Устройство и способ для поверки амплитудно-частотных характеристик стабилометрической платформы
Изобретение относится к области медицины, в частности к функциональной диагностике, может быть использовано для калибровки стабилометрической платформы. Устройство состоит из треугольной рамы, устанавливаемой на стабилометрическую платформу на время тарировки. К раме в вершине треугольника прикреплен шарнир и присоединен маятник, состоящий из груза, закрепленного на штанге с возможностью перемещения. Между боковыми сторонами, прилегающими к вершине, расположен угломер. Угломер и штанга снабжены шкалами. Способ включает помещение на платформу устройства, создающего нагрузку с известными задаваемыми параметрами, а именно создает колебания с заданной частотой и амплитудой в сагиттальной плоскости, затем - во фронтальной плоскости или под углом 45° к этим плоскостям. Меняя расположение груза на штанге и угол отклонения маятника, регистрируют стабилограммы, сравнивают полученные параметры с заданными и оценивают погрешность измерения. Расположение груза на штанге меняют при одном и том же угле отклонения маятника. Меняют угол отклонения маятника при одном и том же положении груза. Технический результат состоит в повышении точности и качества исследований. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике, может быть использовано для калибровки стабилометрической платформы.
Клинический анализ движений - относительно молодое, активно эволюционирующее направление медицины. Важную роль в нем играет стабилометрия - регистрация положения и перемещения центра давления при стоянии. Основные сферы ее применения: изучение закономерностей поддержания вертикальной позы в норме и патологии, функциональная диагностика двигательной патологии и лечебные процедуры, основанные на принципах биологической обратной связи [Гурфинкель B.C., Эльнер А.М. Участие вторичной двигательной зоны лобной доли мозга в организации позных компонентов произвольного движения у человека // Нейрофизиология, 1988. - Т.20, №1, с.7-15].
Для проведения стабилометрических исследований применяют установку, включающую стабилометрическую платформу соединенную с устройством для регистрации и обработки параметров стабилограммы: величины, направления и амплитудно-частотных характеристик миграции проекции центра давления на опорной плоскости. Стабилометрическая платформа состоит из двух жестких плит размером 60×40 см, между которыми установлены датчики давления. Вычисление каждой из трех составляющих: вертикальной, фронтальной и сагиттальной и равнодействующей приложенных к платформе сил осуществляется программно с учетом значений каждого датчика. Информация со всех датчиков снимается синхронно с частотой 100 Гц [Скворцов Д.В. Клинический анализ движений - новые возможности. Медицинские информационные системы. Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТГРТУ, 1995, с.129-132].
Стабилометрическая платформа, как любая измерительная система, нуждается в периодической проверке точности измерений.
Известны способ и устройство для тарировки динамографической платформы, заключающиеся в том, что платформу нагружают гирей определенного веса. Тарировка горизонтальных составляющих проводится с помощью пружинных динамометров [Рощин Г.И. Метод и прибор для определения силового воздействия всего тела и каждой конечности на опору. - В кн. Третья научная сессия ЦНИИПП. М., 1953. - С.134-142]. В этом случае устройством являются гиря известного веса и пружинный динамометр.
Стабилометрическая платформа отличается от динамометрической тем, что регистрирует не только величину вектора опорной реакции, но и координаты приложения вектора. Тарировку стабилометрической платформы проводят аналогично динамометрической, однако тарируют каждый из четырех датчиков, установленных по углам платформы, в отдельности [Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Стабилометрия: - М.: АОЗТ «Антидор» 2000. - 192 c.]. Эти устройство и способ наиболее близки к заявляемым.
Недостатком этих устройства и способа является то, что они не позволяют измерить амплитудно-частотную характеристику прибора, которая важна для оценки точности измерений.
Задача изобретения - создание устройства и способа поверки амплитудно-частотных характеристик стабилометрической платформы для повышения точности и качества исследований.
Устройство состоит из треугольной рамы, устанавливаемой на стабилометрическую платформу на время тарировки. К раме в вершине треугольника прикреплен шарнир и присоединен маятник, состоящий из груза, закрепленного на штанге с возможностью перемещения. Между боковыми сторонами, прилегающими к вершине, расположен угломер. Угломер и штанга снабжены шкалами.
