RU2651900C1 - Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface - Google Patents
Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651900C1 RU2651900C1 RU2017104843A RU2017104843A RU2651900C1 RU 2651900 C1 RU2651900 C1 RU 2651900C1 RU 2017104843 A RU2017104843 A RU 2017104843A RU 2017104843 A RU2017104843 A RU 2017104843A RU 2651900 C1 RU2651900 C1 RU 2651900C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cranial
- rhythm
- rhythms
- area
- respiratory
- Prior art date
Links
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 title claims abstract description 97
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000001020 rhythmical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 4
- 210000003128 head Anatomy 0.000 claims description 28
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 claims description 5
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 abstract description 9
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 24
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 16
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 11
- 208000020084 Bone disease Diseases 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 210000000954 sacrococcygeal region Anatomy 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000007917 intracranial administration Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 2
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 2
- 210000001175 cerebrospinal fluid Anatomy 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000001951 dura mater Anatomy 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 210000000103 occipital bone Anatomy 0.000 description 2
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 2
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 2
- 206010054196 Affect lability Diseases 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 102000016942 Elastin Human genes 0.000 description 1
- 108010014258 Elastin Proteins 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 241000143290 Idaea belemiata Species 0.000 description 1
- 241000150100 Margo Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 206010049816 Muscle tightness Diseases 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 206010040880 Skin irritation Diseases 0.000 description 1
- -1 Vol. 14 Substances 0.000 description 1
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010171 animal model Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 230000036770 blood supply Effects 0.000 description 1
- 210000005013 brain tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000002490 cerebral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000002654 craniosacral therapy Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 229920002549 elastin Polymers 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010247 heart contraction Effects 0.000 description 1
- 230000013632 homeostatic process Effects 0.000 description 1
- 210000001621 ilium bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 210000002418 meninge Anatomy 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000004237 neck muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000002559 palpation Methods 0.000 description 1
- 230000001936 parietal effect Effects 0.000 description 1
- 230000007119 pathological manifestation Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 206010039722 scoliosis Diseases 0.000 description 1
- 208000018316 severe headache Diseases 0.000 description 1
- 230000036556 skin irritation Effects 0.000 description 1
- 231100000475 skin irritation Toxicity 0.000 description 1
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицинской инструментальной функциональной диагностики, в частности, к измерению параметров краниального и других биологических ритмов организма человека, сопровождающихся механическими перемещениями поверхности тела.The invention relates to the field of medical instrumental functional diagnostics, in particular, to measuring the parameters of the cranial and other biological rhythms of the human body, accompanied by mechanical movements of the body surface.
Многие процессы в организме человека происходят ритмично и сопровождаются механическими перемещениями поверхности тела. Это, в первую очередь, дыхание и сердечные сокращения, измерения количественных характеристик которых широко применяется в медицине для диагностики различных заболеваний и мониторинга состояния организма. Менее широко известный и исследуемый в основном в остеопатии краниальный ритм сопровождается механическими перемещениями поверхности головы.Many processes in the human body occur rhythmically and are accompanied by mechanical movements of the body surface. This is, first of all, breathing and heart contractions, the quantitative characteristics of which are widely used in medicine to diagnose various diseases and monitor the condition of the body. Less widely known and studied mainly in osteopathy, the cranial rhythm is accompanied by mechanical movements of the head surface.
Краниальная остеопатия появилась в 1898-1900 годах, благодаря работе доктора Уильяма Сатерлэнда (1873-1954). Сатерлэнд пришел к заключению, что кости черепа двигаются в местах соединительных швов, и любое нарушение этой способности может привести к различным патологическим проявлениям [Sutherland W.G. The cranial bowl. -Mankato, MN, 1939. (Reprinted by the Osteopathic Cranial Association, Meridian, IDJ 1948).]. Современными исследованиями доказано, что благодаря имеющимся в швах коллагеновым и эластиновым волокнам кости черепа могут двигаться, оставаясь при этом обособленными. Форма швов также приспособлена к возможным движениям костей черепа. Synchondrosis sphenooccipitalis, как хрящевое соединение, сохраняющее свою пластичность при возрастных и системных изменениях хрящевой ткани, также поддерживает эту подвижность [Чикуров Ю.В. Краниосакральная терапия. - М.: Триада-X, 2007. - 226 с]. К настоящему времени установлен факт наличия медленных колебательных процессов внутри черепа, которые объясняются циклическим изменением продукции и давления спинномозговой жидкости. Характеристики краниального ритма определяются физическим (объемы жидкостей) и химическим (насыщение кислородом) гомеостазом мозга [Медленные периодические колебания внутри черепа человека: феноменология, происхождение, информационная значимость / Москаленко Ю.Е., Фрайман В., Вайнштейн Г.Б. и др. // Физиология человека. - 2001. - Том 27, №2. - С. 1-9.]. Краниальный ритм состоит из двух фаз - «вдоха» и «выдоха». В стадии «вдоха» наблюдается уменьшение продольного размера (передне-заднего) черепа и увеличение его поперечного размера (увеличение поперечного диаметра). В стадии «выдоха» наблюдаются противоположные изменения.Cranial osteopathy appeared in the years 1898-1900, thanks to the work of Dr. William Sutherland (1873-1954). Sutherland concluded that the bones of the skull move at the sites of the connecting sutures, and any violation of this ability can lead to various pathological manifestations [Sutherland W.G. The cranial bowl. -Mankato, MN, 1939. (Reprinted by the Osteopathic Cranial Association, Meridian, IDJ 1948).]. Modern research has shown that, due to collagen and elastin fibers present in the joints, the bones of the skull can move while remaining separate. The shape of the seams is also adapted to the possible movements of the bones of the skull. Synchondrosis sphenooccipitalis, as a cartilage compound that retains its plasticity with age-related and systemic changes in cartilage, also supports this mobility [Chikurov Yu.V. Craniosacral therapy. - M .: Triad-X, 2007. - 226 s]. To date, the fact of the presence of slow oscillatory processes inside the skull, which is explained by a cyclical change in the production and pressure of the cerebrospinal fluid, has been established. Characteristics of the cranial rhythm are determined by physical (volume of liquids) and chemical (oxygen saturation) homeostasis of the brain [Slow periodic oscillations inside the human skull: phenomenology, origin, informational significance / Moskalenko Yu.E., Freiman V., Vainshtein GB et al. // Human Physiology. - 2001. - Volume 27, No. 2. - S. 1-9.]. The cranial rhythm consists of two phases - “inspiration” and “exhalation”. In the “inspiration” stage, there is a decrease in the longitudinal size (anteroposterior) of the skull and an increase in its transverse size (an increase in the transverse diameter). In the "exhalation" stage, opposite changes are observed.
Внутренние мембраны черепа (серп и твердая мозговая оболочка) создают биомеханическое единство костей черепа и крестца. Крестец подвижен между подвздошными костями и связан с костями черепа через прикрепленную к нему твердую мозговую оболочку, опускающуюся от черепа через спинномозговой канал. Мембраны окружают спинной мозг (дуральная манжетка), прикрепляются у основания черепа и в крестцовом канале. Поэтому натяжение в краниальной области передается в крестцовую и наоборот. Так образуется единая система натяжения мозговых оболочек, которая является важным компонентом кранио-сакральной механики. Поэтому в остеопатии исследуют не только краниальный, но и кранио-сакральный ритм, то есть ритмические движения костей черепа и крестца, связанные между собой.The inner membranes of the skull (sickle and dura mater) create a biomechanical unity of the bones of the skull and sacrum. The sacrum is movable between the iliac bones and is connected with the bones of the skull through the dura mater attached to it, descending from the skull through the spinal canal. Membranes surround the spinal cord (dural cuff), are attached at the base of the skull and in the sacral canal. Therefore, the tension in the cranial region is transmitted to the sacral region and vice versa. Thus, a single system of tension of the meninges is formed, which is an important component of cranio-sacral mechanics. Therefore, in osteopathy, not only the cranial, but also the cranio-sacral rhythm is examined, that is, the rhythmic movements of the bones of the skull and sacrum, interconnected.
