RU2019130C1

RU2019130C1 - Device for measuring dynamic force and static endurance of muscles of a person

Info

Publication number: RU2019130C1
Authority: RU
Inventors: С.Р. Тиллаев; Т.Э. Унгбаев; Т.А. Хасанов; М.П. Кодиров; А.М. Махматов; Ф.Р. Алимова
Original assignee: Тиллаев Сали Рузиевич
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: medical equipment. SUBSTANCE: device has support member in form of two plates connected by posts, detectors and indication devices, arms and fixing elements provided with lockers, mounted onto support member, vibration massager, which is suspended freely to the first plate, strength detectors mounted onto fixing members, support-rotatable units, which connect arms with posts. EFFECT: improved precision of measurement. 10 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для комплексного исследования особенностей биомеханики динамической силы и статической выносливости опорно-двигательного аппарата. The invention relates to medical equipment, and in particular to devices for a comprehensive study of the biomechanics of the dynamic strength and static endurance of the musculoskeletal system.

Известна методика комплексного исследования функционального состояния мышц нижних конечностей (см. Методические рекомендации. Минздрав УзССР. Киев. 1980, с.4-8), где описаны два вида аппаратов - общего назначения и для исследования ампутационных культей. Они содержат стойки с плитами, поручнями, кронштейнами, манжетами, а также пелоты, раздвижные посадочные кольца и динамометры (тензодинамометры). A well-known technique for a comprehensive study of the functional state of the muscles of the lower extremities (see. Methodological recommendations. Ministry of Health of the Uzbek SSR. Kiev. 1980, p. 4-8), where two types of devices are described - general purpose and for the study of amputation stumps. They contain racks with plates, handrails, brackets, cuffs, as well as pelots, sliding landing rings and dynamometers (strain gauges).

Общий недостаток устройств-аналогов:
ограничены возможности для исследования анатомических функций, по плоскостям всего опорно-двигательного аппарата, т.е. используется функция только нижней конечности человека, а также проведение исследований по фронтальной, сагиттальной, горизонтальной и вертикально-вращательной плоскостям;
кроме того, в клинических условиях возникает необходимость в исследовании динамической силы и статической выносливости больных в положении лежа, но существующие устройства не позволяют проводить эти исследования.The general disadvantage of analog devices:
limited opportunities for the study of anatomical functions along the planes of the entire musculoskeletal system, i.e. only the function of the lower extremity of a person is used, as well as research on the frontal, sagittal, horizontal and vertical-rotational planes;
in addition, in clinical conditions there is a need to study the dynamic strength and static endurance of patients in the supine position, but existing devices do not allow these studies.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения силовых факторов и статической выносливости мышц туловища (см. авт.св. СССР N 398842, кл. А 61 В 5/103, 1971). The closest in technical essence and the achieved result is a device for determining power factors and static endurance of the muscles of the trunk (see ed. St. USSR N 398842, class A 61 B 5/103, 1971).

Оно содержит опорные элементы, датчик для крепления манжетки. При этом опорные элементы выполнены в виде плиты со стойками, жестко соединенными посредством кольца и несущими подвижные кольцевую опору и кронштейны с седлом, боковыми и поясничным пелотами, а датчик в виде тензодинамометра установлен с возможностью перемещения между кольцевой опорой и манжеткой. It contains support elements, a sensor for attaching the cuff. In this case, the supporting elements are made in the form of a plate with racks rigidly connected by means of a ring and bearing movable ring support and brackets with a saddle, side and lumbar pellets, and a sensor in the form of a strain gauge is mounted with the possibility of movement between the ring support and the cuff.

