Устройство для измерения и анализа мышечных реакций человека

 

Устройство предназначено для измерения мышечных реакций в одномерной системе координат и в изометрическом режиме, а также повторных проб при одних и тех же условиях, что обусловливает воспроизводимость измерений. Оно может быть использовано для неврологических и физиологических исследований в практических и научных целях. В устройстве звено конечности механически удерживается на измерительной платформе, датчики регистрируют в зафиксированном суставе момент сил, развиваемый мышцами, а закрепленный на подвижной платформе через многозвенную консоль молоточек наносит строго дозированные стимулы каждый раз в неизменяющихся условиях. Последнее обеспечивается тем, что измерительная платформа с укрепленной на ней ногой "л молоточек представляют единую статическую систему, элементы которой не перемещаются друг относительно друга и относительно точки воздействия на конечность. За счет этого устройство' обладает высокой чувствительностью, а получаемые результаты достоверны и воспроизводимы и адекватны состоянию нервной системы человека. Устройство облегчает исследование коленных рефлексов и позволяет не пользоваться для этих целей электромиографическими методами исследования, т.к. позволяет тратить заметно меньше времени на исследование больного и облегчает больному процедуру исследования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для неврологических и физиологических исследований в практических и научных целях.

Известно устройство для определения моментов сил в суставах конечности, содержащее опорную платформу, связанные с ней тензодатчики, и станину, при этом опорная платформа соединена со станиной с возможностью поворота на оси, проходящей через центр вращения сустава, а тензодатчики размещены на станине с возможностью контакта с опорной платформой [1].

Однако это устройство приспособлено только лишь для определения произвольных мышечных усилий.

Известно устройство для определения характеристик ахиллова рефлекса и клонуса стопы, содержащее основание, измеритель рефлекторных колебаний стопы и электроимпульсный молоточек вызова рефлекса, опору для бедер, фиксатор голени с захватами лодыжки, тягу для дозированного натяжения икроножной мышцы, устройство для регистрации движений стопы в голеностопном суставе и устройство для перемещения молоточка вдоль основания с возможностью регулировки силы его удара по ахиллову сухожилию [2].

Это устройство может быть принято в качестве прототипа.

Однако оно обладает следующими недостатками: не обеспечивает необходимую точность измерения рефлекторных движений стопы из-за того, что система их регистрации выполнена в виде набора рычагов, приводящих в движение ползунок потенциометра. Неизбежные люфты и трение в механических сочленениях этих рычагов и неизбежные неоднородности контакта в потенциометре приводят к неточности и загрублению результатов измерений; неточность измерений создается также методологическим принципом - измерением рефлексов в движении, а не в изотермическом режиме, что вызывает каждый раз возвращение исследуемого объекта не в то же самое положение, которое было бы до вызова рефлекса, и поэтому удар молоточком совершается каждый раз в иных от исходных физиологических условиях; механическая конструкция регулировки положения перкуторного молоточка не обеспечивает ему энергетически строго дозированного и заранее запрограммированного по величине удара, а также не дает возможности автоматического управления процессом дозирования стимулов; устройство представляет из себя необоснованно громоздкое сооружение, технологически сложное в изготовлении и неудобное в эксплуатации. Все это обусловливает недостаточную точность, необъективность, слабую достоверность измерений и неудобство в применении.

Целью изобретения является объективизация измерений мышечных реакций, повышение точности результатов исследования, повышение их достоверности, а также расширение возможности исследовательских задач.

Эта цель достигается за счет того, что устройство снабжено подвижной платформой с фиксаторами суставного угла конечности, измерительными платформами с приспособлениями для крепления на них конечностей человека, ЭВМ и электронным управляющим устройством, причем подвижная платформа связана через фиксаторы суставного угла конечности с платформой-основанием, а измерительные платформы связаны одними концами с подвижной платформой, например, через подшипники вращения, ограничивающие измерительные платформы одной степенью свободы, а другими концами каждая измерительная платформа связана с подвижной платформой механически жестким датчиком момента сил, а также за счет того, что электроимпульсный молоточек установлен на подвижной платформе посредством многозвенной консоли не менее чем с четырьмя степенями свободы, его соленоид связан с выходом электронного управляющего устройства, которое содержит блок точного задания момента вызова рефлекса, например в виде таймера, и блок управления энергией удара электроимпульсного молоточка, например в виде связанного с соленоидом молоточка регулятора импульса тока, а вход электронного управляющего устройства и выходы датчиков связаны с ЭВМ.