Способ поверки амплитудно-частотных характеристик стабилографической платформы включает помещение на платформу устройства, создающего нагрузку с известными задаваемыми параметрами: создают колебания с заданной частотой и амплитудой в сагиттальной плоскости, затем - во фронтальной плоскости или под углом 45° к этим плоскостям. Меняя расположение груза на штанге и угол отклонения маятника, регистрируют стабилограммы, сравнивают полученные параметры с заданными и оценивают погрешность измерения. Расположение груза на штанге меняют при одном и том же угле отклонения маятника. Меняют угол отклонения маятника при одном и том же положении груза.
Устройство поясняется чертежом. Устройство состоит из треугольной рамы 1, устанавливаемой на стабилометрическую платформу 2 на время тарировки. К раме в вершине треугольника прикреплен шарнир 3 и присоединен маятник, состоящий из груза 4, закрепленного на штанге 5 с возможностью перемещения. Между боковыми сторонами, прилегающими к вершине, расположен угломер 6. Угломер и штанга снабжены шкалами.
Новизна устройства:
- треугольная рама устанавливается на стабилометрическую платформу;
- к раме в вершине треугольника прикреплен шарнир и присоединен маятник, состоящий из груза, закрепленного на штанге с возможностью перемещения;
- между боковыми сторонами, прилегающими к вершине, расположен угломер;
- угломер и штанга снабжены шкалами.
Устройство работает следующим образом.
Тарировочное устройство устанавливают на стабилометрической платформе 2 в центре так, чтобы колебания маятника происходили строго во фронтальной, затем - в сагиттальной плоскости. Груз 4 устанавливают на штанге 5 на определенном расстоянии от центра вращения - шарнира 3. Штанга 5 имеет отверстия по всей длине. Груз 4 имеет хвостовик с резьбой на конце, который вставляется в отверстие на штанге, на конец с резьбой накручивается гайка. Так задается частота колебаний маятника, определяемая по формуле:
где: L - расстояние от оси вращения до центра масс груза, м;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
f - частота колебаний маятника, Гц.
Амплитуда колебаний определяется по формуле:
А=L×sinα,
где: α - угол отклонения груза маятника, измеряемый по шкале угломера;
L - расстояние от оси вращения до центра масс груза, м;
А - амплитуда колебаний, м.
Маятник отклоняют на заданный угол, определяемый угломером 6 и отпускают, запускают регистрацию стабилограммы. Маятник совершает медленно затухающие свободные колебания с частотой f и амплитудой А. Сопоставляют заданные частоту и амплитуду, полученные при расчетах, с зарегистрированными стабилометрической платформой при колебаниях маятника в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Сравнивая заданные и полученные характеристики, делают вывод о погрешности измерений и о необходимости настройки платформы.
Для определения линейности характеристик стабилометрической платформы 2 измерения повторяют, меняя положение груза 4 на штанге 5 маятника при неизменном угле его отклонения, при неизменном положении груза 4 изменяют угол отклонения маятника.
При совпадении заданных и зарегистрированных данных достаточно проводить тарировку платформы ежедневно утром перед началом исследований. При расхождении данных более чем на 5% потребуется настройка датчиков стабилометрической платформы.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Тарировочное устройство устанавливают на стабилометрической платформе 2 посередине так, чтобы колебания маятника происходили строго во фронтальной или сагиттальной плоскости. Груз устанавливают на штанге на определенном расстоянии L от центра вращения. Рассчитывают показатели частоты f и амплитуды А при заданном угле отклонения маятника α. Маятник отклоняют на заданный угол и отпускают, запускают регистрацию стабилограммы. Измерения повторяют несколько раз, меняя положение груза на штанге маятника и оставляя постоянным угол отклонения или меняя угол отклонения маятника, не меняя положения груза. Рассчитывают частоту и амплитуду колебаний маятника для всех исследованных значений угла отклонения и расстояния от центра вращения по формулам:
где: L - расстояние от оси вращения до центра масс груза, м;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
f - частота колебаний маятника, Гц.