Недостатки устройства-прототипа:
невозможность исследования динамической силы и статической выносливости мышц в целом всей опорно-двигательной системы туловища и конечностей человека за единицу времени и особенно в условиях, максимально приближенных к анатомо-физиологическим функциям организма, так как исследуемая часть тела перевязывается и перетягивается манжеткой;
невозможность исследования динамической силы и статической выносливости больных при необходимости в положении лежа;
ограничены возможности исследования силы мышц по всем плоскостям всего опорно-двигательного аппарата (туловища и конечностей человека) - во фронтальной, сагиттальной, горизонтальной, вертикальной и вращательных плоскостях;
манжетка создает неудобства, не точно фиксирует искаженность результатов и удлиняет время исследования;
невозможность взвешивания отдельных частей человеческого тела, что является необходимым при обследовании и диагностике больных с асимметрией части тела, ортопедическими дефектами и при сколиозе.The disadvantages of the prototype device:
the impossibility of studying the dynamic strength and static endurance of the muscles as a whole of the entire musculoskeletal system of the human trunk and limbs per unit of time and especially in conditions as close as possible to the anatomical and physiological functions of the body, since the studied part of the body is bandaged and pulled by the cuff;
the impossibility of studying the dynamic strength and static endurance of patients, if necessary, in a supine position;
the possibilities of studying muscle strength on all planes of the entire musculoskeletal system (trunk and limbs of a person) are limited - in the frontal, sagittal, horizontal, vertical and rotational planes;
the cuff creates inconvenience, does not accurately capture the distortion of the results and lengthens the study time;
the impossibility of weighing individual parts of the human body, which is necessary when examining and diagnosing patients with asymmetries of body parts, orthopedic defects, and scoliosis.

Цель изобретения - расширение диапазона и точности измерений динамической силы и статической выносливости мышц всего опорно-двигательного аппарата во всех плоскостях и увеличение возможности применения системы взвешивания больных ВМ-204. The purpose of the invention is the expansion of the range and accuracy of measurements of dynamic strength and static endurance of the muscles of the entire musculoskeletal system in all planes and increase the possibility of using the patient weighing system VM-204.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве предусмотрены опорные элементы в виде винтовых стоек-штанг, объединенных металлическими плитами (верхней и нижней). The essence of the invention lies in the fact that the device provides support elements in the form of screw pillars, rods, United metal plates (upper and lower).

Размер нижней плиты позволяет обследовать пациента и в положении лежа, на кроватке или на кушетке. The size of the bottom plate allows you to examine the patient in the supine position, on the bed or on the couch.

Стойки снабжены тремя основными передвижно-ходовыми элементами. Первый из них служит для опоры и перемещения по вертикали двух верхних элементов. Второй элемент жестко фиксирует на себя датчик, имеет возможность перемещаться практически во всех плоскостях, включая одновременное перемещение плеча по горизонтали вместе с датчиком. Кронштейн с датчиком совместно с опорно-поворотным узлом способны совершать движения в пронационно-супинационном направлении. Третий элемент - стопорно-зубчатый служит для опоры второго основного элемента, за счет которого другие элементы имеют возможность жесткой фиксации. Racks are equipped with three main mobile-running elements. The first of them serves to support and move vertically the two upper elements. The second element rigidly fixes the sensor on itself, has the ability to move in almost all planes, including simultaneously moving the shoulder horizontally with the sensor. The bracket with the sensor, together with the rotary support unit, is capable of performing movements in the pronation-supination direction. The third element, the locking gear, serves to support the second main element, due to which other elements have the possibility of rigid fixation.

Крепежно-вращательными элементами снабжены все четыре стойки с четырьмя датчиками системы взвешивания ВМ-204. При этом элементы, совершая передвижения по необходимым направлениям друг против друга, создают необходимые комбинации для исследования динамической силы любого сегмента в любых анатомо-физиологических позициях частей тела. Это достигается благодаря прямому контакту исследуемой части тела пациента с датчиком без всякого перевязывающего шнура и манжета. All four racks with four sensors of the VM-204 weighing system are equipped with fastening and rotating elements. At the same time, the elements, making movements in the necessary directions against each other, create the necessary combinations to study the dynamic strength of any segment in any anatomical and physiological positions of body parts. This is achieved due to direct contact of the studied part of the patient’s body with the sensor without any binding cord and cuff.

