Способ диагностики двигательных функций человека и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и устройствам диагностики двигательных функций человека, и может быть использовано для исследования двигательных функций человека и диагностики моторных патологий в лечебно-профилактических учреждениях неврологического профиля, психофизиологических лабораториях, педагогике, спортивной медицине, при профессиональном отборе операторов и т.д. Регистрируют траектории совместного движения обоих глаз, головы и руки при тесте на скачкообразно предъявляемые зрительные стимулы. Измеряют латентные периоды, длительности, максимальные скорости и количество множественных саккадических движений глаз, головы и руки. Затем измеряют разность латентных периодов, длительностей и количества множественных саккадических движений глаз, а также отношение их максимальных скоростей. Полученные характеристики сравнивают с эталонной нормой и диагностируют двигательные функции. Кроме того, дополнительно исследуют двусторонне направленные координированные движения глаз, головы и руки и по их соотношению диагностируют координацию двигательных функций. Устройство для реализации способа включает блок предъявления зрительных стимулов с мишенями-светодиодами, подключенный к источнику питания и пульту с кнопками управления светодиодами, блок регистрации движения руки с пазом, по которому свободно перемещается подвижная рукоять с указателем. Рукоять жестко соединена с двумя подвижными шкивами, а соосно с одним из шкивов закреплен угловой потенциометр, соединенный с источником питания. Устройство имеет датчик углового положения глаза, датчик углового положения головы, соединенный с источником питания и закрепленный на шлеме, присоединенном к туловищу стальной лентой и ремнями, блок усилителей, состоящий из усилителя окулографического сигнала, усилителя сигнала, поступающего с датчика положения головы, и усилителя сигнала, поступающего с блока регистрации движения руки, аналого-цифровой преобразовать, входы которого соединены с выходами усилителей, а выходы - с электронной вычислительной машиной с набором программ обработки. В устройство введены дополнительный датчик углового положения глаза, связанный с ним усилитель окулографического сигнала, блок связи, состоящий из дифференциального усилителя, входы которого соединены с выходами усилителей окулографического сигнала, и дополнительный канал аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя. В блок предъявления зрительных стимулов включено 5 дополнительных светодиодов, а на пульте управления установлен реверсивный переключатель, предназначенный для скачкообразного предъявления левонаправленного зрительного стимула на те же углы взора испытуемого, что и для правонаправленного. Способ и устройство позволяют повысить точность диагностики двигательных функций человека. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и устройствам диагностики двигательных функций человека, и может быть использовано для исследования двигательных функций человека и диагностики моторных патологий в лечебно-профилактических учреждениях неврологического профиля, психофизиологических лабораториях, педагогике, спортивной медицине, при профессиональном отборе операторов и т.д.

Известен способ диагностики двигательных функций человека путем регистрации нарушений глазодвигательного аппарата и двигательного анализатора с использованием теста на скачкообразно предъявляемые зрительные стимулы [1] (аналог). При переводе взора (совместное движение глаз и головы) испытуемого с одной мишени на другую одновременно регистрируются траектории движения его головы и одного из глаз. И по качественным (мультисаккадность) и количественным (величины латентных периодов, длительностей, максимальных скоростей движений) изменениям в характеристиках траекторий обоих движений у пациентов с болезнью Паркинсона по сравнению с нормальными испытуемыми делается заключение о степени продвинутости болезни.

Недостатком известного способа является недостаточная точность диагностики двигательных функций человека, заключающаяся как в неспособности определять параметры правой/левой асимметрии движений, так и в недоучете факторов, связанных с моторкой конечностей, таких как наличие/отсутствие тремора или заторможенность движения конечности.

Наиболее близкий по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому объекту является способ, описанный в [3] (прототип). В известном решении регистрируют траектории совместного движения одного глаза, головы и руки при тесте на скачкообразно предъявляемые зрительные стимулы, измеряют латентные периоды, длительности, максимальные скорости и количество множественных саккадических движений глаза, головы и руки, и, сравнивая их с эталонной нормой, диагностируют двигательные функции.

Однако этот способ не позволяет определить фактор асимметрии движений. Окуломоторная асимметрия не оценивается, поскольку способ предусматривает отведение окулографического сигнала лишь от одного глаза, моторная - поскольку регистрируются только односторонние координированные движения (вправо).

Техническим результатом изобретения является повышение точности диагностики двигательных функций человека вследствие учета такого параметра как асимметрия движений.

Известны устройства [1], [2] (аналоги), пригодные для реализации способа диагностики двигательных функций человека, путем регистрации нарушений глазодвигательного аппарата и двигательного анализатора человека.