Амплитуда колебаний определяется по формуле:
А=L×sinα,
где α - угол отклонения груза маятника, измеряемый по шкале угломера;
L - расстояние от оси вращения до центра масс груза, м;
А - амплитуда колебаний, м.
Сопоставляют частоту и амплитуду, полученные при расчетах и заданные устройству для проверки, с зарегистрированными аппаратурой при колебаниях маятника в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Повторяют исследование, установив тарировочное устройство на платформе так, чтобы колебания маятника происходили строго в сагиттальной плоскости.
Можно осуществлять способ следующим образом. Тарировочное устройство закрепляют на стабилометрической платформе под углом 45° к сагиттальной и фронтальной осям платформы. Груз устанавливают на штанге на определенном расстоянии от центра вращения. Маятник отклоняют на заданный угол и отпускают, запускают регистрацию стабилограммы. Измерения повторяют несколько раз, меняя положение груза на штанге маятника и угол его отклонения. Рассчитывают амплитуду колебаний маятника для всех исследованных значений угла отклонения и расстояния от центра вращения по формуле:
где: α - угол отклонения груза маятника, измеряемый по шкале угломера;
L - расстояние от оси вращения до центра масс груза, м;
А - амплитуда колебаний, м.
Сопоставляют частоту и амплитуду, полученные при расчетах и заданные устройству с зарегистрированными аппаратурой при колебаниях маятника в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
Пример 1. Поверка стабилометрической платформы во фронтальной плоскости. Установили тарировочное устройство на стабилометрическую платформу строго во фронтальной плоскости по центру платформы. Груз установили на штанге на расстоянии 0,25 м от центра вращения. Маятник отклонили на угол 5° и отпустили, запустили регистрацию стабилограммы. Частоту f и амплитуду А высчитали по формулам:
A=L×sinα=0,25 м×sin5°=0,00218 м.
Измерение повторили, отклонив маятник на 10°. Амплитуду А высчитали по формуле:
A=L×sinα=0,25 м×sin10°=0,00434 м.
Груз установили на расстоянии 0,3 м от центра вращения и повторили измерения:
А=L×sinα=0,3 м×sin5°=0,00261 м
A=L×sinα=0,3 м×sin10°=0,00521 м.
Груз установили на расстоянии 0,35 м от центра вращения и вновь повторили измерения.
A=L×sinα=0,35 м×sin5°=0,00305 м
А=L×sinα=0,35 м×sin10°=0,00608 м.
Рассчитанные частоты и амплитуды колебаний маятника для всех исследованных значений угла отклонения и расстояния от центра вращения сравнили с амплитудой и частотой, фактически показанными стабилометрической платформой. Результаты расчетов и измерений приведены в табл.1.
| Табл.1 Результаты тарировки стабилометрической платформы во фронтальной плоскости | ||||||
| Длина маятника, м | Расчетные величины | Фактические величины | ||||
| Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | |||
| 5° | 10° | 5° | 10° | |||
| 0,25 | 1,00 | 0,00218 | 0,00434 | 1,00 | 0,00216 | 0,00435 |
| 0,30 | 0,91 | 0,00261 | 0,00521 | 0,91 | 0,00259 | 0,00512 |
| 0,35 | 0,84 | 0,00305 | 0,00608 | 0,84 | 0,00302 | 0,00614 |
Разница между расчетными и фактическими данными не превышает 5%, следовательно, точность стабилометрических измерений удовлетворительна. Если разница между расчетными и фактическими величинами составила бы 5% и более, следовало бы проводить настройку датчиков платформы.
