RU174538U1

RU174538U1 - Dynamic Stabilometric Platform

Info

Publication number: RU174538U1
Application number: RU2016139787U
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Муратов; Владимир Евгеньевич Савельев
Original assignee: Сергей Васильевич Муратов
Priority date: 2016-10-10
Filing date: 2016-10-10
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Полезная модель относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам для регистрации времени нахождения человека в состоянии равновесия.Цель полезной модели - повышение точности оценки регуляции вертикальной позы человека с помощью анализа временных промежутков при удержании баланса на качающейся платформе.Стабилометрическая платформа содержит корпус, подвижную плиту, жестко фиксированную болтами к продольной металлической оси, установленной в стенке корпуса. Наклон плиты влево и право ограничен за счет упоров с пружиной. Отклонение плиты от горизонтальной плоскости передается на колесико оптико-механического манипулятора с помощью системы шкивов. Оптико-механический манипулятор расположен между стенкой корпуса и стойкой. Преобразование вращения подвижной плиты в электрические сигналы осуществляется с помощью закрепленного на оси валика диска с прорезями. С одной стороны диска размещен фотодиод, с другой - светодиод, который через прорези диска освещает фотодиод. При вращении диска с фотодиода снимается электрический сигнал, который через USB разъем передается на компьютер для регистрации.Использование устройства позволяет с помощью анализа временных интервалов, регистрируемых при нахождении человека на динамической стабилоплатформе, проводить комплексную оценку состояния, а также тренировку функциональных систем организма, обеспечивающих равновесие.The utility model relates to medicine and medical equipment, namely, devices for recording the time a person is in equilibrium. The purpose of the utility model is to increase the accuracy of assessing the regulation of a person’s vertical posture by analyzing time intervals while maintaining balance on a swinging platform. The stabilometric platform contains a body, a movable plate, rigidly bolted to a longitudinal metal axis mounted in the wall of the housing. The slope of the plate to the left and right is limited due to the stops with the spring. The deviation of the plate from the horizontal plane is transmitted to the wheel of the optical-mechanical manipulator using a pulley system. The optical-mechanical manipulator is located between the wall of the housing and the stand. The conversion of the rotation of the movable plate into electrical signals is carried out using a slotted disk fixed to the axis of the roller. A photodiode is placed on one side of the disk, and an LED on the other, which illuminates the photodiode through the slots of the disk. When the disk is rotated, an electrical signal is removed from the photodiode, which is transmitted via USB to a computer for registration. Using the device allows using the analysis of time intervals recorded when a person is on a dynamic stable platform to conduct a comprehensive assessment of the condition, as well as training of the body's functional systems that ensure balance .

Description

Полезная модель относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам для регистрации времени нахождения человека в состоянии равновесия.The utility model relates to medicine and medical equipment, namely to devices for recording the time a person is in equilibrium.

Известно устройство - стабилограф, учитывающее динамические эффекты и позволяющее проводить одновременную регистрацию перемещения и ускорения горизонтальной проекции общего центра массы (ОЦМ) в двух направлениях (Смирнов Г.В. и др. Стабилограф. Медицинская техника, 1993, Ν 1, с 40-41).A device is known - a stabilograph that takes into account dynamic effects and allows simultaneous registration of displacement and acceleration of the horizontal projection of the common center of mass (OCM) in two directions (G. Smirnov and others. Stabilograph. Medical technology, 1993, Ν 1, pp. 40-41 )

Стабилограф содержит опорную платформу, установленную на основании с помощью упругих элементов с закрепленными на них тензодатчиками. Опорная платформа соединяется с основанием посредствам упругих элементов в виде стоек, прикрепленных одним концом к опорной платформе, а другими к фланцу и крестовине, установленной в жестком кольце, которое связано с основанием и фланцем. Схема обработки сигнала содержит мостовую схему, в которую включены тензодатчики и выходы, которые подключены к усилителям. Выходы из усилителей подключены через блоки вычитания и деления к регистратору.The stabilizer contains a support platform mounted on the base with the help of elastic elements with strain gauges fixed to them. The support platform is connected to the base by means of elastic elements in the form of struts attached at one end to the support platform, and the other to a flange and a spider installed in a rigid ring that is connected to the base and flange. The signal processing circuit includes a bridge circuit, which includes load cells and outputs that are connected to amplifiers. The outputs from the amplifiers are connected through the subtraction and division blocks to the registrar.

