности испытуемого или больного, например предплечье руки, так, чтобы ось вращения сустава .совпадала по возможности точно с осью вращения ведущего вала 1. При колебательных движениях вала подвижное звено конечности пассивно совершает вынужденные колебательные движения в суставе, например в локтевом. Со стороны мышц, связок и сухожилий конечность оказывает сопротивление этим движениям. Поскольку мышцы, связки и сухожилия обладают упругостью и вязкостью, а все подвижное звено конечности имеет определенный момент инерции относительно оси вращения сустава, то данное устройство будет преодолевать со стороны конечности сопротивление движениям.

Это со проти вле нне будет за висеть от у пругого сопротивления тканей (К р), вязкого сопротивления мягких тканей (S ° ф) и инерцтонных сил (1j y) . В сумме момент этих сил выразится формулой (2) М= К ° <р+р . ip+1t ° 1р, угол в суставе, определяемый из выражения (1); угловая амплитуда колебательного движения; коэффициент упругости мягких тканей конечности; коэффициент вязкости мягких тканей конечности; момент инерции конечности относительно оси вращения; угловая скорость движения вала и конечности; где р—

J!—

li—

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для биомеханических исследований, и может быть использовано в нейрофизиологических и пси-. хофизиологических исследованиях.

Цель изобретения —. повышение достоверности результатов исследования путем полной компенсации сил инерции конечности.

На чертеже изображено описываемое устройство.

Устройство содержит ведущий вал 1, подпружиненные балки 2 и 3, зажим 4 для крепления конечности, компенсирующий груз

5, измерительнун шкалу 6 и чувствительный элемент 7, выполненный в виде жесткого тензометрического кольца.

Устройство работает следующим образом.

Ведущий вал приводится устройством, содержащим двигатель, редуктор и шатунно-кривошипный механизм (не показано) в колебательное движение по синусоидальному закону вокруг своей главной оси:

ip — угловое ускорение движения вала и конечности.

В данном устройстве жесткость пружинной части балок выбрана достаточно высокой и такой, что их изгибающая деформация в рабочем диапазоне нагрузок очень мала.

Момент сил М/см. выражение (2)/вызовет изгиб балки 2 на некоторый угол и и— через чувствительный элемент 7 — изгиб балки 3 на тот же угол, поскольку жесткость чувствительного эл мента выбрана достаточно высокой. Каждая балка возьмет на себя часть внешнего момента сил пропорционально упругости своих пружинных концов. Поэтому суммарный момент сил

15 будет: (3) М=М1+М2=К1. сс+К2. а, где К и К2 — коэффициенты упругости пружинной части балок 2 и 3;

M> — момент сил, воспринятой балкой 2;

M2 — момент сил, воспринятой балкой 3.

Каждый из моментов сил Mi и М2 связан р5 с суммарным моментом сил М простыми соотношениями:

Мз= 2 ф

К, (6)

К!+ К2 где l2 ° j — момент сил, создаваемый инерционностью балки 3.

Момент сил Мз приложен к чувствительному элементу с противоположной стороны, поэтому будет вычитаться из момента сил М2. В результате на чувствительный элемент будет действовать разница двух моментов сил: (7) 55 М2-Мз .

Подставим в выражение (7) значения М2 из (5) и Мз из (6): (4)

К +К2

М2=

К (5)

30 + 2

Момент сил М2 передается на балку 3 через чувствительный элемент 7, т.е. приложен к чувствительному элементу со стороны конечности. Этот момент сил и является измеряемым. — он отражает величину и характер мышечного тонуса. Однако инерционная компонента,. входящая в него/

/см. выражение (2) /на высокой частоте периодических движвний, вносит значительную помеху. Эту помеху можно снять при

4р помощи инерционности балки 3. Балка 3 обладает переменным (регулируемым) моментом инерции 12, поэтому она передает через чувствительный элемент соответствующий момент сил на балку 2:

1560095

Формула изобретения

Составитель И. Лисица

Редактор А. Маковская Техреду. Верес Корректор О. Ципле

Заказ 929 Тираж 548 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

Ка К»

М2 Мз — + М .А.q), (8) теперь в последнем выражении заменим М его значением из (2) и выделим инерционное слагаемое в отдельную скобку:

М -Мз= — ° (К ср+р.ip+l1 ip)—

К

К1+К2 12 ф= (К ф+1 ф) +

+(К+К 1 Р К+К .@- (9)

В простейшем случае, когда жесткости балок

2 и 3 равны, т.е. К =Кз, и моменты инерции равны, т.е. 1 =12, то выражение в последних скобках обратится в нуль:

Х - K» (К+К 1 ф К+ 2 ф=

Er " К»

= (К1К 1 гР К К -l i q 0» (10)

Это состояние соответствует компенсации инерционных сил, действующих на чувствительный элемент. Теперь чувствительный элемент/см. выражение (9) / будет воспринимать только силу, равную

Ка

+ (К.q+v.q). (11) а это означает, что величина сигнала, снимаемого с чувствительного элемента, будет пропорциональна только упругим и вязким компонентам мышечной ткани. Таким обра6 зом, чувствительный элемент будет определять истинное значение мышечного тонуса, которое передается для измерения и регистрации через усилитель на измерительный блок (не показан) .

Устройство для исследования тонуса мышц в динамике, содержащее последовательно соединенные тензодатчик, усилитель и осциллограф, а также соединенные между собой электродвигатель, редуктор и кривошипный механизм, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности результатов исследования путем полной компенсации сил инерции конечности, в него введены две подпружиненные балки, соединенные одними концами с ведущим валом кривошипного механизма, а другими концами — с тензодатчиком, причем на одной из балок закреплен с возможностью перемещения компенсирующий груз.