Сущность изобретения также заключается в том, что в комбинации с механическими устройствами, обеспечивающими пространственно-геометрическое расположение датчиков, в качестве измерителя силы и выносливости, как было сказано, применена система взвешивания больных ВМ-204 фирмы "Datex" (Финляндия), состоящая из четырех пьезодатчиков и электронного центрального блока. Для проведения динамографических исследований к электронному блоку посредством интерфейса присоединен самописец Н-338, этим достигнуто:
увеличение возможностей использования системы взвешивания с точностью от 30 до 200 кг в качестве динамометра и динамографа;
проведение записи величины динамической силы и статической выносливости;
использование при этом чувствительных и тарированных приборов.The invention also lies in the fact that, in combination with mechanical devices that provide a spatially geometric arrangement of sensors, as a measure of strength and endurance, as was said, a patient weighing system BM-204 from Datex (Finland), consisting of four piezosensors and electronic central unit. For conducting dynamographic studies, an H-338 recorder is connected to the electronic unit via an interface, this has achieved:
increasing the possibilities of using the weighing system with an accuracy of 30 to 200 kg as a dynamometer and dynamometer;
recording dynamic power and static endurance;
the use of sensitive and calibrated devices.

Сущность изобретения также заключается в возможности измерения биопотенциалов различных мышц и усилий, развиваемых мышцами при одновременном воздействии на них дозированной вибрации различной частоты и амплитуды. Дозированная вибрация, воздействующая на мышцы, в виде биопотенциалов, из мышц улавливается электромиографом, а развиваемое при этом усилие улавливается динамометром-динамографом. Эта ситуация необходима для проведения дозированной механотерапии в ЛФК с учетом силы и биопотенциалов мышц в реабилитационном периоде больных. The essence of the invention also lies in the possibility of measuring the biopotentials of various muscles and the efforts developed by the muscles with simultaneous exposure to them of measured vibration of various frequencies and amplitudes. The dosed vibration acting on the muscles, in the form of biopotentials, is captured from the muscles by an electromyograph, and the force developed by this is captured by a dynamometer-dynamometer. This situation is necessary for conducting dosed mechanotherapy in exercise therapy, taking into account the strength and biopotentials of muscles in the rehabilitation period of patients.

При ортопедических дефектах, асимметрии тела, а также при сколиозе при помощи устройства возможно взвешивание отдельных частей тела. Этот тест необходим для выявления равномерности распределения нагрузки по частям тела. With orthopedic defects, asymmetry of the body, as well as with scoliosis using the device, it is possible to weigh individual parts of the body. This test is necessary to identify the uniform distribution of the load across parts of the body.

Кинематический датчик-держатель с поворотом на 180^о по горизонтали с подбором высоты и позиции при обследовании больных.Kinematic gauge holder rotated through ¹⁸⁰ ° horizontally with the selection of the height and position for examination of patients.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - опорно-поворотный узел (механическая рука) с датчиком усилия на конце; на фиг.4 - применение заявленного устройства к измерению усилий мышц плечевого сустава при сколиозе; на фиг.5 - применение устройства для измерения усилий мышц спины и поясницы; на фиг.6 - применение устройства для измерения усилий мышц бедра, частично пресса; на фиг.7 - применение устройства для измерения усилий голеностопного сустава; на фиг.8 - блок-схема заявленного устройства; на фиг.9 - вариант выполнения опорно-поворотного узла; на фиг.10 - пример обследования пациента. Figure 1 shows a General view of the device, front view; figure 2 is the same side view; figure 3 - slewing-rotary node (mechanical arm) with a force sensor at the end; figure 4 - application of the claimed device to measure the efforts of the muscles of the shoulder joint with scoliosis; figure 5 - application of a device for measuring the efforts of the muscles of the back and lower back; figure 6 - the use of a device for measuring the efforts of the muscles of the thigh, partially press; Fig.7 - the use of a device for measuring the efforts of the ankle joint; on Fig is a block diagram of the claimed device; figure 9 is an embodiment of a slewing ring assembly; figure 10 is an example of a patient examination.