Данное устройство отражает движение ОЦМ человека, регистрация которого часто искажается, что может привести к неправильным толкованиям результатов стабилографического обследования. Регистрация движения ОЦМ недостаточно информативна для оценки сложной, многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека.This device reflects the movement of a human OTC, the registration of which is often distorted, which can lead to incorrect interpretations of the results of a stabilographic examination. The registration of the motion of the JCM is not informative enough to assess a complex, multi-level system of regulation of a person’s vertical posture.

За прототип выбран стабилограф для регистрации движения ОЦМ человека (а.с. №2063168, А61В 5/11, 10.07.1996, Смирнов Г.В. и др.), который содержит опорную платформу, соединенную с помощью упругих элементов с основанием. Упругие элементы выполнены в виде балки прямоугольного сечения с дисковидными утолщениями на концах, а по краям балки выполнены глухие отверстия и сквозные отверстия. На упругие элементы наклеены тензодатчики. Когда испытуемый стоит на опорной платформе, упругие элементы деформируются под действием силы F. Под действием горизонтального усиления в балках возникают изгибные упругие деформации, пропорциональные горизонтальному перемещению и ускорению ОЦМ человека. Для регистрации деформаций упругих элементов используют метод тензометрии. Тензодатчики объединены в мостовые схемы, сигнал от которых поступает через усилители на блоки вычитания, деления и далее на регистратор. Данное устройство имеет следующие недостатки:For the prototype, a stabilograph was selected for detecting the motion of human OTMs (A.S. No. 2063168, А61В 5/11, 07/10/1996, Smirnov G.V. et al.), Which contains a support platform connected by elastic elements to the base. The elastic elements are made in the form of a beam of rectangular cross section with disk-shaped thickenings at the ends, and blind holes and through holes are made along the edges of the beam. Strain gauges are glued to the elastic elements. When the test subject is on a support platform, the elastic elements are deformed under the action of force F. Under the influence of horizontal reinforcement, flexural elastic deformations occur in the beams, which are proportional to the horizontal movement and acceleration of the human MTC. To register the deformations of elastic elements, the method of tensometry is used. The load cells are combined into bridge circuits, the signal from which is fed through amplifiers to the subtraction, division blocks and then to the recorder. This device has the following disadvantages:

1. По регистрации перемещения проекции ОЦМ на опорной площадке в неподвижной позе можно лишь косвенно оценивать состояние сложной многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека.1. By registering the displacement of the projection of the JMC on the reference site in a fixed position, one can only indirectly assess the state of a complex multilevel system for regulating a person’s vertical posture.

2. Анализ структуры стабилографического сигнала показывает, что распределения координат центра давления в большинстве случаев не подчиняются нормальному закону, что снижает информативность стандартного отклонения как показателя устойчивости тела человека. Распределения имеют бимодальный, а иногда и полимодальный характер. Причина такого распределения координат центра давления заключается в том, что положение центра давления (у большинства испытуемых) монотонно, а иногда скачкообразно смещается по диагонали поверхности стабилографической платформы. Стабилографический сигнал нельзя рассматривать как стационарный случайный процесс, поэтому приходится учитывать паттерн траектории центра давления, форму распределения и величины стандартных отклонений координат центра давления, которые имеют малое информационное значение при изучении и оценке устойчивости тела человека, вызывают затруднение в трактовке результатов обследования.2. Analysis of the structure of the stabilographic signal shows that the distribution of the coordinates of the center of pressure in most cases does not obey the normal law, which reduces the information content of the standard deviation as an indicator of the stability of the human body. Distributions are bimodal, and sometimes polymodal. The reason for this distribution of the coordinates of the center of pressure is that the position of the center of pressure (in the majority of the subjects) is monotonous, and sometimes it jumps discontinuously along the surface diagonal of the stabilographic platform. A stabilographic signal cannot be considered as a stationary random process, therefore, it is necessary to take into account the pattern of the trajectory of the pressure center, the shape of the distribution and the magnitude of the standard deviations of the coordinates of the pressure center, which are of little information value in the study and assessment of the stability of the human body, make it difficult to interpret the examination results.