Известен способ пальпаторного исследования краниального ритма [Sutherland W.G. The cranial bowl. - Mankato, MN, 1939. (Reprinted by the Osteopathic Cranial Association, Meridian, IDJ 1948).], при котором кисти врача располагаются на боковых поверхностях головы. При этом определяют частоту, амплитуду, силу и симметричность движений костей черепа. Для исследования кранио-сакрального ритма врач располагает свои руки таким образом, чтобы одна кисть располагалась на затылке, а другая - на крестце обследуемого. При этом определяют синхронность движений костей черепа и крестца. Основным недостатком этого способа является субъективность оценок врача. Фактически, определяются качественные, а не количественные характеристики краниального ритма. Амплитуда и сила колебаний костей черепа оцениваются в баллах от 1 до 3 (1 - слабая, 2 - средняя, 3 - сильная). Определение частоты ритма затрудняется сложной формой и малой скоростью движения костей.A known method of palpation examination of the cranial rhythm [Sutherland W.G. The cranial bowl. - Mankato, MN, 1939. (Reprinted by the Osteopathic Cranial Association, Meridian, IDJ 1948).], In which the doctor’s hands are located on the side surfaces of the head. In this case, the frequency, amplitude, strength and symmetry of the movements of the bones of the skull are determined. To study the cranio-sacral rhythm, the doctor positions his hands so that one hand is located on the back of the head, and the other on the sacrum of the subject. In this case, the synchronism of movements of the bones of the skull and sacrum is determined. The main disadvantage of this method is the subjectivity of the assessments of the doctor. In fact, qualitative, not quantitative, characteristics of the cranial rhythm are determined. The amplitude and strength of vibrations of the bones of the skull are estimated in points from 1 to 3 (1 - weak, 2 - medium, 3 - strong). The determination of the rhythm frequency is complicated by the complex shape and low speed of bone movement.
Развитие современных методов инструментальной диагностики позволило объективно зарегистрировать и измерить параметры краниального ритма. Наиболее ранними инструментальными методами измерения параметров краниального ритма являются контактные. V. Frymann, L. Rommeveaux и М. Tettambel при помощи сенсоров давления определили краниальный ритм независимо друг от друга в различных опытах. Измерения V. Frymann подтвердили, что размеры черепа человека (длина окружности) изменяются во время одного цикла на 1-3 мм [Frymann V.M. A study of the rhythmic motions of the living cranium // Journal of the American Osteopathic Association. - 1971. - Vol. 70. - P. 928-945.]. В исследованиях V. Frymann регистрировался краниальный ритм с частотой 6-12 циклов в минуту.The development of modern methods of instrumental diagnostics made it possible to objectively register and measure cranial rhythm parameters. The earliest instrumental methods for measuring cranial rhythm parameters are contact. V. Frymann, L. Rommeveaux, and M. Tettambel, using pressure sensors, determined the cranial rhythm independently of each other in various experiments. Measurements of V. Frymann confirmed that the size of the human skull (circumference) varies by 1-3 mm during one cycle [Frymann V.M. A study of the rhythmic motions of the living cranium // Journal of the American Osteopathic Association. - 1971. - Vol. 70. - P. 928-945.]. In the studies of V. Frymann, a cranial rhythm was recorded with a frequency of 6-12 cycles per minute.
Во многих работах одновременно с краниальным ритмом записывались пульс и дыхательная волна. Было установлено, что регистрируемый краниальный ритм существует независимо от пульсовых колебаний, дыхания и медленных колебаний артериального давления [Frymann V.M. A study of the rhythmic motions of the living cranium // Journal of the American Osteopathic Association.- 1971. - Vol. 70. - P. 928-945.], [MoskalenkoYu.E., Kravchenko T.I Wave Phenomena in Movements of Intracranial Liquid Media and the Primary Respiratory Mechanism // The AAO Journ. - 2004. - №14(2). - P. 29-40.].In many works, a pulse and a respiratory wave were recorded simultaneously with the cranial rhythm. It was found that the recorded cranial rhythm exists independently of pulse fluctuations, respiration and slow fluctuations in blood pressure [Frymann V.M. A study of the rhythmic motions of the living cranium // Journal of the American Osteopathic Association.- 1971. - Vol. 70. - P. 928-945.], [MoskalenkoYu.E., Kravchenko T.I. Wave Phenomena in Movements of Intracranial Liquid Media and the Primary Respiratory Mechanism // The AAO Journ. - 2004. - No. 14 (2). - P. 29-40.].
Более поздние исследования медленных периодических колебаний внутри черепа человека с помощью биоимпедансной методики в сопоставлении с одновременно регистрируемой транскраниальной допплерограммой (ТКДГ) показывают, что эти колебания костей имеют внутричерепное происхождение и связаны с изменениями объемного соотношения между жидкими средами в полости черепа - кровью и спинномозговой жидкостью. Формирование этих колебаний определяется деятельностью механизма регуляции кровоснабжения головного мозга и связано с потреблением кислорода тканью мозга [Медленные периодические колебания внутри черепа человека: феноменология, происхождение, информационная значимость / Москаленко Ю.Е., Фрайман В., Вайнштейн Г.Б. и др. // Физиология человека. - 2001. - Том 27. - №2. - С. 1-9.].Later studies of slow periodic oscillations inside the human skull using a bio-impedance technique in comparison with a simultaneously recorded transcranial dopplerogram (TCD) show that these bone oscillations are intracranial in origin and are associated with changes in the volume ratio between the fluid in the cranial cavity - blood and cerebrospinal fluid. The formation of these fluctuations is determined by the activity of the mechanism of regulation of blood supply to the brain and is associated with oxygen consumption by the brain tissue [Slow periodic fluctuations within the human skull: phenomenology, origin, informational significance / Moskalenko Yu.E., Freiman V., Vainshtein GB et al. // Human Physiology. - 2001. - Volume 27. - No. 2. - S. 1-9.].
На основе комплексного инструментального исследования методами реоэнцефалографии (РЭГ) и ТКДГ была разработана система мониторирования состояния гемоликвородинамики и биомеханических свойств черепа [Фундаментальные основы краниальной остеопатии / Москаленко Ю.Е., Кравченко Т.И., Фрайман В., Вайнштейн Г.Б. - С-Петербург, 2002. - 86 с.]. Для этого необходимо наложить на поверхность кожи головы обследуемого несколько электродов и ультразвуковых датчиков. Сложное программное обеспечение обрабатывает и сопоставляет данные двух методов исследования и выдает количественные параметры медленно-волновых колебаний, происходящих в полости черепа, по которым опосредованно можно судить о количественных характеристиках краниального ритма.Based on a comprehensive instrumental study using rheoencephalography (REG) and TCD methods, a system for monitoring the state of hemoliquorodynamics and biomechanical properties of the skull was developed [Fundamental fundamentals of cranial osteopathy / Moskalenko Yu.E., Kravchenko T.I., Freiman V., Weinstein GB - St. Petersburg, 2002. - 86 p.]. For this, it is necessary to apply several electrodes and ultrasonic sensors to the surface of the scalp of the subject. Sophisticated software processes and compares the data of two research methods and provides quantitative parameters of the slow-wave oscillations occurring in the cranial cavity, which can indirectly judge the quantitative characteristics of the cranial rhythm.