Устройство для определения динамической силы и статической выносливости мышц человека имеет следующую конструкцию. На четырех стойках-штангах 1 укреплены верхняя 2 и нижняя 3 плиты. При этом верхняя и нижняя плита стягиваются стойками в единую жесткую пространственную систему. К нижней плите снизу прикреплены ножки 4 из неметаллического материала, служащие одновременно электроизоляцией. На каждой штанге смонтированы с возможностью поворота, продольного перемещения и последующей фиксации узлы (опорно-поворотные) (на фиг.2 эти узлы изображены в проекционной связи с фиг.1). Узел 5 состоит из гладкой верхней втулки 6 и нижней резьбовой втулки-гайки, соединенных между собой зубчатой муфтой 8. К нижней втулке приварен кронштейн 9, к которому на фланцах 10 присоединен датчик 11 с возможностью поворота и фиксации болтом 12. Кроме этого, имеется фиксатор 13 телескопического соединения 14. Фиксатор 15 служит предохранением от поворота втулки 6 на штанге 1. Болт 15 своим концом упирается в продольную лыску 16. A device for determining the dynamic strength and static endurance of human muscles has the following design. On four racks-rods 1 reinforced upper 2 and lower 3 plates. At the same time, the upper and lower plates are pulled together by racks into a single rigid spatial system. Legs 4 of non-metallic material are attached to the bottom plate from below, which serve simultaneously as electrical insulation. On each rod mounted with the possibility of rotation, longitudinal movement and subsequent fixation of the nodes (support-rotary) (figure 2, these nodes are shown in projection connection with figure 1). The assembly 5 consists of a smooth upper sleeve 6 and a lower threaded sleeve-nut, interconnected by a gear coupling 8. A bracket 9 is welded to the lower sleeve, to which a sensor 11 is connected on the flanges 10 with the possibility of rotation and fixing with a bolt 12. In addition, there is a latch 13 of the telescopic connection 14. The latch 15 serves as a protection against rotation of the sleeve 6 on the rod 1. The bolt 15 rests against its longitudinal flange 16 with its end.

Вариант выполнения нижней втулки 7 показан на фиг.9. В этом случае втулка 7 выполняется гладкой, а удерживается она на штанге и перемещается с помощью добавочной гайки 17. Имеется также стул 18, подставка 19, датчик 11, усилитель с цифровой индикацией 20, самописец (или графопостроитель) 21 (см. фиг.8). An embodiment of the lower sleeve 7 is shown in Fig.9. In this case, the sleeve 7 is smooth, and it is held on the rod and is moved with the help of an additional nut 17. There is also a chair 18, a stand 19, a sensor 11, an amplifier with digital indication 20, a recorder (or plotter) 21 (see Fig. 8 )

Имеется возможность подвески к верхней плите 2 вибромассажера 22 для одновременного воздействия вибрации на мышцы в процессе измерения из биопотенциалов при статической и динамической нагрузках. There is the possibility of suspension to the top plate 2 of the vibro massager 22 for the simultaneous effect of vibration on the muscles during the measurement of biopotentials under static and dynamic loads.

Стойки-штанги 1 имеют высоту 200 см, металлическая нижняя плита весит 300 кг и имеет площадь 100х125 см, что позволяет обследовать пациента при необходимости и в положении лежа (на кушетке). Rod racks 1 have a height of 200 cm, the metal bottom plate weighs 300 kg and has an area of 100x125 cm, which allows you to examine the patient if necessary and in a prone position (on the couch).

В качестве датчика использована система взвешивания больных (прибор ВМ-204 фирмы "Datex" (Финляндия). Он предназначен для контролирования веса больного в диализе, интенсивной терапии и др. Прибор состоит из четырех датчиков, показывает силу давления от 30 до 200 кг (на электронном табло). The patient weighing system (BM-204 device of Datex company (Finland) was used as a sensor. It is designed to control the patient’s weight in dialysis, intensive care, etc. The device consists of four sensors, shows a pressure strength of 30 to 200 kg (on electronic scoreboard).

