RU38280U1

RU38280U1 - Информационно-измерительная система для изучения двигательных функций человека

Info

Publication number: RU38280U1
Application number: RU2004101830/20U
Authority: RU
Inventors: В.С. Фетисов; О.А. Дудов; Н.А. Засыпкина; П.С. Горулев; Е.П. Артеменко; А.Х. Кальметьев; Е.А. Константинов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА "ФОТОН"
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2004-06-10

Description

Информационно-измерительная система для изучения двигательных

функций человека

Полезная модель относится к области спортивной и реабилитационной медицины и может быть использована для контроля состояния отдельных элементов опорно-двигательного аппарата человека в процессе спортивных тренировок или реабилитационных мероприятий.

Оценка эффективности спортивных тренировок (с возможным выявлением усталостных явлений в мышцах), а также контроль состояния опорно-двигательного аппарата (суставов, нервно-мышечных тканей) в тфоцессе реабилитационных процедур, проводимых после каких-либо повреждений (переломов, растяжений, ушибов и т.д.), обычно проводится с помош;ью специальных тестов для пациента по выполнению определенных физических упражнений.

Измерительные устройства или системы для реализации таких тестов, как правило, включают в себя один или несколько датчиков для измерения параметров движения (обычно это перемеш;ение части тела (угловое или линейное), скорость или (и) ускорение, сила, время выполнения упражнения или удержание какого-либо параметра, количество повторов упражнения), а также какие-либо вычислительные и регистрирующие устройства.

Так, например, в наиболее простом ввде такая система может включать в себя плоский лист - хранитель изображения, на котором с помопхью специального пишзщего устройства, соединенного с исследуемой частью тела пациента, наносятся метки до начала и после окончания движения.

, I ;Й h Xi i.. iit v jJii--;ji ifc ilfc--1 i

ЩРРрр(1Ш

1ШРЩШшШрЩшШйШШШШ

МПК7 A61B5/103 Затем полученное изображение подвергается анализу Заявка на изобретение

РФ № 97100008, А61В5/103, опубл. 1999.02.10. Очевидно, что такая система отличается простотой и низкой стоимостью реализации, но она далека от совершенства в смысле удобства ее применения, информативности получаемых данных, автоматизации выполнения теста и обработки данных.

Существует много других более проговодительных систем для исследования двигательных функций, которые имеют в своем составе элементы, жестко пршфепляемые к исследуемым частям тела и осуществляющие механическую передачу движений к угломерным устройствам. Так, в устройстве Пат. РФ № 2215467, А61В5/103 опубл. 2003.11.10 такое угломерное устройство вьшолнено в виде шкалы или указателя, щарнирно связанного с элементами, перемещаемыми вместе с исследуемой конечностью.

В другой системе Пат. РФ № 2113170, А61В5/103, опубл. 1998.06.20, кроме угломерного устройства, используется также динамометр, также механически связанный с исследуемой конечностью, что повьппает информативность получаемых данных.

Некоторые системы способны оценивать не только амплитудно-силовые характеристики движений, но и оценивать время реакции на воздействия, рассчитьшать скоростные параметры движений, что также повыщает информативность данных и расширяет информационные возможности системы. К таким относится, например, система Пат. РФ № 2146494,

tjai4i

2 A61B5/103, опубл. 2000.03.20, содержащая угломерные потенциометрические

датчики, жестко связанные с исследуемой частью тела, вычислительное устройство и сигнал-раздражитель, реакция на действие которого оценивается системой.

Однако недостатком описанных систем является то, что они стесняют движения пациента из-за жесткого способа их крепления.

Система Пат. США № 6428490, А61В005/00, НКИ 600/595, опубл. August 6, 2002 на базе гониометрических (угломерных) датчиков резистивного типа рассредоточена на теле пациента. Электрические сигналы с каждого датчика собщ)аются и обрабатываются процессором, который крепится на теле в одежде пациента. Такая система меньше стесняет движения: пациент «отвязан от внешних устройств. Но проблема решена не полностью, т.к. установка датчиков довольно сложна.

Полностью освободить пациента от контакта с механическими датчиками МОГ5ПГ только системы, осуш;ествляюш;ие бесконтактную, например, оптическую, регистрацию движений.

Такие системы известны. Они могут быть реализованы на основе фотографической записи движений, кино- или видеозаписи Уткин В.Л. Биомеханика физических упражнений. - М: Просвеш;ение, 1989, гл.З.

Преимупсества таких систем очевидны: полное отсутствие контакта с пациентом, зшиверсальность применения, больпше возможности по обработке полученной информации.

M)

3 Наиболее близкой по конструктивным и фзшкциональным признакам к

предлагаемой системе является информационно-измерительная система для изучения движения спортивного снаряда Пат. США № 6616543, A63F009/24, ЬЖИ 348/453, опубл. September 9, 2003, содержащая осветитель, видеокамеру в качестве регистрирующего устройства, выход которой подсоединен к компьютеру, а также отражатель, закрепленный на изучаемом объекте.

Работа системы заключается в записи видеокамерой движения объекта, который посредством отражателя отражает излучение от осветителя и формирует яркую контрастнзтю метку на общем фоне, а также в последующей вычислительной обработке компьютером видеоизображения и расчете интересующих параметров движения.

Такая система может быть использована для изучения движения как спортивных снарядов, так и частей тела человека.