Также известен способ получения данных о состоянии краниальных тканей и устройство для его осуществления по патенту РФ №2396899, МПК А61В 5/022, опубл. 20.08.2010 г. На различные участки головы осуществляют давление с помощью специальной повязки и регистрируют изменения объема краниальных тканей с помощью объемно-метрических преобразователей.Also known is a method of obtaining data on the state of cranial tissues and a device for its implementation according to the patent of the Russian Federation No. 2396899, IPC AB 5/022, publ. 08/20/2010, Pressure is applied to various parts of the head using a special dressing and changes in the volume of cranial tissues are recorded using volumetric transducers.
Известен способ обнаружения и индикации смещений костей черепа [Zanakis, Michael F. Патент США 5630422, МПК А61В 5/09, 5/11 от 08.09.95. Изобретения стран мира. - Вып. 7. - 15/98. С. 44] с помощью диагностической установки, которая содержит отражательные элементы, устанавливаемые на определенные кости черепа и колеблющиеся в зависимости от колебаний этих костей. Установка имеет инфракрасный излучатель, направленный на череп. Во время опыта излучатель посылает инфракрасные лучи, которые отражаются от элементов, находящихся на черепе. Отраженный сигнал принимается и преобразуется в анализаторе изображений в информацию об относительном смещении вибрирующих элементов. Эта информация поступает в компьютер и используется для преобразования этих смещений отражательных элементов в диаграмму смещений костей черепа.A known method for detecting and indicating displacements of the bones of the skull [Zanakis, Michael F. US Patent 5630422, IPC AB 5/09, 5/11 from 09/08/95. Inventions of the countries of the world. - Vol. 7. - 15/98. P. 44] using a diagnostic installation that contains reflective elements mounted on certain bones of the skull and oscillating depending on the vibrations of these bones. The installation has an infrared emitter aimed at the skull. During the experiment, the emitter sends infrared rays, which are reflected from the elements located on the skull. The reflected signal is received and converted in the image analyzer into information about the relative displacement of the vibrating elements. This information is sent to a computer and used to convert these displacements of the reflective elements into a diagram of the displacements of the bones of the skull.
Также известен способ оценки кранио-сакрального ритма у детей для диагностики сколиоза по патенту РФ №2219830, МПК А61В 5/04, опубл. 27.12.2003 г. Во время регистрации кранио-сакральных ритмов пациент укладывается на живот на кушетку со слегка наклоненным головным концом, руки опущены вдоль туловища. Под голову укладывают валик таким образом, чтобы положение исследуемого было удобным, а мускулатура шеи была бы полностью расслаблена. В то же время голова пациента должна быть в таком положении, чтобы подбородок был слегка опущен и имелся свободный доступ для наложения датчика на затылочную область. Первый тензодатчик устанавливается на площадку, расположенную между верхним наружным отделом чешуи затылочной кости (лямбдовидным краем - margo lambdoideus) и срединным отделом наружной чешуи затылочной кости в области наибольшей выпуклости, которой соответствует наружный затылочный выступ (protuberantia occipitalis extema). Датчик фиксируется резиновой лентой. Второй тензодатчик устанавливается на задней поверхности крестцовой кости в области срединного крестцового гребня (crista sacralis mediana) на уровне проекции остистого отростка первого крестцового позвонка. Фиксируется при помощи резиновой ленты или ремня. Во время регистрации кранио-сакральных ритмов пациент не должен задерживать дыхание, так как это обычно сопровождается напряжением мышц, что может помешать регистрации нормальной кривой. Дыхание исследуемого синхронизировано с ударами метронома и составляет 20 в минуту.Also known is a method for assessing cranio-sacral rhythm in children for the diagnosis of scoliosis according to the patent of the Russian Federation No. 2219830, IPC AB 5/04, publ. December 27, 2003. During registration of cranio-sacral rhythms, the patient is laid on his stomach on a couch with a slightly tipped head end, his hands are lowered along the trunk. A roller is placed under the head so that the position of the subject is comfortable, and the muscles of the neck are completely relaxed. At the same time, the patient's head should be in such a position that the chin is slightly lowered and there is free access for applying the sensor to the occipital region. The first strain gauge is installed on a platform located between the upper outer part of the occipital bone scale (lambdoid margin - margo lambdoideus) and the middle part of the external occipital bone scale in the region of greatest convexity, which corresponds to the outer occipital protrusion (protuberantia occipitalis extema). The sensor is fixed with a rubber band. The second strain gauge is installed on the posterior surface of the sacral bone in the region of the median sacral ridge (crista sacralis mediana) at the level of the projection of the spinous process of the first sacral vertebra. It is fixed with a rubber tape or belt. During registration of cranio-sacral rhythms, the patient should not hold his breath, as this is usually accompanied by muscle tension, which may interfere with the registration of a normal curve. The breath of the subject is synchronized with the beats of the metronome and is 20 per minute.
Следует отметить, что сигнал метронома для задания ритма дыхания не согласуется с 
Главным недостатком всех контактных методов измерения биологоческих ритмов является влияние датчиков на характеристики исследуемого объекта, что часто приводит к искажению количественных характеристик диагностических признаков. Кроме того, появляется целый ряд ограничений применения контактных методов: крепление датчиков к коже, особенно к волосистой части головы, состояние кожных покровов, локальное раздражение кожи, психоэмоциональный дискомфорт, наличие мешающих проводов.The main drawback of all contact methods for measuring biological rhythms is the influence of sensors on the characteristics of the studied object, which often leads to a distortion of the quantitative characteristics of diagnostic signs. In addition, there are a number of restrictions on the use of contact methods: attachment of sensors to the skin, especially to the scalp, condition of the skin, local skin irritation, psycho-emotional discomfort, the presence of interfering wires.