Сущность изобретения заключается в возможности измерения мышечных реакций в одномерной системе координат и в изотермическом режиме, т.е. когда конечность жестко фиксирована в заданном положении и удерживается в нем, а также в возможности осуществлять повторные пробы при одних и тех же условиях, что обуславливает воспроизводимость измерений. Это позволяет повысить точность результатов исследования и их достоверность и проводить исследование за более короткое время, что очень важно при исследовании тяжелых неврологических больных. Для этого в предлагаемом устройстве звено конечности механически удерживается на измерительной платформе, датчики регистрируют развиваемый мышцами момент сил в зафиксированном суставе, а закрепленный на подвижной платформе через многозвенную консоль молоточек наносит строго дозированные стимулы каждый раз в неизменяющихся условиях. Последнее обеспечивается тем, что измерительная платформа с укрепленной на ней конечностью и молоточек представляют единую статическую систему, элементы которой не перемещаются друг относительно друга относительно точки воздействия на конечность. Вся эта совокупность признаков позволяет достичь указанной цели.

В известной практике и литературе подобная совокупность признаков не встречается, поэтому предлагаемое устройство может быть признано новым. Все указанные в формуле изобретения отличительные признаки предлагаемого устройства в своей совокупности дают возможность достичь поставленную цель и поэтому их совокупность отвечает критерию изобретения "существенность новизны".

На фиг. 1 и 2 показана схема устройства; на фиг. 3 - результаты регистрации коленных рефлексов у больного человека до и после лечения.

Устройство (фиг. 1, 2) состоит из платформы-основания 1, которое крепится к сиденью, например к стулу, при помощи соответствующего крепежного приспособления 2, например струбцины. Платформа 1 приспособлена для сидения на нем испытуемого, которого можно фиксировать к сидению и/или к этой платформе с помощью крепежных устройств любой конструкции, например ремней 3. С платформой-основанием связана через подшипники 4, ограничивающие платформу одной степенью свободы, подвижная платформа 5 для выбора заданного положения суставного угла конечности. Это положение суставного угла закрепляется при помощи фиксирующего устройства 6. На подвижной платформе 5 расположены две (левая и правая) измерительные платформы 7 (на фиг. 1 показана только одна правая измерительная платформа под правую ногу) с приспособлениями 8 для крепления на них конечностей человека. Измерительные платформы 7 связаны с подвижной платформой 5 одними концами через подшипник 9, а другими концами каждая измерительная платформа связана с подвижной платформой 5 упругими жесткими элементами, например жестким датчиком момента сил 10, сигнал с которого пропорционален моменту сил относительно оси вращения подшипника 9 между измерительной платформой 7 и подвижной платформой 5. Сигнал с датчика 10 поступает на регистрирующее и анализирующее устройство 11. Это устройство состоит из соответствующих датчику усилителей, тех или иных регистрирующих приспособлений, а также ЭВМ. В качестве устройств для возбуждения нервной системы могут применяться электрические и магнитные транскраниальные стимуляторы, электрическая стимуляция смешанного нерва в подколенной ямке, перкуторный молоточек и другие виды и способы стимуляции. Например, может применяться электроимпульсный молоточек 12, закрепленный на измерительной платформе при помощи многозвенной консоли 13 с количеством степеней свободы, достаточным, чтобы направление его удара и точку приложения этого удара можно было бы произвольно устанавливать относительно объекта исследования, например при ударе по пателлярному сухожилию. Соленоид электроимпульсного молоточка связан с выходом электронного управляющего устройства 14, которое содержит блок точного задания времени вызова рефлекса, например в виде таймера, и блок управления энергией удара молоточка, например в виде регулятора импульса тока, подаваемого на соленоид молоточка. Причем вход управляющего устройства может быть связан с другими управляющими системами, например с ЭВМ, с которой связаны через усилители выходы датчиков момента сил.

Устройство работает следующим образом. Пациента усаживают в удобной для человека позе на платформу-основание 1, прикрепленную к сидению, и крепят его тело к этому сидению и к платформе-основанию при помощи крепежных приспособлений 3. Голень каждой ноги также укрепляют в фиксаторах 8, расположенных на левой и правой измерительных платформах 7 соответственно для левой и правой ноги. Требуемый угол между бедром и голенью устанавливают перемещением подвижной платформы 5 относительно платформы-основания 1 и фиксируют подвижную платформу при помощи устройства 6. При помощи многозвенной консоли 13 выбирают необходимое расположение электроимпульсного молоточка 12 над пателлярным сухожилием и в выбранном положении электроимпульсный молоточек фиксируют. Затем при помощи электронного управляющего устройства задают необходимые режимы исследования: энергию удара, последовательность во времени стимулов и т.п. Реакцию мышц каждой ноги регистрируют регистрирующим устройством 11 и обрабатывают по заданным компьютеру программам.