Недостатком этих устройств является отсутствие блока регистрации траектории движения конечности (в [2] предусмотрена фиксация лишь начала движения руки) и блока совместной регистрации движений обоих глаз.

Известно устройство [3] (прототип), включающее блок предъявления зрительных стимулов с мишенями-светодиодами, подключенный к источнику питания и пульту с кнопками управления светодиодами, блок регистрации движения руки с пазом, по которому свободно перемещается подвижная рукоять с указателем, при этом рукоять жестко соединена с двумя подвижными шкивами, а соосно с одним из шкивов закреплен угловой потенциометр, соединенный с источником питания, датчик углового положения глаза, датчик углового положения головы, соединенный с источником питания и закрепленный на шлеме, присоединенном к туловищу стальной лентой и ремнями, и блок усилителей, состоящий из усилителя окулографического сигнала, усилителя сигнала, поступающего с датчика положения головы, и усилителя сигнала, поступающего с блока регистрации движения руки. Сбор данных производится с помощью электронно-вычислительной машины с аналого-цифровым преобразователем, подключенным посредством шины к вышеописанному устройству.

К недостаткам прототипа относятся невозможность получения характеристик окуломоторной асимметрии ввиду отсутствия блока совместной регистрации движений обоих глаз и невозможность исследования двусторонних координированных движений на предмет моторной асимметрии из-за отсутствия блоков, обеспечивающих подачу левонаправленного скачкообразно предъявляемого зрительного стимула.

Техническим результатом второй части настоящего изобретения является создание работоспособного устройства, осуществляющего предлагаемый способ.

Технический результат достигнут в устройстве, названном нами "ВЗОР', путем добавления блоков, позволяющих учитывать асимметрию движений. На фиг.1-3 представлено схематическое изображение устройства "ВЗОР", содержащего: блок предъявления зрительных стимулов (1) с мишенями-светодиодами (2), подключенный к источнику питания (3), пульт управления (4) с реверсивным переключателем (5) и кнопками управления светодиодами (6), блок регистрации движения руки с пазом (7), по которому свободно перемещается подвижная рукоять (8) с указателем (9), причем этом рукоять (8) соединена жестким стержнем (10) с ременной передачей, образуемой ремнем (11) и шкивами (12) и (13), а соосно со шкивом (12) закреплен угловой потенциометр (14), соединенный с источником питания (15), датчики углового положения глаз (16), датчик углового положения головы (17), соединенный с источником питания (18) и закрепленный на шлеме (19), присоединенном к туловищу стальной лентой (20) и ремнями (21), блок усилителей, состоящий из двух усилителей окулографического сигнала (22) и (24), усилителя (23) сигнала, поступающего с датчика положения головы (17), и усилителя (25) сигнала, поступающего с блока регистрации движения руки, блок связи двух окулографических сигналов, состоящий из дифференциального усилителя (26), входы которого соединены с выходами усилителей окулографического сигнала (22) и (24), и дополнительного канала аналого-цифрового преобразователя (27), вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя (26), блок оцифровки сигналов, состоящий из аналого-цифрового преобразователя (27), подключенного посредством шины (28) к вышеописанному устройству, электронно-вычислительная машина (29) для записи, визуализации и дальнейшей обработки полученных данных.

Устройство отличается от прототипа тем, что окулографический сигнал отводится от обоих глаз одновременно, для чего в схему введены второй датчик углового положения глаза (16) и усилитель (24), при этом окулограммы от обоих глаз подаются на вход дополнительно введенного блока связи. Это позволяет количественно характеризовать окуломоторную асимметрию испытуемого. Также устройство отличается тем, что модифицированы блок предъявления зрительных стимулов (1) - добавлено 5 светодиодов, служащих для скачкообразного предъявления левонаправленного зрительного стимула (фиг. 2), и пульт управления (4) - на нем реализован реверсивный переключатель (5), осуществляющий выбор между двумя пятерками светодиодов (правые/левые), что дает возможность исследовать не только правонаправленные, но и левонаправленные координированные движения.

Заявляемый способ при использовании устройства "ВЗОР" реализуется следующим образом.