В связи с этим получили развитие бесконтактные методы инструментальной регистрации и измерения биологических ритмов. К их числу, например, относятся 4D рентгеновская и магнитно-резонансная томографии. С помощью 4D рентгеновской томографии удалось измерить параметры краниального ритма [K. Lewer Allen, Е.А. Bunt. Disfunctioning of the fluid Mechanical Cranio Spinal Systems as Revealed by Stress/Strain Diagrams // Proceeding of 12 Int. Conf. on Bioengineering and Biophysics. Jerusalem, 1979], [Pyilih E. Greonman. Roentgen Finding in the Cranio Sacral Mechanism // Journal of the American Osteopathic Association, 70(1), P. 1-12, September 1970]. С помощью фазово-контрастной 4D магнитно-резонансной томографии [Alperin N., Mazda М., Lichtor Т., Lee S. From cerebral fluid pulsation to noninvasive intracranial compliance and pressures measured by MRI flow studies. - Current Medical Imaging Reviews. 2: P. 117-129. 2006], [Ambarki K., Baledent O., Kongolo G., Bouzerar R., Fall S., Meyer M. - E. A new lumped-parameters model of cerebrospinal hydrodynamics during the cardial cycle in healthty volunteers // IEEE Transactions on Bioengineering. 54(3): P. 483-491. 2007] так же были получены подтверждающие данные о наличии краниальной ритмической активности. Однако, являясь бесконтактными, эти методы не являются неинвазивными, т.к. рентгеновское излучение и постоянное магнитное поле проникают внутрь тела человека, на чем, собственно, и основаны эти методы. Так, при проведении одного цикла 4D рентгеновской томографии обследуемый получает половину предельно допустимой годовой дозы ионизирующего излучения [2.6.1. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований. Санитарные правила и нормативы. СанПиН 2.6.1.802-99], а при проведении одного цикла 4D магнитно-резонансной томографии воздействие постоянного магнитного поля на организм обследуемого превышает предельно допустимый уровень в 50 раз [2.2.4. Физические факторы производственной среды. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.1191-03. "Электромагнитные поля в производственных условиях"]. Кроме того, эти методы в принципе не подходят для целей мониторинга количественных параметров краниального ритма в клинической практике.In this regard, non-contact methods of instrumental recording and measurement of biological rhythms have been developed. These include, for example, 4D X-ray and magnetic resonance imaging. Using 4D X-ray tomography, the cranial rhythm parameters were measured [K. Lewer Allen, E.A. Bunt. Disfunctioning of the fluid Mechanical Cranio Spinal Systems as Revealed by Stress / Strain Diagrams // Proceeding of 12 Int. Conf. on Bioengineering and Biophysics. Jerusalem, 1979], [Pyilih E. Greonman. Roentgen Finding in the Cranio Sacral Mechanism // Journal of the American Osteopathic Association, 70 (1), P. 1-12, September 1970]. Using phase contrast 4D magnetic resonance imaging [Alperin N., Mazda M., Lichtor T., Lee S. From cerebral fluid pulsation to noninvasive intracranial compliance and pressures measured by MRI flow studies. - Current Medical Imaging Reviews. 2: P. 117-129. 2006], [Ambarki K., Baledent O., Kongolo G., Bouzerar R., Fall S., Meyer M. - E. A new lumped-parameters model of cerebrospinal hydrodynamics during the cardial cycle in healthty volunteers // IEEE Transactions on Bioengineering. 54 (3): P. 483-491. 2007] also confirming data on the presence of cranial rhythmic activity were obtained. However, being non-contact, these methods are not non-invasive, because X-rays and a constant magnetic field penetrate into the human body, on which, in fact, these methods are based. So, during one cycle of 4D X-ray tomography, the subject receives half the maximum permissible annual dose of ionizing radiation [2.6.1. Ionizing radiation, radiation safety. Hygienic requirements for the design and operation of X-ray rooms, apparatuses and X-ray studies. Sanitary rules and regulations. SanPiN 2.6.1.802-99], and when conducting one 4D cycle of magnetic resonance imaging, the effect of a constant magnetic field on the body of the subject exceeds the maximum permissible level by 50 times [2.2.4. Physical factors of the work environment. Sanitary and epidemiological rules and regulations SanPiN 2.2.4.1191-03. "Electromagnetic fields in a production environment"]. In addition, these methods are in principle not suitable for monitoring quantitative parameters of the cranial rhythm in clinical practice.
К наиболее перспективным методам бесконтактных измерений биологических ритмов относится микроволновое зондирование [A. Tataraidze, L. Anishchenko, М. Alekhin, L. Korostovtseva, Y. Sviryaev, Estimation of respiratory rhythm during night sleep using a bio-radar// Proc. of SPIE Symposium on Defense and Security, Radar Sensor Technology XVIII Conference, Vol. 9077, P. 90770Z-1…6., May 2014.], [C. Li, J. Cummings, J. Lam, E. Graves, W. Wu. Radar remote monitoring of vital signs// IEEE Microwave Magazine, P. 47-56, February 2009.], [D. Lie, R. Ichapuraru, S. Jain, J. Lopez, R. Banister, T. Nguyen, J. Griswold. A 2.4 GHz non-contact biosensor system for continuous monitoring of vital-signs. Telemedicine techniques and applications, P. 211-238, InTech, available from: http://www.intechopen.com/books/telemedicine-techniques-and-applications/a-2-4ghz-non-contact-biosensor-system-for-continuous-monitoring-of-vital-signs.], [T.-Y. J. Kao, A. Y.-K. Chen, T. - M. Shen, Y. Yan, J. Lin. A Flip-Chip-Packaged and Fully Integrated 60 GHz CMOS Micro-Radar Sensor for Heartbeat and Mechanical Vibration Detections. IEEE RFIC Symposium Digest of Papers, June 2012.], [J.C. Lin. Noninvasive Microwave Measurement of Respiration // Proceedings of the IEEE, vol. 63, №10. P. 1530, Oct. 1975.], [Wireless Bluetooth ECG and activity recorder. Alive Technologies, http://www.alivetec.com/alive-bluetooth-heart-activity-monitor/]. [R. Fletcher, S. Kulkarni. Clip-on wireless wearable microwave sensor for ambulatory cardiac monitoring // 32nd Annual International Conference of the IEEE EMBS. P. 365-369, August 2010.], [M. Alekhin, L. Anishchenko, A. Zhuravlev, S. Ivashov, L. Korostovtseva, Y. Sviryaev. Evaluation of sleep disordered breathing using non-contact remote bio-radiolocation method // Sleep Medicine, Vol. 14, Supplement 1, P. e58, December, 2013.], [L. Anishchenko, M. Alekhin, A. Tataraidze, S. Ivashov, F. Soldovieri, A. Bugaev. Application of step-frequency radars in medicine // Proc. of SPIE Symposium on Defense and Security, Radar Sensor Technology XVIII Conference. Vol. 9077. P. 90771N-1…N-7, May, 2014.]. В этих публикациях приведены описания микроволновых датчиков линейного перемещения различной структуры, работающих в различных частотных диапазонах от 2,4 ГГц до 60 ГГц, применяемых для измерения параметров сердечного и дыхательного ритмов. Однако погрешность измерения перемещения, реализованная во всех этих микроволновых датчиках, составляет не менее 0,1 мм, что вполне достаточно для измерения параметров дыхания и сердцебиения, но абсолютно недостаточно для регистрации краниального и кранио-сакрального ритмов.The most promising methods of non-contact measurements of biological rhythms include microwave sensing [A. Tataraidze, L. Anishchenko, M. Alekhin, L. Korostovtseva, Y. Sviryaev, Estimation of respiratory rhythm during night sleep using a bio-radar // Proc. of SPIE Symposium on Defense and Security, Radar Sensor Technology XVIII Conference, Vol. 9077, P. 90770Z-1 ... 6., May 2014.], [C. Li, J. Cummings, J. Lam, E. Graves, W. Wu. Radar remote monitoring of vital signs // IEEE Microwave Magazine, P. 47-56, February 2009.], [D. Lie, R. Ichapuraru, S. Jain, J. Lopez, R. Banister, T. Nguyen, J. Griswold. A 2.4 GHz non-contact biosensor system for continuous monitoring of vital-signs. Telemedicine techniques and applications, P. 211-238, InTech, available from: http://www.intechopen.com/books/telemedicine-techniques-and-applications/a-2-4ghz-non-contact-biosensor-system- for-continuous-monitoring-of-vital-signs.], [T.-YJ Kao, AY-K. Chen, T. - M. Shen, Y. Yan, J. Lin. A Flip-Chip-Packaged and Fully Integrated 60 GHz CMOS Micro-Radar Sensor for Heartbeat and Mechanical Vibration Detections. IEEE RFIC Symposium Digest of Papers, June 2012.], [JC Lin. Noninvasive Microwave Measurement of Respiration // Proceedings of the IEEE, vol. 63, No. 10. P. 1530, Oct. 1975.], [Wireless Bluetooth ECG and activity recorder. Alive Technologies, http://www.alivetec.com/alive-bluetooth-heart-activity-monitor/]. [R. Fletcher, S. Kulkarni. Clip-on wireless wearable microwave sensor for ambulatory cardiac monitoring // 32 nd Annual International Conference of the IEEE EMBS. P. 365-369, August 2010.], [M. Alekhin, L. Anishchenko, A. Zhuravlev, S. Ivashov, L. Korostovtseva, Y. Sviryaev. Evaluation of sleep disordered breathing using non-contact remote bio-radiolocation method // Sleep Medicine, Vol. 14,