Цель полезной модели - повышение точности оценки регуляции вертикальной позы человека с помощью анализа временных промежутков при удержании баланса на качающейся платформе.The purpose of the utility model is to increase the accuracy of assessing the regulation of a person’s vertical posture by analyzing time intervals while maintaining balance on a swinging platform.

Поставленная цель достигается за счет изменения конструкции стабилометрической платформы, а именно в замене неподвижной платформы с тензорными датчиками на качающуюся платформу. К платформе жестко крепится металлическая ось с подшипниками на концах, которые закрепляются в корпусе устройства. Платформа вращается вокруг оси во фронтальной плоскости с ограничением угла поворота до 5°. Платформа поддерживается в горизонтальном положении за счет фиксирующих пружин. При смещении одного края платформы вниз, противоположный подымается вверх по принципу качелей.This goal is achieved by changing the design of the stabilometric platform, namely the replacement of a fixed platform with tensor sensors on a swinging platform. A metal axis is rigidly attached to the platform with bearings at the ends, which are fixed in the device case. The platform rotates around an axis in the frontal plane with a rotation angle limited to 5 °. The platform is supported in horizontal position due to fixing springs. When one edge of the platform is shifted down, the opposite rises up according to the principle of a swing.

Тензорные датчики, выступающие в качестве аналого-цифрового преобразователя, заменены оптико-механическим манипулятором, таким как в компьютерной мыши с шаровым приводом. Оптико-механический манипулятор позволяет определить величину угла поворота платформы относительно горизонтальной плоскости и передать ее на компьютер.Tensor sensors acting as an analog-to-digital converter are replaced by an optical-mechanical manipulator, such as in a computer mouse with a ball drive. The optical-mechanical manipulator allows you to determine the angle of rotation of the platform relative to the horizontal plane and transfer it to the computer.

Отклонение платформы от горизонтальной плоскости с помощью системы шкивов передается на вращающуюся ось с диском оптико-механического манипулятора. Диск изготовлен из непрозрачного диэлектрического материала с радиально расположенными по караю прямоугольными прорезями. По обе стороны диска, на уровне прорезей, установлены с одной стороны фотодиод, а с другой светодиод, свет от последнего через прорези попадает на фотодиод. Благодаря этому при вращении диска с фотодиода снимаются импульсные сигналы, которые усиливаются и направляются в компьютер для регистрации.The deviation of the platform from a horizontal plane using a pulley system is transmitted to a rotating axis with a disk of an optical-mechanical manipulator. The disk is made of an opaque dielectric material with rectangular slots radially located along the Kara. On both sides of the disk, at the level of the slots, a photodiode is mounted on one side, and on the other side an LED, light from the latter through the slots enters the photodiode. Due to this, when the disk is rotated, pulse signals are removed from the photodiode, which are amplified and sent to the computer for registration.

Угол поворота диска оптико-механического манипулятора пропорционален величине вертикального смещения курсора на экране монитора компьютера. Специальная компьютерная программа позволяет отдельно фиксировать время нахождения платформы в горизонтальной плоскости (угол отклонения 0-1°), при смещении вниз левого края и при смещении вниз правого края (угол отклонения >1°).The angle of rotation of the disk of the optical-mechanical manipulator is proportional to the value of the vertical cursor offset on the computer monitor screen. A special computer program allows you to separately record the time the platform was in the horizontal plane (deviation angle 0-1 °), when shifting down the left edge and when shifting down the right edge (deviation angle> 1 °).