На фиг. 3 показаны результаты исследования коленного рефлекса у больного детским церебральным параличом. При помощи предлагаемого устройства обнаружено неизвестное до этого явление в физиологии коленных рефлексов, что продемонстрировано на данной регистрации. В левом столбике подобраны различные виды рефлекторных ответов в одном и том же исследовании при многократном нанесении ударов молоточком по пателлярному сухожилию в одно и то же место с одной и той же энергией удара. Новым оказалось то, что мышечные ответы, которые были необычайно разнообразны, в отдельных случаях после удара молоточком по пателлярному сухожилию имели противоположный знак: нога в коленном с уставе вместо обычного в норме разгибания имела обратную редуцированную фазу реакции, а именно: в ответ на удар по сухожилию усилия мышц ноги были направлены на ее сгибание. Появление той или иной реакции было случайным и непредсказуемым. Специально с целью лучшей наглядности разные реакции, зарегистрированные в разное время, расположены в левом столбике в последовательности изменения их фазности. Весь спектр форм реакций, представленных в левом столбике, был зарегистрирован у данного больного до его лечения. Весь спектр мышечных реакций у этого же больного после успешного хирургического лечения показан в правом столбике на фиг. 3. Улучшение в ходе лечения двигательной сферы больного сопровождалось и нормированием величины и формы коленных рефлексов, а также отсутствием редуцированных реакций. Кроме того, данная методика позволила получить еще ряд важных научных фактов, которые позволят по-новому понять физиологию сухожильных рефлексов. Однако все эти факты требуют специального изложения материала и его осмысливания в научных статьях и сообщениях на симпозиумах и конференциях.

Апробирование предлагаемого устройства осуществлялось в Институте нейрохирургии им. Н.Н.Бурденко. Было показано, что предлагаемое устройство и данная методика обладают высокой чувствительностью, а получаемые результаты достоверны и воспроизводимы и адекватны состоянию нервной системы человека. Устройство облегчает исследование коленных рефлексов и позволяет не пользоваться для этих целей электромиографическими методами исследования. Последнее особенно существенно, т.к. позволяет тратить заметно меньше времени на исследование больного и облегчает больному процедуру исследования. При обычной электромиографии трудоемким звеном для врача является постановка электродов, а для больного она сопровождается определенной эмоциональной нагрузкой, и в связи с большой затратой времени приводит к значительному утомлению больного. Кроме того, например, в рефлекторной реакции коленных рефлексов участвует большая группа крупных мышц бедра. Поэтому от пробы к пробе по полученным данным отдельные мышцы и их филаменты по-разному перераспределяют свои рефлекторные ответы от высоких до нулевых, хотя и в последних случаях внешне рефлекторное движение в ноге сохраняется. Это требует для получения достоверных результатов набора большого статистического материала или постановки параллельно нескольких электромиографических электродов. Вполне понятно, что это также увеличивает общее время исследований и излишне перегружает больного, чего нет в данной методике, реализуемой предлагаемым устройством. Существенным преимуществом является также и то, что измерение рефлексов осуществляется в изотермическом режиме. Применение изотермического метода определяет то, что нога, жестко удерживаемая фиксаторами, от пробы к пробе перемещается очень незначительно, поэтому в каждой из применяемых проб удар перкуторного молоточка приходится в одну и ту же точку пателлярного сухожилия. А в одном исследовании может быть до 100 таких применений (с промежутками от 1 до 3 с). Именно это определяет то, что методика является высокочувствительной, а результаты воспроизводимы.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения и анализа мышечных реакций человека, например коленных рефлексов, содержащее платформу-основание, приспособление для крепления конечностей человека, электроимпульсный молоточек с соленоидом и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что оно снабжено подвижной платформой с фиксаторами заданного положения суставного угла конечностей, измерительными платформами, на которых расположены приспособления для крепления конечностей человека, ЭВМ и электронным управляющим устройством, выход которого связан с соленоидом электроимпульсного молоточка, причем подвижная платформа связана через фиксаторы заданного положения суставного угла конечности с платформой-основанием, измерительные платформы связаны одними концами с подвижной платформой, например, через подшипники вращения, ограничивающие измерительные платформы одной степенью свободы, другими концами каждая измерительная платформа связана с подвижной платформой механически жестким датчиком момента сил, выход каждого датчика момента сил связан через регистрирующее устройство с ЭВМ, которая связана с входом электронного управляющего устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроимпульсный молоточек с соленоидом установлен на подвижной платформе посредством многозвенной консоли с не менее чем четырьмя степенями свободы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3