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ бесконтактного измерения биологических ритмов, описанный в [С.С. Чуркин, В.А. Канаков, С.В. Копылова, А.А. Миронов, Л.Н. Анищенко, Д.А. Балакин. Перспективы использования биорадаров миллиметрового диапазона // Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. №7. С. 64-72], в котором реализована наименьшая погрешность микроволнового датчика. Принцип работы биорадара заключается в следующем: передающая антенна испускает радиоволну с частотой 100 ГГц (длина волны 3 мм) в направлении грудной клетки или спины человека. Малые движения поверхности тела, обусловленные дыханием и сердцебиением, при этом регистрируются в режиме реального времени (механограмма), в виде осцилляций фазы радиоволны на приемной антенне. Мощность микроволнового излучения удовлетворяет требованиям СанПиН [2.1.8. Физические факторы окружающей среды. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ). Санитарные правила и нормы. СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96.]. Реализована точность измерения перемещения около 0,02 мм. В работе представлены результаты испытаний биорадара 3 мм диапазона на человеке и мелких лабораторных животных (крыса и кролик). Приведены методики получения механограмм - перемещений поверхности тела, а также различные алгоритмы выделения дыхательного и сердечного ритмов. Экспериментальные измерения верифицированы с помощью портативного электрокардиографа. Показано, что точность регистрации ритмограммы сердцебиения спокойно сидящего на стуле человека находится в диапазоне 93…98% в зависимости от направления и области зондирования тела.Closest to the claimed technical essence and the achieved result is a method of non-contact measurement of biological rhythms, described in [S.S. Churkin, V.A. Kanakov, S.V. Kopylova, A.A. Mironov, L.N. Anishchenko, D.A. Balakin. Prospects for the use of millimeter-wave bioradars // Biomedical Radioelectronics. 2016. No7. P. 64-72], which implements the smallest error of the microwave sensor. The principle of operation of a bioradar is as follows: a transmitting antenna emits a radio wave with a frequency of 100 GHz (wavelength 3 mm) in the direction of the chest or back of a person. Small movements of the body surface due to breathing and heartbeat are recorded in real time (mechanogram), in the form of oscillations of the phase of the radio wave at the receiving antenna. The power of microwave radiation meets the requirements of SanPiN [2.1.8. Physical environmental factors. Electromagnetic radiation of the radio frequency range (EMP RF). Sanitary rules and regulations. SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96.]. The accuracy of measuring displacement of about 0.02 mm is implemented. The paper presents the test results of a 3 mm range bioradar in humans and small laboratory animals (rat and rabbit). The methods of obtaining mechanograms - movements of the body surface, as well as various algorithms for the allocation of respiratory and cardiac rhythms are given. The experimental measurements were verified using a portable electrocardiograph. It was shown that the accuracy of recording the rhythmogram of the heartbeat of a person sitting calmly on a chair is in the range of 93 ... 98% depending on the direction and area of sounding of the body.
Недостатком прототипа является отсутствие регистрации и измерения параметров краниального ритма.The disadvantage of the prototype is the lack of registration and measurement of cranial rhythm parameters.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - создание бесконтактного неинвазивного способа регистрации и измерения параметров краниального ритма.The technical problem solved by the invention is the creation of a non-invasive non-invasive method for recording and measuring cranial rhythm parameters.
Технический результат от использования заявляемого изобретения состоит в одновременной бесконтактной неинвазивной регистрации и измерении параметров трех биологических ритмов - краниального, сердечного и дыхательного.The technical result from the use of the claimed invention consists in the simultaneous non-contact non-invasive registration and measurement of the parameters of three biological rhythms - cranial, cardiac and respiratory.
Указанный результат достигается тем, что в способе бесконтактного измерения биологических ритмов, сопровождающихся механическими перемещениями поверхности тела человека, заключающемся в том, что обследуемому человеку в расслабленном состоянии придают статическую позу, на исследуемую область поверхности тела направляют микроволновое излучение от неподвижного источника перпендикулярно плоскости, касательной к исследуемой области поверхности тела, принимают отраженное от исследуемой области микроволновое излучение, сравнивают параметры излученного и принятого сигналов, несущие информацию о перемещении исследуемой области, регистрируют механограмму исследуемой области поверхности тела в виде цифрового файла данных, и методом цифровой фильтрации сигналов производят разделение биологических ритмов, сопровождающихся механическими перемещениями исследуемой области поверхности тела с различными характерными частотами, микроволновое излучение направляют на исследуемую область головы человека, а зарегистрированную механограмму разделяют на сердечный, дыхательный и краниальный ритмы, при этом при совпадении характерных частот краниального и дыхательного ритмов, для их разделения обследуемому человеку подают ритмические сигналы, воздействующие на один из органов чувств, таких как зрение, слух, осязание, с заведомо большей частотой, чем частота краниального ритма обследуемого, в соответствии с которыми обследуемый человек синхронизирует дыхательный ритм.This result is achieved by the fact that in the method of non-contact measurement of biological rhythms, accompanied by mechanical movements of the surface of the human body, which consists in the fact that the examined person is given a static pose in a relaxed state, microwave radiation from a fixed source is directed to the examined surface of the body perpendicular to the plane tangent to the studied area of the body surface, receive reflected microwave radiation from the studied area, compare the steam the meters of the emitted and received signals, carrying information about the movement of the studied area, record the mechanogram of the studied area of the body surface in the form of a digital data file, and the method of digital filtering of signals makes the separation of biological rhythms, accompanied by mechanical movements of the studied area of the body surface with different characteristic frequencies, microwave radiation is sent on the studied area of the human head, and the registered mechanogram is divided into the cardiac, respiratory and cranial rhythms, while the characteristic frequencies of the cranial and respiratory rhythms coincide, rhythmic signals are applied to the subject to separate them, affecting one of the senses, such as vision, hearing, and touch, with a known higher frequency than the frequency of the cranial rhythm of the subject , according to which the person being examined synchronizes the respiratory rhythm.
Ритмические сигналы, воздействующие на зрение и слух, создают, например, мультимедийным оборудованием.Rhythmic signals affecting vision and hearing are created, for example, by multimedia equipment.
Ритмические сигналы, воздействующие на осязание, создают, например, путем изменения объема резервуара с упругой оболочкой, который обследуемый держит в руке.Rhythmic signals affecting touch, create, for example, by changing the volume of the reservoir with an elastic shell, which the subject holds in his hand.
Механические перемещения исследуемой области поверхности головы измеряют, например, активным интерферометром СВЧ или КВЧ диапазона длин электромагнитных волн с погрешностью измерения перемещения не хуже нескольких единиц микрометров, в том числе и сквозь волосяной покров головы.Mechanical displacements of the studied area of the head surface are measured, for example, with an active microwave or EHF interferometer of the electromagnetic wavelength range with an error in measuring displacement not worse than a few micrometers, including through the scalp.
Статическую позу человеку в расслабленном состоянии придают, например, на эргономичном кресле или столе, имеющем выполненные из прозрачного для зондирующего излучения материала окна или отверстия для зондирования.A person in a relaxed state is given a static pose, for example, on an ergonomic chair or table having windows or openings for sounding made of transparent material for probing radiation.
Микроволновое излучение направляют на исследуемую область головы человека, например, через пластину или мембрану из эффективно отражающего электромагнитные волны материала, находящуюся в непосредственном механическом контакте с исследуемой областью головы.Microwave radiation is directed to the studied region of the human head, for example, through a plate or membrane made of material that effectively reflects electromagnetic waves and is in direct mechanical contact with the studied region of the head.