На фиг. 1 показан вид сбоку, а на фиг. 2 вид сверху стабилометрической платформы, содержащей корпус 1, подвижную плиту 2, жестко фиксированную болтами 7 к продольной металлической оси 3, установленной в подшипниках, расположенных в стенке корпуса. Наклон плиты влево и право ограничен за счет упоров с пружиной 4. На фиг. 3 представлен оптико-механический манипулятор 5, расположенный между стенкой корпуса и стойкой 8. Отклонение плиты от горизонтальной плоскости передается на колесико оптико-механического манипулятора 5 с помощью системы шкивов 6. Преобразование вращения подвижной плиты в импульсные (электрические) сигналы осуществляется с помощью закрепленного на оси валика диска 12 из непрозрачного материала с прорезями 13. На фиг. 4 показан диск 12 оптико-механического манипулятора. Напротив диска с одной стороны на микроштативе, укрепленном на стенке, размещен фотодиод 10, который через прорези диска освещается светодиодом 11, установленным на микроштативе на другой стороне. Благодаря этому при вращении диска с фотодиода снимается импульсный сигнал, который через USB разъем 9 передается на компьютер.In FIG. 1 is a side view, and FIG. 2 is a top view of a stabilometric platform comprising a housing 1, a movable plate 2, rigidly fixed with bolts 7 to a longitudinal metal axis 3 mounted in bearings located in the housing wall. The slope of the plate to the left and right is limited due to the stops with the spring 4. In FIG. Figure 3 shows the optical-mechanical manipulator 5 located between the wall of the housing and the rack 8. The deviation of the plate from the horizontal plane is transmitted to the wheel of the optical-mechanical manipulator 5 using a system of pulleys 6. The rotation of the movable plate into pulsed (electrical) signals is converted using fixed to the axis of the roller of the disk 12 of opaque material with slots 13. In FIG. 4 shows a disk 12 of an optical-mechanical manipulator. Opposite the disk, on one side, on a microstand mounted on the wall, there is a photodiode 10, which is illuminated through the slots of the disk with an LED 11 mounted on the microstand on the other side. Due to this, when the disk is rotated, a pulse signal is removed from the photodiode, which is transmitted to the computer via the USB connector 9.

Устройством работают следующим образом. Стабилометрическую платформу подключают к компьютеру и запускают компьютерную программу. После чего испытуемый встает на плиту стабилометрической платформы таким образом, чтобы подошвы ног находились по краям плиты, а ось вращения располагалась продольно между подошвами. Для удобства место нахождения испытуемого обозначают контуром.The device operates as follows. The stabilometric platform is connected to the computer and the computer program is launched. After that, the test subject stands on the plate of the stabilometric platform so that the soles of the feet are on the edges of the plate, and the axis of rotation is located longitudinally between the soles. For convenience, the location of the subject is indicated by a contour.

Испытуемому предоставляется некоторое время (до 30 с) для адаптации стояния, в течение которого он путем активных движений (покачиваний) пытается удержаться в горизонтальном положении, а также привыкает к величине смещения плиты влево или вправо, учитывая упругость пружин.The subject is given some time (up to 30 s) to adapt the standing, during which he, by active movements (swaying), tries to stay in a horizontal position, and also gets used to the amount of plate displacement to the left or right, taking into account the elasticity of the springs.