Для того, чтобы получить величины давления (силы) в виде записи при помощи интерфейса (согласователя) каналы давления усилителя электронного блока присоединяют к самописцам-регистраторам Н-338. При этом возможности блока существенно увеличиваются: во-первых, регистрируют истинную величину динамической силы (кг), снимаемую с электронно-цифрового табло прибора; во-вторых, имеется возможность регистрировать эту величину на ленте самописца в виде кривых, получая графические записи. In order to obtain pressure (force) values in the form of a recording using the interface (coordinator), the pressure channels of the amplifier of the electronic unit are connected to H-338 recorders. At the same time, the capabilities of the unit significantly increase: firstly, the true value of the dynamic force (kg) is recorded, taken from the electronic-digital display of the device; secondly, it is possible to register this value on the tape of the recorder in the form of curves, receiving graphic records.

Соединив все узлы устройства и датчики между собой в единую систему, удалось создать универсальный диагностический динамометр-динамограф. By connecting all the nodes of the device and sensors together into a single system, it was possible to create a universal diagnostic dynamometer-dynamometer.

Устройство используют следующим образом. Если необходимо обследовать поднятое плечо вверх при сколиозе, то (см. фиг.4) больному предлагают ровно и удобно сесть на вращающееся сидение или стул 18 (узел 5). Затем, подбирая позицию датчика, устанавливают его над поверхностью исследуемого плеча больного. После этого больному предлагается поднять плечо вертикально вверх, надавливая на датчик, сколько возможно. Одновременно, подключая электронно-цифровой блок и регистратор Н-338, снимают динамическое усилие (кг) и записывают эту величину на ленте регистратора. The device is used as follows. If it is necessary to examine the raised shoulder upwards in scoliosis, then (see Fig. 4) the patient is offered to sit smoothly and comfortably on a rotating seat or chair 18 (node 5). Then, choosing the position of the sensor, set it above the surface of the studied shoulder of the patient. After this, the patient is invited to raise his shoulder vertically upwards, pressing on the sensor as much as possible. At the same time, connecting the electronic-digital unit and the H-338 recorder, the dynamic force (kg) is removed and this value is recorded on the tape of the recorder.

Более углубленную информацию о проведении и состоянии соответствующей группы мышц получают, одновременно накладывая на мышцы спины ручной вибратор 22. При этом можно регулировать частоту вибрации от 1 до 50 Гц и амплитуду вибрации от 0,1 до 4 мм. При этом возможны и измерения биопотенциалов различных групп мышц. При измерении величины усилия мышц туловище при ротации позвоночника вокруг вертикальной оси пациента можно обследовать в положении стоя или сидя. Затем, подбирая высоту и плоскости, один датчик устанавливают на головку плечевой кости спереди, а другой - на том же уровне сзади другого плеча. После чего пациенту предлагают совершать вращательные движения вокруг вертикальной оси, одновременно упираясь на датчик. Записывают результаты исследования (см. фиг.5). More in-depth information about the conduct and condition of the corresponding muscle group is obtained by simultaneously applying a manual vibrator 22 to the back muscles. In this case, the vibration frequency can be adjusted from 1 to 50 Hz and the vibration amplitude from 0.1 to 4 mm. In this case, it is possible to measure the biopotentials of various muscle groups. When measuring the magnitude of the effort of the muscles of the body during rotation of the spine around the vertical axis of the patient can be examined in a standing or sitting position. Then, choosing the height and the plane, one sensor is installed on the head of the humerus in front, and the other at the same level behind the other shoulder. Then the patient is offered to make rotational movements around the vertical axis, while resting against the sensor. Record the results of the study (see figure 5).