Микроволновое излучение направляют на симметричные области исследуемой поверхности головы человека с последующей регистрацией механограмм, выделением краниального ритма и сравнением его количественных характеристик, полученных с симметричных областей.Microwave radiation is directed to the symmetrical regions of the studied surface of the human head, followed by registration of mechanograms, isolation of the cranial rhythm and comparison of its quantitative characteristics obtained from symmetrical regions.
Для измерения параметров кранио-сакрального ритма вторую исследуемую область поверхности тела человека выбирают в районе крестцового отдела позвоночника.To measure the cranio-sacral rhythm parameters, the second studied area of the human body surface is selected in the region of the sacral spine.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими фигурами. На фиг. 1 изображено взаимное расположение головы обследуемого и источника микроволнового излучения; на фиг. 2 - фрагмент зарегистрированной механограммы (верхняя кривая) и результат цифровой обработки в виде спектра механограммы (нижняя кривая); на фиг. 3 - придание статической позы человеку в расслабленном состоянии производят на эргономичном столе с окном для зондирования.The invention is illustrated by the following figures. In FIG. 1 shows the relative position of the head of the subject and the source of microwave radiation; in FIG. 2 - a fragment of a registered mechanogram (upper curve) and the result of digital processing in the form of a spectrum of a mechanogram (lower curve); in FIG. 3 - giving a static pose to a person in a relaxed state is performed on an ergonomic table with a sounding window.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Обследуемому человеку придают удобную статическую позу лежа или полулежа на спине и просят его максимально расслабиться, что обеспечивает комфортные и наиболее физиологичные условия для обследуемого. После чего на исследуемую область поверхности его головы (затылок или темя по средней линии) направляют микроволновое излучение от неподвижного источника перпендикулярно плоскости, касательной к исследуемой области поверхности головы (фиг. 1), принимают отраженное от исследуемой области микроволновое излучение, сравнивают параметры излученного и принятого сигналов, несущие информацию о перемещении исследуемой области, регистрируют механограмму исследуемой области поверхности головы в виде цифрового файла данных. Длительность записи механограммы должна быть не менее 1 минуты. Устройством, с помощью которого создается и принимается микроволновое излучение, сравниваются параметры излученного и принятого сигналов, несущие информацию о перемещении, и регистрируется механограмма, является микроволновый бесконтактный измеритель перемещений. Бесконтактный способ измерения обеспечивает минимизацию посторонних влияний на биологические ритмы. Затем с помощью методов цифровой фильтрации сигналов, например, путем вычисления спектра механограммы с помощью дискретного преобразования Фурье, разделяют биологические ритмы с различными характерными частотами, сопровождающиеся механическими перемещениями исследуемой области поверхности головы, на сердечный, дыхательный и краниальный, получают количественные оценки частоты и амплитуды этих ритмов, а также, выполняя обратное преобразование Фурье в частотном диапазоне, соответствующем краниальному ритму, получают форму краниального ритма. Фрагмент зарегистрированной механограммы (верхняя кривая) и результат цифровой обработки в виде спектра механограммы (нижняя кривая) показаны на фигуре 2. По графику верхней кривой видно, что для регистрации краниального ритма предлагаемым способом измерение механограммы должно проводиться с погрешностью не более 0,02 мм (цена большого деления вертикальной оси графика). В представленном на фиг. 2 примере механограмма измерена со среднеквадратичным отклонением не более 0,007 мм (ширина шумовой дорожки на графике).The examined person is given a comfortable static pose lying or reclining on his back and is asked to relax as much as possible, which provides comfortable and most physiological conditions for the examinee. After that, microwave radiation from a fixed source perpendicular to the plane tangent to the studied area of the head surface (Fig. 1) is directed to the studied area of the surface of his head (the back of the head or crown along the midline), the microwave radiation reflected from the studied area is received, and the parameters of the emitted and received signals carrying information about the movement of the investigated area, register the mechanogram of the studied area of the head surface in the form of a digital data file. The duration of the recording of the mechanogram should be at least 1 minute. The device with which microwave radiation is created and received, the parameters of the emitted and received signals that carry information about the movement are compared, and the mechanogram is recorded, is a microwave non-contact displacement meter. The non-contact measurement method minimizes extraneous influences on biological rhythms. Then, using digital filtering methods of signals, for example, by calculating the spectrum of a mechanogram using a discrete Fourier transform, biological rhythms with different characteristic frequencies, accompanied by mechanical movements of the studied area of the head surface, are divided into cardiac, respiratory and cranial, and quantitative estimates of the frequency and amplitude of these rhythms, and also, performing the inverse Fourier transform in the frequency range corresponding to the cranial rhythm, they obtain the form of cranial of rhythm. A fragment of the recorded mechanogram (upper curve) and the result of digital processing in the form of a spectrum of the mechanogram (lower curve) are shown in figure 2. According to the graph of the upper curve, it is clear that in order to register the cranial rhythm of the proposed method, the measurement of the mechanogram should be carried out with an error of not more than 0.02 mm ( the price of a large division of the vertical axis of the graph). In the embodiment of FIG. In the example 2, the mechanogram was measured with a standard deviation of not more than 0.007 mm (the width of the noise track on the graph).
Для реализации максимально достижимой на современном техническом уровне точности измерения перемещения обследуемой области поверхности головы в качестве микроволнового бесконтактного измерителя перемещений используют активный интерферометр СВЧ или КВЧ диапазона электромагнитных волн, обеспечивающий абсолютную погрешность измерения перемещения не хуже нескольких единиц микрометров, в том числе и сквозь волосяной покров головы.To realize the maximum achievable accuracy at the modern technical level of measuring the displacement of the examined area of the head surface, a microwave or EHF electromagnetic interferometer is used as a non-contact microwave displacement meter, which provides an absolute measurement error of displacement not worse than several units of micrometers, including through the scalp .
При совпадении характерных частот краниального и дыхательного ритмов для их разделения человека просят синхронизировать свое дыхание с ритмическими сигналами, создаваемыми одним из специально предназначенных для этого устройств, воздействующих на один из органов чувств (зрение, слух, осязание) с заведомо большей частотой, чем частота краниального ритма обследуемого. Настройка частоты синхронизирующего сигнала производится оператором с учетом полученной предварительной оценки частоты краниального ритма. Таким образом обеспечивается однозначность разделения краниального и дыхательного ритмов.When the characteristic frequencies of the cranial and respiratory rhythms coincide, to separate them, a person is asked to synchronize their breathing with rhythmic signals created by one of the devices specially designed for this, affecting one of the senses (vision, hearing, touch) with a known higher frequency than the frequency of the cranial the rhythm of the subject. The frequency of the synchronizing signal is adjusted by the operator taking into account the obtained preliminary estimate of the cranial rhythm frequency. This ensures the unambiguous separation of the cranial and respiratory rhythms.
Для обеспечения доступа к обследуемой области в случае необходимости придание статической позы человеку в расслабленном состоянии производят на эргономичном кресле или столе, имеющем выполненные из прозрачного для зондирующего излучения материала окна или отверстия для зондирования, таким образом, чтобы эти окна или отверстия совпадали с обследуемыми областями, как показано на фиг. 3.To provide access to the examined area, if necessary, giving a person a static pose in a relaxed state is carried out on an ergonomic chair or table having windows or openings for sounding made of a material that is transparent for probing radiation, so that these windows or openings coincide with the examined areas, as shown in FIG. 3.