Пример 2. Тарировка стабилометрической платформы в обеих плоскостях. Установили тарировочное устройство на стабилометрическую платформу под углом 45° к сагиттальной и фронтальной осям платформы. Груз установили на штанге на расстоянии 0,25 м от центра вращения. Маятник отклонили на угол 5° и отпустили, запустили регистрацию стабилограммы. Частоту f и амплитуду А высчитали по формулам:
Измерение повторили, отклонив маятник на 10°. Амплитуду А высчитали по формуле:
Груз установили на расстоянии 0,3 м от центра вращения и повторили оба измерения. Частоту f и амплитуду А высчитали по формулам:
Измерение повторили, отклонив маятник на 10°. Амплитуду А высчитали по формуле:
Груз установили на расстоянии 0,35 м от центра вращения и вновь повторили измерения. Частоту f и амплитуду А высчитали по формулам:
Измерение повторили, отклонив маятник на 10°. Амплитуду А высчитали по формуле:
Сравнили рассчитанные амплитуды и частоты с фактически показанными стабилометрической платформой. Результаты расчетов и измерений приведены в табл.2 и 3.
| Табл.2 Результаты тарировки стабилометрической платформы во фронтальной плоскости | ||||||
| Длина маятника, м | Расчетные величины | Фактические величины | ||||
| Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | |||
| 5° | 10° | 5° | 10° | |||
| 0,25 | 1,00 | 0,00154 | 0,00307 | 1,00 | 0,00158 | 0,00315 |
| 0,30 | 0,91 | 0,00185 | 0,00368 | 0,91 | 0,00182 | 0,00364 |
| 0,35 | 0,84 | 0,00216 | 0,0043 | 0,84 | 0,00214 | 0,00422 |
| Табл.3 Результаты тарировки стабилометрической платформы в сагиттальной плоскости | ||||||
| Длина маятника, м | Расчетные величины | Фактические величины | ||||
| Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | Частота, Гц | Амплитуда, м при отклонении маятника на угол | |||
| 5° | 10° | 5° | 10° | |||
| 0,25 | 1,00 | 0,00154 | 0,00307 | 1,00 | 0,00149 | 0,00301 |
| 0,30 | 0,91 | 0,00185 | 0,00368 | 0,91 | 0,00173 | 0,00354 |
| 0,35 | 0,84 | 0,00216 | 0,0043 | 0,84 | 0,00214 | 0,00427 |
Разница между расчетными и фактическими величинами не превышает 5%, следовательно, точность стабилометрических измерений удовлетворительна.
Предложенный способ эффективен для тарировки стабилометрической платформы. Его использование способствует повышению качества исследований вследствие их лучшего метрологического обеспечения.
Предлагаемый способ использован на базе Федерального государственного учреждения Новокузнецкий научно-производственный центр медико-социальной экспертизы и реабилитации инвалидов. Данным способом в течение полугода проводится поверка амплитудно-частотных характеристик стабилометрической платформы, входящей в программно-аппаратный комплекс клинического анализа движений "БИОМЕХАНИКА", выпускаемый научно-медицинской фирмой МБН.
1. Устройство для поверки характеристик стабилометрической платформы, содержащее груз, помещаемый на платформу стабилографа, отличающееся тем, что оно снабжено треугольной рамой, установленной посередине платформы стабилографа, на вершине которой закреплен шарнир, а груз установлен на штанге с возможностью его перемещения и закрепления в отверстиях штанги, штанга с грузом присоединена к шарниру с возможностью совершения в виде маятника колебаний в сагиттальной и фронтальной плоскостях, при этом между боковыми сторонами треугольной рамы расположен угломер со шкалой задания углов отклонения маятника, а штанга снабжена шкалой расстояний от центра вращения шарнира.
2. Способ поверки характеристик стабилометрической платформы, включающий тарировку платформы с помощью груза, отличающийся тем, что груз на штанге в виде маятника устанавливают в устройстве, помещаемом на платформу, создают колебания маятника с заданной частотой и амплитудой в сагиттальной, затем во фронтальной плоскостях или под углом 45° к этим плоскостям, регистрируют стабилограммы при изменении положения груза на штанге и угла отклонения маятника, сравнивают полученные амплитудно-частотные характеристики с расчетными и оценивают погрешность измерения, считая при этом погрешность, не превышающую 5%, удовлетворительной для проведения стабилометрических измерений.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что изменяют положение груза на штанге при одном и том же угле отклонения маятника.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что изменяют угол отклонения маятника при одном и том же положении груза.