Далее начинают тестирование, в течение которого испытуемый старается удержать плиту в горизонтальном положении, ориентируясь как на свои ощущения сохранения баланса тела, так и на показания курсора на экране монитора. Эмпирически установлено, что для получения значимых результатов достаточно 3-5 мин нахождения испытуемого на платформе. Компьютерная программа позволяет определить время нахождения плиты динамической стабилометрической платформы в горизонтальной плоскости, а также время ее отклонения от уровня горизонта, при смещении вниз левого или правого края. Время нахождения испытуемого в каждой из трех положений (горизонтальном, смещении влево или вправо) компьютерная программа определяют с точностью до 0,1 с. По окончанию установленного времени отключают регистрацию, снимают показания с экрана монитора и заносят их в протокол. Оценку устойчивости осуществляют с помощью анализа временных промежутков при нахождении испытуемого в состоянии равновесия или «условного падения» вправо (влево).Next, testing begins, during which the subject tries to hold the plate in a horizontal position, focusing both on his feelings of maintaining body balance and on the cursor on the monitor screen. It is empirically established that for obtaining meaningful results, 3-5 minutes of the subject being on the platform is sufficient. The computer program allows you to determine the time spent by the plate of the dynamic stabilometric platform in the horizontal plane, as well as the time of its deviation from the horizon, when the left or right edge is shifted down. The time spent by the test subject in each of the three positions (horizontal, left or right), the computer program is determined with an accuracy of 0.1 s. At the end of the set time, they turn off registration, take readings from the monitor screen and enter them into the protocol. The stability assessment is carried out by analyzing the time intervals when the subject is in a state of equilibrium or “conditional fall” to the right (left).

Данным устройством в течение трех лет проведено более 430 исследований по оценке и тренировке статодинамической устойчивости у студентов образовательной организации высшего образования. Данное устройство позволяет определять индивидуальный уровень статодинамической устойчивости. Тестирование позволило дифференцировать практически здоровых испытуемых по группам с высоким, средним и низким уровнем функциональной готовности к поддержанию равновесия. Выявить влияние конституциональных особенностей на устойчивость, например, более легкие и низкорослые испытуемые лучше сохраняют баланс. Устройство позволило оценить функциональные системы, участвующие в обеспечении поддержания равновесия, в частности было установлено, что зрение практически в 2 раза увеличивает способность здорового человека сохранять вертикальную стойку. Оценен вклад сознательного контроля за позой (зрительная обратная связь), который увеличивает возможность сохранять устойчивость на 10-15%.Over three years, this device has conducted more than 430 studies on the assessment and training of statodynamic stability in students of an educational institution of higher education. This device allows you to determine the individual level of statodynamic stability. Testing allowed us to differentiate practically healthy subjects into groups with a high, medium, and low level of functional readiness to maintain equilibrium. To reveal the influence of constitutional features on stability, for example, lighter and stunted subjects better maintain balance. The device made it possible to evaluate the functional systems involved in maintaining equilibrium, in particular, it was found that vision almost doubles the ability of a healthy person to maintain an upright stance. The contribution of conscious postural control (visual feedback) was evaluated, which increases the ability to maintain stability by 10-15%.

В отличие от прототипа, в котором оценивается перемещение ОЦМ человека в положении стоя, данное устройство позволяет объективно оценивать способность человека удерживать баланс при значительной нагрузке на системы организма, обеспечивающие динамическую стабилизацию. Данное устройство дает возможность доклинического выявления отклонений в здоровье человека, связанных с системами поддержания равновесия. Можно использовать как тренажер для тренировки системы поддержания равновесия.In contrast to the prototype, which assesses the movement of a human OTC in a standing position, this device allows you to objectively evaluate a person’s ability to maintain balance with a significant load on the body’s systems that provide dynamic stabilization. This device enables preclinical detection of deviations in human health associated with balance systems. It can be used as a simulator for training the balance system.

Claims

A dynamic stabilometric platform containing a housing and a plate, characterized in that the plate is movable, rigidly fixed with bolts to the longitudinal metal axis, with bearings at the ends fixed in the housing, and the possibility of rotation on the axis in the frontal plane, and supported by fixing springs in a horizontal position moreover, the disk of the optical-mechanical manipulator is connected to the axis, to which the plate deflection is made, made of an opaque dielectric material and with a radially arranged Rectangular slots along the edge, and opposite to the disk slots on microstands mounted on racks, a photodiode is placed on one side and an LED on the other.