Для усиления отраженного сигнала от исследуемой области, в отверстии для зондирования эргономичного стола или кресла располагают либо упругую свободно опертую пластину, либо упруго закрепленную жесткую пластину, либо упругую жестко закрепленную по периметру мембрану из эффективно отражающего электромагнитные волны материала, голову человека кладут на эту пластину или мембрану, а микроволновое излучение направляют на пластину или мембрану перпендикулярно ее поверхности, не соприкасающейся с головой.To amplify the reflected signal from the studied area, in the hole for sensing an ergonomic table or chair, either an elastic freely supported plate, or an elastically fixed rigid plate, or an elastic membrane rigidly fixed around the perimeter from a material that effectively reflects electromagnetic waves, a person’s head is placed on this plate or membrane, and microwave radiation is directed to a plate or membrane perpendicular to its surface, not in contact with the head.
Для измерения дифференциальных характеристик (симметричности) краниального ритма проводят параллельные измерения на симметричных исследуемых областях поверхности головы человека в височных областях с помощью двух микроволновых бесконтактных измерителей перемещения. Для этого достаточно использовать двухканальный регистратор или синхронизировать время записи измерительных данных на двух регистрирующих устройствах.To measure the differential characteristics (symmetry) of the cranial rhythm, parallel measurements are performed on the symmetrical regions of the human head surface in the temporal regions using two microwave non-contact displacement meters. To do this, it is enough to use a two-channel recorder or synchronize the recording time of the measurement data on two recording devices.
Для измерения параметров кранио-сакрального ритма вторую исследуемую область поверхности тела человека выбирают в районе крестцового отдела позвоночника. При этом эргономичное кресло или стол в области крестца должны быть выполнены из прозрачного для зондирующего излучения материала или иметь отверстие для зондирования.To measure the cranio-sacral rhythm parameters, the second studied area of the human body surface is selected in the region of the sacral spine. In this case, the ergonomic chair or table in the sacral region should be made of a material transparent to the probing radiation or have a probe hole.
Для реализации предлагаемого способа может быть использовано общедоступное оборудование. Так в качестве эргономичного стола может быть использован обычный массажный стол. В качестве микроволнового датчика для бесконтактного измерения перемещений может использоваться фазометрический комплекс трехмиллиметрового диапазона длин волн ФМК-301, внесенный в государственный реестр средств измерения и имеющий основную погрешность измерения перемещения не более 0,015 мм [сайт производителя www.afs52.ru]. В качестве устройства, генерирующего оптические и акустические сигналы для синхронизации дыхания обследуемого, может быть использован персональный компьютер. В качестве устройства, генерирующего тактильные сигналы для синхронизации дыхания обследуемого, может быть использована резиновая груша, подключенная к компрессору через гибкий шланг, при этом для управления компрессором может использоваться персональный компьютер.To implement the proposed method, publicly available equipment can be used. So, as an ergonomic table, a regular massage table can be used. As a microwave sensor for non-contact measurement of displacements, a three-millimeter wavelength phase meter complex FMK-301 can be used, entered in the state register of measuring instruments and having a basic measurement error of displacement of not more than 0.015 mm [manufacturer’s website www.afs52.ru]. A personal computer can be used as a device that generates optical and acoustic signals for synchronizing the respiration of the subject. As a device that generates tactile signals to synchronize the breathing of the subject, a rubber bulb can be used connected to the compressor through a flexible hose, and a personal computer can be used to control the compressor.
Способ может применяться для измерения количественных характеристик краниального, сердечного и дыхательного ритмов с целью диагностики, для динамического наблюдения за состоянием пациентов в процессе лечения, а также при обучении специалистов.The method can be used to measure the quantitative characteristics of the cranial, cardiac and respiratory rhythms for the purpose of diagnosis, for dynamic monitoring of the condition of patients during treatment, as well as for training specialists.
В качестве иллюстрации заявляемого способа приводим примеры, подтверждающие практическое применение данной методики.As an illustration of the proposed method, we give examples confirming the practical application of this technique.
Пример 1. Пациент К., 58 лет, обратился к врачу-остеопату с жалобами на повышенную утомляемость, упадок сил, проявления эмоциональной лабильности после перенесенного месяц назад стресса. При остеопатическом обследовании обнаружено резкое снижение характеристик краниального ритма: сила 1 балл, амплитуда 1 балл, частота 6 циклов в минуту. Пациенту было проведено бесконтактное измерение количественных характеристик краниального ритма в положении лежа на спине на массажном столе. Микроволновый бесконтактный измеритель перемещений был направлен на теменную область по средней линии. Для задания частоты дыхательного ритма пациента на части потолка, находящейся в поле его зрения, с помощью мультимеда проектора, подключенного к персональному компьютеру, отображалась анимация в виде круга, циклически изменяющего свой диаметр и цвет с частотой 15 циклов в минуту. Была зарегистрирована механограмма пациента длительностью 68 секунд. С помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье был вычислен амплитудный спектр механограммы, на котором четко различались три спектральных максимума, соответствующих сердечному ритму на частоте 78 циклов в минуту, дыхательному ритму на частоте 15 циклов в минуту и краниальному ритму на частоте 6 циклов в минуту. Амплитуда спектральной компоненты, соответствующей краниальному ритму, оказалась равной 0,025 мм. Пациенту было проведено остеопатическое лечение, в том числе применена техника компрессии IV желудочка. Сразу после сеанса остеопатической коррекции бесконтактное измерение краниального ритма, проведенное по той же методике, показало увеличение его амплитуды до 0,053 мм, частоты - до 6,8 циклов в минуту. Частота сердечного ритма уменьшилась до 71 цикла в минуту. При этом остеопат после сеанса субъективно оценил амплитуду краниального ритма в 1 балл, силу в 2 балла, частоту - 6 циклов в минуту. Таким образом, бесконтактное измерение количественных характеристик краниального ритма показало, что после сеанса остеопатической коррекции амплитуда краниального ритма увеличилась в два раза, было отмечено также и увеличение частоты, что было оценено как положительный результат. Субъективное обследование увеличения амплитуды и частоты краниального ритма при этом не выявило.Example 1. Patient K., 58 years old, turned to an osteopathic doctor with complaints of increased fatigue, loss of strength, manifestations of emotional lability after stress suffered a month ago. An osteopathic examination revealed a sharp decrease in cranial rhythm characteristics:
Пример 2. Пациент П., 12 лет, состояние после перенесенной правосторонней пневмонии. На приеме у врача-остеопата жаловался на повышенную утомляемость, слабость, ежедневные сильные головные боли. При остеопатическом обследовании выявлено следующее: дисфункция грудо-брюшной диафрагмы, асинхронизм кранио-сакрального ритма, снижение характеристик краниального ритма (сила 1 балл, амплитуда 1 балл, частота 8 циклов в минуту). Однако другой врач, обучающийся остеопатии и имеющий опыт работы менее года, вообще не смог почувствовать краниальный ритм и выявить кранио-сакральный асинхронизм.Example 2. Patient P., 12 years old, condition after transferred right-sided pneumonia. At an appointment with an osteopath, he complained of increased fatigue, weakness, and daily severe headaches. An osteopathic examination revealed the following: dysfunction of the abdominal diaphragm, asynchronism of the cranio-sacral rhythm, decreased characteristics of the cranial rhythm (