Недостатком данной системы является то, что аппаратура для видеозаписи (она должна быть высокоскоростной) является довольно сложной и дорогостоящей, также как сложной и дорогостоящей являются средства анализа полученных видеоизображений.

Кроме того, к недостаткам можно отнести и необходимость размещения на объекте исследования специального отражателя, от которого зависит надежность получаемого результата. регистрирующего устройства в виде расположенных по полуокружности

фотощ)иемников и контроллера, обрабатывающего их сигналы.

Задача решается тем, что в известной системе, содержащей осветитель и регистрирующее устройство, связанное с компьютером, в отличие от прототипа, регистрирующее устройство включает в себя контроллер, связанный с компьютером, и подключенные к нему фотоприемники, причем фотоприемники и контроллер размещены в плоском прямоугольном корпусе с возможностью установки его на любую из боковых граней, а осветитель расположен на расстоянии 1-3 м от рабочей поверхности корпуса регистрирующего устройства, на которой по полуокружности радиусом 25..30

см с шагом 2..5° расположены фотоприемники.

Предлагаемая система с пациентом показаны на фиг. 1. Осветитель 1 расположен на расстоянии 1-3 м от рабочей поверхности корпуса регистрирующего устройства 2. Каждый из фотоприемников 3, расположенных на рабочей поверхности корпуса регистрирующего устройства по полуокр)гжности радиусом 25..30 см с шагом 2..5 , подключен к контроллеру 4, выход которого связан с компьютером 5.

Пациент 6 располагается между осветителем 1 и регистрирующим устройством 2 так, чтобы ось вращения исследуемого сустава пациента была перпендикулярна рабочей поверхности регистрирующего устройства и проходила через центр полуокружности, по которой расположены фотоприемники 3. Плоскость движения исследуемой конечности должна быть параллельна рабочей поверхности регистрирующего устройства и должна

5

отстоять от нее на 5..20 см. Конечность пациента может быть нагружена грузом 7 нзвестной массы т.

Система работает следующим образом.

После запуска специальной программы компьютера 5 последний вырабатывает короткий звуковой сигнал, после которого пациент 6 должен выполнить определенное упражнение один или несколько раз в течение заданного времени Т. Например, может выполняться серия поднятий и опусканий груза 7 вытянутой рукой на максимально возможную высоту. При перемещении конечности меняется угол а ее отклонения от вертикали. При этом перемещается и ее тень по рабочей поверхности корпуса регистрирующего устройства 2. При этом динамически будет меняться состояние соответствующих фотоприемников 3. Контроллер 4 периодически через короткие интервалы времени At производит запись состояний фотощ)иемш1ков в свою внутреннюю память в течение времени Т. Затем производится передача накопленного массива в компьютер 5, где производится его обработка и выдача на экран графика зависимости угла а от времени t.

Дополнительная обработка полученных данных сводится к расчету и выдаче характеристик:

-угловой скорости как функции времени,

-углового ускорения как функции времени, 6 По полученным числовым результатам и видам графиков делается

вывод о состоянии исследуемой конечности.

При смене правой конечности на левую (или наоборот) необходимо перевернуть корпус регистрирющего устройства 2 с нижней его грани на верхнюю (или наоборот).

При установке регистрирз ощего устройства на длинную боковую грань, ближайшую к центру полуокружности установки фотоприемников, пациент может выполнять движения в положении лежа.

Регистрирующее устройство 2 должно быть установлено на необходимую высоту так, чтобы ось вращения сустава проходила через центр полуокрз жности установки фотоприемников.

Регистрирующее устройство 2 может быть применено для исследования движений плечевых, локтевых, коленных и тазобедренных суставов, а также сгибаний-расгибаний туловища. Для изучения движений коленных суставов пациент может находиться в положении сидя на стуле.

Описанная система может быть реализована на основе достз пных и дещевых элементов. Так, осветителем 1 может являться любой электрический светильник с достаточно пшрокой диаграммой направленности, - такой, чтобы освещались одновременно все фотоприемники 3. Сами фотоприемники 3 могут быть выполнены на базе фотодиодов, например, типа ФД256.

)W

1 Микроконтроллер 4 может быть выполнен на базе современных

одноплатных микрокомпьютеров или микроконтроллеров. Например, авторы использовали дешевый микроконтроллер ICOP6052V производства Тайваня.

По сравнению с прототипом предлагаемая система обладает на 1-2 порядка меньшей стоимостью, а следовательно, доступна для массового потребителя.

По сравнению с многими другими аналогами система обладает следуюшдми полезными свойствами:

-бесконтактностью измерений,

-портативностью и мобильностью (вся система в сборе 5 еш;ается в 2 чемодана),

-простотой эксплуатации,

-универсальностью применения (может бьтть использована для изучения движений разных частей тела),

-широкими возможностями по совершенствованию проводимых тестов и диагностики, что связано лишь с переработкой программного обеспечения.

juomiof

8

Claims

Информационно-измерительная система для изучения двигательных функций человека, содержащая осветитель и регистрирующее устройство, связанное с компьютером, отличающаяся тем, что регистрирующее устройство включает в себя контроллер, связанный с компьютером, и подключенные к нему фотоприемники, причем фотоприемники и контроллер размещены в плоском прямоугольном корпусе с возможностью установки его на любую из боковых граней, а осветитель расположен на расстоянии 1-3 м от рабочей поверхности корпуса регистрирующего устройства, на которой по полуокружности радиусом 25 - 30 см с шагом 2 - 5° расположены фотоприемники.