В процессе проведения эксперимента испытуемый сидит на операторском месте на расстоянии 70 см перед установкой напротив крайне левого светодиода (0 градусов вправо) с установленными датчиками движения глаз (16) и головы (17). Расстояние между светодиодами (фиг. 2) подобрано таким образом, что при этой дистанции 5 из них располагаются на линиях 0, 5, 10, 20 и 40 градусов взора испытуемого. В начале каждого опыта мишень (горящий светодиод) занимает позицию 0 градусов на блоке (1), а реверсивный переключатель (5) на пульте управления (4) установлен таким образом, что кнопки (6) управляют переключением именно вышеназванной пятерки светодиодов. Испытуемому предлагается фиксировать свой взор на мишени и правой рукой передвижением рукояти (8) по пазу (7) установить указатель (9) напротив. Затем он должен проследить за скачкообразным перемещением мишени в периферическое положение (этим процессом управляет оператор с вынесенного пульта (4)) и навести указатель на новую мишень так быстро и точно, как только возможно. Никакой инструкции по последовательности произвольных движений испытуемому не дается. При скачкообразном перемещении зрительной мишени на один из каналов аналого-цифрового преобразователя (27) подается прямоугольный управляющий импульс, по переднему фронту которого происходит инициация сбора данных и записи их в память электронно-вычислительной машины (29). Испытуемый должен удерживать свой взор и указатель (9) на периферической мишени, пока она вновь не перейдет в первоначальное положение. Проводится серия из 25-30 опытов (с одним углом перемещения мишени) для последующей статистической обработки. Далее прибор передвигается так, чтобы испытуемый находился прямо напротив крайне правой мишени блока (1) и переключается реверсивный переключатель (5) на пульте управления (4). При этом кнопки (6) ставятся в соответствие другой пятерке светодиодов, что позволяет предъявлять скачкообразные зрительные стимулы влево и исследовать не только правонаправленные, но и левонаправленные координированные движения. Испытуемому дается инструкция производить те же действия при помощи левой руки, и проводится еще одна серия опытов.

При компьютерной обработке оцифрованных с помощью аналого-цифрового преобразователя (27) и записанных в память электронно-вычислительной машины (29) траекторий определяются количество множественных саккадических движений, а также латентные периоды, длительности и максимальные скорости отдельных движений. При сравнении полученных характеристик со статистикой для группы здоровых испытуемых ("нормы") делается вывод о наличии или отсутствии моторных расстройств. У больных с выявленной патологией по асимметрии характеристик движения правых и левых глаз и рук определяется более пораженная сторона, что позволяет сделать вывод о локализации очага поражения в том или ином полушарии мозга.

Исходя из проведенных обследований, установлены следующие "нормы" для характеристик движения при смещении зрительной мишени на 40^o:
Латентный период саккадического движения глаз: 1815 мс.

Длительность саккадического движения глаз: 978 мс.

Максимальная скорость саккадического движения глаз: 3758^o/с.

Количество саккадических движений глаз: 1 шт.

Латентный период движения головы: 33040 мс.

Максимальная скорость движения головы: 25045%.

Количество саккадических движений головы: 1-2 шт.

Латентный период движения руки: 41035 мс.

Длительность движения руки: 48062 мс.

Количество саккадических движений руки: 1 шт.

Как пример моторной патологии возьмем болезнь Паркинсона. Далее приведены численные значения тех же характеристик координированных движений, определенные для группы пациентов с легкой стадией болезни Паркинсона:
Латентный период саккадического движения глаз: 22411 мс.

Длительность саккадического движения глаз: 1105 мс.

Максимальная скорость саккадического движения глаз: 290120^o/с.

Количество саккадических движений глаз: 1-2 шт.

Латентный период движения головы: 430120 мс.

Максимальная скорость движения головы: 17093%.

Количество саккадических движений головы: 3-4 шт.

Латентный период движения руки: 43050 мс.

Максимальная скорость движения руки: 770174 мс.

Количество саккадических движений руки: 1-3 шт.

При дальнейшем развитии заболевания значения перечисленных характеристик еще больше отклоняются от "нормы".

Рассмотрим примеры реализации заявляемого способа.

Пример 1. Пациент А. Диагноз - "норма"; патологий глазодвигательного аппарата и двигательного анализатора не обнаружено. Вид траекторий отдельных движений представлен на фиг. 4.

Пример 2. Пациент Б. Диагноз - "легкая степень болезни Паркинсона". Дебют справа. На фиг. 5 можно увидеть увеличение латентных периодов всех движений. Особо следует отметить, что движение глаз начинается уже после начала движений головы и руки. Это говорит о серьезном нарушении планирования/программирования координированного моторного акта. Кроме того, видим замедление всех движений, реализацию поворота головы целым набором мелких саккад, а также наличие окуломоторной асимметрии. Замедленное движение правого глаза по сравнению с левым коррелирует с историей болезни пациента, где зафиксирован дебют болезни с правой стороны.

Пример 3. Пациент В. Диагноз - продвинутая степень болезни Паркинсона, Дебют справа. На фиг. 6 видим сильную мультисаккадность в движении левого глаза при практически полном отсутствии движения правого глаза. Движение головы замедлено и сопровождается сильным тремором. Исходя из вида траекторий движения глаз и головы, можно сделать вывод о неспособности пациента В удерживать свой взор на визуально предъявляемой мишени. В отличие от легкой степени болезни Паркинсона проявляются множественные саккадические движения руки, что характерно именно для продвинутой стадии болезни. Как и в случае с пациентом Б видна сильная окуломоторная асимметрия, коррелирующая со стороной дебюта заболевания. Получить эту информацию при использовании способа-прототипа не представлялось возможным.