Пациенту было проведено бесконтактное измерение количественных характеристик кранио-сакрального ритма в положении лежа на правом боку на массажном столе, под голову пациента была положена подушка для придания удобной позы и расслабления мышц шеи. При этом использовались два синхронизированных регистрирующих устройства. Один микроволновый бесконтактный измеритель перемещений был направлен на затылочную область, второй - на крестцовую область. Для задания частоты дыхательного ритма пациента на мониторе персонального компьютера, находящемся в поле его зрения, отображалась анимация в виде героя популярного мультфильма, циклически изменяющего свой размер и цвет с частотой 15 циклов в минуту. Были зарегистрированы две механограммы пациента длительностью 60 секунд. С помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье были вычислены амплитудные спектры механограмм, на которых четко различались три спектральных максимума, соответствующих сердечному ритму на частоте 83 цикла в минуту, дыхательному ритму на частоте 15 циклов в минуту и краниальному ритму на частоте 8,5 циклов в минуту. Амплитуда спектральной компоненты, соответствующей краниальному ритму, оказалась равной 0,017 мм. При сравнении механограмм затылочной и крестцовой областей был подтвержден кранио-сакральный асинхронизм, проявившийся в фазовом сдвиге между краниальным и сакральным ритмами. Таким образом, бесконтактная регистрация кранио-сакрального ритма и измерение количественных характеристик краниального ритма дают возможность получить объективные характеристики этих биоритмов даже при их низких значениях, что особенно важно для врачей, обучающихся остеопатии и имеющих небольшой опыт работы.The patient underwent a non-contact measurement of the quantitative characteristics of the cranio-sacral rhythm in the supine position on the massage table, and a pillow was placed under the patient's head to give a comfortable posture and relaxation of the neck muscles. In this case, two synchronized recording devices were used. One microwave non-contact displacement meter was aimed at the occipital region, the second at the sacral region. To set the frequency of the respiratory rhythm of the patient, an animation in the form of the hero of a popular cartoon cyclically changing its size and color with a frequency of 15 cycles per minute was displayed on a personal computer monitor in its field of vision. Two mechanograms of a patient lasting 60 seconds were recorded. Using the fast Fourier transform algorithm, the amplitude spectra of mechanograms were calculated, which clearly distinguished three spectral maxima corresponding to a heart rate at a frequency of 83 cycles per minute, a respiratory rhythm at a frequency of 15 cycles per minute, and a cranial rhythm at a frequency of 8.5 cycles per minute. The amplitude of the spectral component corresponding to the cranial rhythm turned out to be 0.017 mm. When comparing the mechanograms of the occipital and sacral regions, cranio-sacral asynchronism was confirmed, which manifested itself in a phase shift between the cranial and sacral rhythms. Thus, non-contact recording of the cranio-sacral rhythm and measuring the quantitative characteristics of the cranial rhythm make it possible to obtain objective characteristics of these biorhythms even at their low values, which is especially important for doctors studying osteopathy and with little experience.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет производить одновременную бесконтактную неинвазивную регистрацию и измерение параметров трех биологических ритмов - краниального, сердечного и дыхательного.Thus, the present invention allows simultaneous non-invasive non-invasive registration and measurement of the parameters of three biological rhythms - cranial, cardiac and respiratory.
Кроме этого, предлагаемым способом достигается реализация максимально достижимой на современном техническом уровне точности измерения перемещения обследуемой области поверхности головы; минимизация посторонних влияний на биологические ритмы; обеспечение комфортных и наиболее физиологичных условий для обследуемого; возможность регистрации не только частоты и амплитуды краниального ритма, но и его формы; однозначность разделения краниального и дыхательного ритмов; возможность усиления сигнала микроволнового датчика для бесконтактного измерения перемещения обследуемой области поверхности тела; возможность регистрации и измерения дифференциальных параметров краниального и кранио-сакрального ритмов, а также существенно упрощается методика измерений.In addition, the proposed method achieves the implementation of the maximum achievable at the modern technical level accuracy of measuring the movement of the examined area of the head surface; minimization of extraneous influences on biological rhythms; providing comfortable and most physiological conditions for the subject; the ability to register not only the frequency and amplitude of the cranial rhythm, but also its shape; unambiguous separation of cranial and respiratory rhythms; the possibility of amplifying the signal of the microwave sensor for non-contact measurement of the movement of the examined area of the body surface; the ability to register and measure the differential parameters of the cranial and cranio-sacral rhythms, and the measurement technique is greatly simplified.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104843A RU2651900C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104843A RU2651900C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2651900C1 true RU2651900C1 (en) | 2018-04-24 |
Family
ID=62045751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017104843A RU2651900C1 (en) | 2017-02-14 | 2017-02-14 | Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2651900C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5630422A (en) * | 1995-09-08 | 1997-05-20 | Zanakis; Michael F. | Diagnostic system for detecting and indicating cranial movements |
| RU2219830C2 (en) * | 2001-12-10 | 2003-12-27 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method for evaluating craniosacral rhythm for predicting scoliosis in children |
| RU2396899C2 (en) * | 2008-08-19 | 2010-08-20 | Дмитрий Евгеньевич Мохов | Mokhov-chaschin's method of obtaining data about cranial tissue state and device for its realisation |
| RU2464929C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-10-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГБОУ ДПО НГИУВ Минздравсоцразвития России) | Method of estimating efficiency of cranial manual therapy |
| RU2569936C1 (en) * | 2014-06-02 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АФС 52" | Transceiving device for phase-metric systems of millimetre wavelength range |
-
2017
- 2017-02-14 RU RU2017104843A patent/RU2651900C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5630422A (en) * | 1995-09-08 | 1997-05-20 | Zanakis; Michael F. | Diagnostic system for detecting and indicating cranial movements |
| RU2219830C2 (en) * | 2001-12-10 | 2003-12-27 | Государственный научно-клинический центр охраны здоровья шахтеров | Method for evaluating craniosacral rhythm for predicting scoliosis in children |
| RU2396899C2 (en) * | 2008-08-19 | 2010-08-20 | Дмитрий Евгеньевич Мохов | Mokhov-chaschin's method of obtaining data about cranial tissue state and device for its realisation |
| RU2464929C1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-10-27 | Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Новокузнецкий государственный институт усовершенствования врачей" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГБОУ ДПО НГИУВ Минздравсоцразвития России) | Method of estimating efficiency of cranial manual therapy |
| RU2569936C1 (en) * | 2014-06-02 | 2015-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АФС 52" | Transceiving device for phase-metric systems of millimetre wavelength range |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЧУРКИН С.С. и др. Перспективы использования биорадаров миллиметрового диапазона. Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. N7. С. 64-72. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11723597B2 (en) | Detection and analysis of spatially varying fluid levels using magnetic signals | |
| CN107106061B (en) | Detection and analysis of spatially varying fluid levels using magnetic signals | |
| JP4635118B2 (en) | Non-invasive physiological evaluation system and method | |
| US11357417B2 (en) | Continuous autoregulation system | |
| JP6799661B2 (en) | Sleep apnea monitoring system | |
| CN111801052B (en) | Ultrasonic blood flow monitoring | |
| US20170055839A1 (en) | Detection of fluid changes | |
| US20150208949A1 (en) | Apparatus and method for continuous noninvasive measurement of respiratory function and events | |
| US20170319099A1 (en) | Continuous fluid monitoring system | |
| AU2018365148A1 (en) | Continuous autoregulation system | |
| JP3221096U (en) | Smart inspection and measurement equipment | |
| Zhang et al. | Technology development for simultaneous wearable monitoring of cerebral hemodynamics and blood pressure | |
| JP2020511173A (en) | Improved fluid change detection | |
| Angelucci et al. | The Medical Internet of Things: applications in respiratory medicine | |
| RU2651900C1 (en) | Method of non-contact measurement of biological rhythms accompanied by mechanical movements of human body surface | |
| Anchan | Estimating pulse wave velocity using mobile phone sensors | |
| RU2828273C1 (en) | Method for recording patient's breath in artificial magnetic field | |
| Bieber et al. | Visual detection of short-wave blood pressure fluctuations | |
| RU2424765C2 (en) | Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210215 |