При обследовании больного с диагнозом посттравматической разгибательной контрактуры коленного сустава для определения величины динамической силы и статической выносливости при сгибании в коленном суставе подбирают высоту и позицию датчиков, один из них устанавливается под пяточной костью, а второй - над коленной чашечкой. Затем, подключая электронно-цифровой блок и регистратор, больному предлагают совершить разгибание в коленном суставе. Усилие, создаваемое пяткой вниз, а коленной чашечкой вверх, синхронно улавливается блоком (кг) и регистрируется также во времени. Таким образом получают данные о величине статического усилие (фиг.6) в графическом изображении. When examining a patient with a diagnosis of post-traumatic extensor contracture of the knee joint, to determine the magnitude of the dynamic strength and static endurance during bending in the knee joint, the height and position of the sensors are selected, one of them is installed under the calcaneus, and the second above the kneecap. Then, by connecting an electronic-digital unit and a registrar, the patient is offered to perform extension in the knee joint. The force created by the heel down, and the patella up, is simultaneously captured by the unit (kg) and is also recorded in time. In this way, data is obtained on the magnitude of the static force (Fig. 6) in the graphic image.

При исследовании голеностопного сустава больного определяют усилия, создаваемые при тыльном сгибании, подбирая высоту и позиции, один датчик устанавливается на пятке пациента, а другой - на уровне тыльной стороны на уровне пальцев. Затем пациенту предлагают совершать тыльное сгибание в голеностопном суставе, одновременно упираясь на оба датчика в соответствующем направлении. С аппаратов снимают величины усилия (кг) синхронно с записью на регистраторе Н-338. When examining the patient's ankle joint, the efforts created by the back bending are determined by choosing the height and position, one sensor is installed on the patient’s heel, and the other - at the back side at the finger level. Then the patient is offered to perform back flexion in the ankle joint, while resting on both sensors in the corresponding direction. The value of force (kg) is removed from the devices synchronously with recording on the H-338 recorder.

На фиг.10 показано, каким образом можно проводить обследование пациента в положении лежа. В таком положении больные обследуются при повреждениях позвоночника, тазобедренного сустава, при нарушениях двигательных функций нижних конечностей. В положении лежа также могут быть обследованы пациенты в целях экспертизы труднодоступности, в спортивной медицине. Figure 10 shows how to examine a patient in a prone position. In this position, patients are examined for damage to the spine, hip joint, and impaired motor functions of the lower extremities. In the supine position, patients can also be examined for the examination of inaccessibility in sports medicine.

Обследование проводится следующим образом. Больного, с повреждением тазобедренного сустава, укладывают на кушетку 23 с мягким подголовником 22, расположенной в зоне действия устройства. Один из датчиков 11 подводится под коленную ямку, а другой - на уровне верхней трети бедра, таким образом создается рычаг при разгибании в тазобедренном суставе. Усилие, создаваемое при этом, улавливается системой измерения. The survey is carried out as follows. A patient with damage to the hip joint is placed on a couch 23 with a soft headrest 22 located in the area of the device. One of the sensors 11 is brought under the knee fossa, and the other is at the level of the upper third of the thigh, thus creating a lever during extension in the hip joint. The force created by this is captured by the measurement system.

Таким образом, расширены функциональные возможности устройства-прототипа. При этом обеспечена техника безопасности в процессе обследования пациентов. Thus, the functionality of the prototype device is expanded. At the same time, safety measures were provided during the examination of patients.

Claims

DEVICE FOR DETERMINING DYNAMIC STRENGTH AND STATIC ENDURANCE OF HUMAN MUSCLES, containing a supporting element in the form of two plates connected by racks, sensors with recording devices, as well as brackets and fastening elements with clamps mounted on the supporting element, characterized in that it contains a vibratory massager suspended from the first plate, force sensors mounted on the fasteners, slewing rings connecting brackets to racks and containing a smooth sleeve and a threaded sleeve connected a gear clutch, the second plate is equipped with four legs of electrical insulating material, while the sensors are connected through an amplification unit to a recording device.