Пример 4. Пациент Г. Диагноз - легкая степень болезни Паркинсона. Дебют справа. Если предыдущие примеры демонстрировали повышение эффективности диагностики как следствие введения только окуломоторной асимметрии, то данный пример показывает более тонкий момент - сочетание окуломоторной и моторной асимметрий. Получение этой прецизионной информации представляет собой технический результат введения в заявляемое устройство реверсивного переключателя (5) и дополнительной пятерки мишеней светодиодов (2), благодаря которому можно исследовать и левонаправленные координированные движения. На фиг. 7 траектории лево-, а на фиг. 8 - правонаправленного координированного движения пациента Г. Оба движения характеризуются несколько замедленным движением руки и наличием нескольких саккадических движений в траектории головы. Но, кроме этого, видна мультисаккадность движения правого глаза вправо при отсутствии таковой при движении влево. Такое поведение характерно для испытуемого Г и проявлялось во всех попытках. В результате выявлено нарушение функционирования отводящего (VI) нерва глазодвигательной системы, который иннервирует латеральную (прямую) мышцу правого глаза.

Техническим результатом данного изобретения является повышение точности диагностики двигательных функций человека вследствие учета такого параметра как асимметрия движений.

Описанные способ диагностики двигательных функций человека и устройство для его реализации опробованы авторами при обследовании пациентов с болезнью Паркинсона, что позволило скорректировать процедуру лечения нескольких десятков больных.

Источники информации
1. Owen В. White, Jean A. Saint-Cyr, R. David Tomlinson, James A. Sharpe "Ocular motor deficits in Parkinson's disease III. Coordination of eye and head movements". Brain, 1988, v.111, N9, pp. 115-129.

2. В. Biguer, M. Jeannerod, C. Prablanc "The coordination of eye, head, and arm movements during reaching at a single visual target". Experimental brain research, 1982, v.46, pp.301-304.

3. Базиян Б.Х., Дмитриев И.Э. Программно-аппаратурный комплекс для изучения координации движений глаз головы и руки человека. Журнал высшей нервной деятельности. -1996, т.46 с. 396-398.

Формула изобретения

1. Способ диагностики двигательных функций человека, включающий регистрацию траекторий совместного движения глаза, головы и руки при тесте на скачкообразно предъявляемые зрительные стимулы, измерение латентных периодов, длительностей, максимальных скоростей и количества множественных саккадических движений глаза, головы и руки и сравнение их с эталонной нормой, отличающийся тем, что движение обоих глаз регистрируют одновременно, при этом дополнительно измеряют разность латентных периодов, длительностей и количества множественных саккадических движений глаз, а также отношение их максимальных скоростей и по полученным характеристикам диагностируют двигательные функции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют исследование совместного движения глаз, головы и руки с участием другой руки и по полученным характеристикам траекторий движения диагностируют координацию двигательных функций.

3. Устройство для диагностики двигательных функций человека, включающее блок предъявления зрительных стимулов с мишенями-светодиодами, подключенный к источнику питания и пульту с кнопками управления светодиодами, блок регистрации движения руки с пазом, по которому свободно перемещается подвижная рукоять с указателем, при этом рукоять жестко соединена с двумя подвижными шкивами, а соосно с одним из шкивов закреплен угловой потенциометр, соединенный с источником питания, датчик углового положения глаза, датчик углового положения головы, соединенный с источником питания и закрепленный на шлеме, присоединенном к туловищу стальной лентой и ремнями, блок усилителей, состоящий из усилителя окулографического сигнала, усилителя сигнала, поступающего с датчика положения головы, и усилителя сигнала, поступающего с блока регистрации движения руки, аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами усилителей блока, а выходы - с электронной вычислительной машиной с набором программ обработки, отличающееся тем, что в устройство введены дополнительный датчик углового положения глаза, связанный с ним усилитель окулографического сигнала, блок связи, состоящий из дифференциального усилителя, входы которого соединены с выходами усилителей окулографического сигнала, и дополнительный канал аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в блок предъявления зрительных стимулов включено 5 дополнительных светодиодов, а на пульте управления установлен реверсивный переключатель, предназначенный для скачкообразного предъявления левонаправленного зрительного стимула на те же углы взора испытуемого, что и для правонаправленного.

РИСУНКИ

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

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.03.2009

Извещение опубликовано: 27.07.2010        БИ: 21/2010

---