Способ определения жесткости и демпфирования мышцы человека

 

Изобретение предназначено для оценки параметров моделей двигательного аппарата человека. Цель изобретения - повышение точности. Измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы, укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела. В процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, определяют управляющие моменты между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы, вычисляют силу тяги мышцы и по величине силы тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы определяют жесткость и демпфирование. Синхронная регистрация координат точки приложения силы опорной реакции и координат маркеров, измерение и вычисление ряда параметров позволяет определить биомеханические свойства любой мышцы или группы мышц в любом движении, что приводит к повышению точности.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5н5 А 61 В 5/103

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4485261/30-14 (22) 27,06.88 (46) 23,08.90. Бюл. ¹ 31 (71) Государственный центральный институт физической культуры (72) А,С,Аруин и Б,И.Прилуцкий (53) 615, 476(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N1168193,,кл. А 61 В 5/05, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ

И ДЕМПФИРОВАНИЯ МЫШЦЫ ЧЕЛОВЕКА (57) Изобретение предназначено для оценки параметров моделей двигательного аппарата человека. Цель изобретения повышение точности. Измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты. инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы, укрепляют маркеры на исследуеИзобретение относится к области медицины и может быть использовано в спорте для оценки параметров моделей двигательного аппарата человека.

Цель изобретения — повышение точности.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы. Укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела и в процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, Определяют управляющие моменты

„„5lJ 1586680 А1 мых сегментах тела. В процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, определяют управляющие моменты между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы, вычисляют силу тяги мышцы и по величине силы тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы определяют жесткость и демпфирование. Синхронная регистрация координат точки приложения силы опоркой реакции и координат маркеров, измерение и вычисление ряда параметров позволяет определить биомеханические свойства любой мышцы или группы мышц в любом движении, что приводит к повышению точности, 1 табл. между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы. Вычисляют силу тяги мышцы и по величине силы тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы определяют жесткость и демпфирование.

Пример 1. Определяли жесткость и демпфирование прямой мышцы бедра испытуемого Н.М. (рост 183 см, вес 78 кг) при пробеге 8 и 32 ь времени цикла.

Испытуемый бежал по специальной дорожке с вмонтированной в нее тензометрической платформой. Синхронно регистрировались опорные реакции и координаты пяти маркеров на теле испытуемого с по1586680 мощью фотограмметрических камер, Маркеры устанавливались на проекции поперечных осей вращения плюсне-фалангового, голеностопного, коленного, тазобедренного и плечевого суставов.

По зарегистрированным характеристикам движения (координатам маркеров и опорным реакциям) с помощью 3ВМ вычислялись управляющие моменты в суставах и суставные углы. По углам в суставах с использованием эмпирических уравнений регрессии вычислялись удлинения L и плечи тяги d мышц:

d = -3,63975 + О, 1 2 1 07т к -0,00043pк

Li = 11,8-0,0397уъ -0,00015 уъ

1 2 = 12,0+0,106 Рт-0,0001 фт

L=Li+ L2z где @ K,+ — углы в коленном и тазобедренном суставах;

Li и L2 — удлинения прямой мышцы бедра, вызванные изменением угла в коленном и тазобедренном суставах соответственно;

L —,полное удлинение прямой мышцы бедра.

По росту и массе испытуемого с использованием уравнений регрессии определялись массы, моменты инерции относительно главных центральных осей звеньев тела, положения центров масс на продольных осях звеньев. Затем вычисляют параметры геометрии масс бедра испытуемого: масса бедра = -2,649 + 0,1463 X 78 -

+0,0137Х 183 = 11,3 кг; положение центра масс на продольной оси бедра == -2,42 +

+0,038Х 78+ 0,135 Х 183 =- 25,3 см; главный центральный момент инерции относительно сагиттальной оси бедра =- -3557 + 31,7

Х 78+ 18,61 Х 183 = 2321,2 кгlсм; главный центральный момент инерции относительно фронтальной оси бедра = -3690 +

32,02Х 78 + 19,24 X 183 =- 2328,5 кг см; главный центральный момент инерции относительно продольной оси бедра = -13,5+

11,3 Х 78 - 2,28 Х 183 = 1285,1 кг см .

Значения усилий мышц вычислялись по формуле

A;) (м> (t) — g М; — 1(t))

Fli (t)—

g ац (т) А» где t — время:

i — номер мышцы;

J — номер степени свободы тела человека

Fi>(t) — сила тяги мышцы;

M (t) — управляющий момент в суставе; ,>, M>-i(t) — условное обозначение суммы моментов, вызванных действием мышц, г.зг — 0в т9а — — 93857 Нlм.

La2 La

Коэффициент демпфирования определялся как отношение изменения силы к изменению скорости изменения длины

25 мышцы:

tg/3 — — 25765 Н Сlм.

V 32 JQ

Положительный эффект подтвержден результатами экспериментального исследования, показавшими, что способ позволяет определить биомеханические свойства любой мышцы или группы мышц в любом движении человека. Таким образом, предлагаемый способ более точен по сравнению с известным, Формула изобретения

Способ определения жесткости и демпфирования мышцы человека путем воздействия на мышцу и регистрации силы опорной реакции,отл ич а ю щи йся тем, что, с целью повышения точности, измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы, укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела, в процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, определяют управляющие моментьl между сегментами и углы между сегментами. sblчисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы, вычисляют силу тяги обслуживающих несколько степеней свободы, включая данную, и определенных на предыдущем шаге;

А; — площадь физиологического попереч5 ника мышцы (табличная величина); а li(t) -- плЕчО тяги мышцы.

Величины площади физиологического поперечника отдельных головок 4-главой мышцы бедра равны, м: наружная широкая

2.

10 мышца 0,0148; внутренняя широкая мышца

0,0046; промежуточная широкая мышца

0,0088; прямая мышца 0,0054.

В таблице приведены результаты промежуточных расчетов, 15 Коэффициент жесткости определялся как отношение изменения силы мышцы к изменению ее длины:

1586680 определяют жесткость и демпфирование мышцы. мышцы и по величине сила тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы

Значения показателей при и оценте в емени цикла бега

Показатели

Угол в коленном суставе, град

142

135

Момент в коленном суставе, Н м

429,8

17.02

Плечо тяги 4-главой мышцы бедра в коленном суставе,м

0,0489

0,0486

, а Ai, где i- номер головки 4-главой мышцы

i=1 бедра, А - физиологический поперечник i-й головки, м

0,001633

0,001643

Сила тяги прямой мышцы бедра,Н

Удлинение прямой мышцы бедра,м

1344

0,04

0,054

Скорость изменения длины прямой мышцы бед а, м/с

0,231

0,18

Составитель Н.Яковлева

Редактор Н.Бобкова Техред М.Моргентал Корректор В.Гирняк

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

Заказ 2379 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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