RU70776U1

RU70776U1 - DEVICE FOR MEASURING THE PRESSURE DISTRIBUTION ON THE FOOT SUPPORT SURFACE

Info

Publication number: RU70776U1
Application number: RU2007134321/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Георгиевич Егоров
Original assignee: Алексей Георгиевич Егоров
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2008-02-20

Abstract

Устройство для измерения распределения давления по опорной поверхности стопы. Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения распределения давления под нагруженными участками частей тела человека и может быть использована при диагностических обследованиях. Технический результат - увеличение точности результатов измерений. Результат достигается тем, что устройство содержит верхнюю мембрану 1 и нижнюю мембрану 2 скрепленные между собой с образованием герметичной камеры 3. Контактные электроды 4, выполненные в виде параллельных проводников и установленные взаимноперпендикулярно на внутренних поверхностях мембран 1 и 2. Источник давления 5 и датчик давления 6, соединенные с герметичной камерой 3, измерительный блок 7, соединенный с контактными электродами 4 и информационным выходом датчика давления 6. Между мембранами 1 и 2 имеются соединения 8 ограничивающие вертикальную подвижность верхней мембраны 1. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Device for measuring the distribution of pressure on the supporting surface of the foot. The utility model relates to medical equipment, namely to devices for measuring the distribution of pressure under the loaded areas of parts of the human body and can be used in diagnostic examinations. The technical result is an increase in the accuracy of the measurement results. The result is achieved by the fact that the device contains an upper membrane 1 and a lower membrane 2 fastened together to form a sealed chamber 3. Contact electrodes 4 made in the form of parallel conductors and mounted mutually perpendicular to the inner surfaces of the membranes 1 and 2. Pressure source 5 and pressure sensor 6 connected to the sealed chamber 3, the measuring unit 7 connected to the contact electrodes 4 and the information output of the pressure sensor 6. Between the membranes 1 and 2 there are connections 8 limiting vert Calne mobility of the upper membrane 1 1. ZP f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения распределения давления под нагруженными участками частей тела человека, и может быть использована для диагностики состояния стоп человека.The utility model relates to medical equipment, namely to devices for measuring the distribution of pressure under the loaded areas of parts of the human body, and can be used to diagnose the condition of the human feet.

Известна тензостелька (Авт. свид. СССР №862912, кл. А61В 5/11, 1981), содержащая эластичную платформу, на которой установлены кассеты с тензодатчиками, регистрирующую аппаратуру и соединительный кабель. Каждая кассета выполнена в виде основания, на котором закреплена монтажная плата с окнами, где установлены упругие пластины с закрепленными на них тензодатчиками. При работе устройства под действием нагрузки, оказываемой стопой, упругие пластины вместе с тензодатчиками прогибаются. Возникающие при этом сжимающие растягивающие напряжения приводят к изменению омического сопротивления тензодатчиков, которое фиксируется регистрирующей аппаратурой посредством соединительного кабеля. Недостатком устройства является небольшое количество тензодатчиков на единицу площади. Этот недостаток обусловлен требованием высокой точности изготовления упругих пластин и крепления на них тензодатчиков для обеспечения одинаковости электромеханических характеристик. Кроме того, на поверхности монтажных плат необходимо наличие свободных участков для крепления концов упругих пластин с тензодатчиками, что также ограничивает их количество на единицу площади.Known strain gauge (Aut. St. USSR No. 862912, class AB 5/11, 1981), containing an elastic platform on which there are cassettes with load cells, recording equipment and a connecting cable. Each cassette is made in the form of a base on which a mounting plate with windows is fixed, where elastic plates with strain gauges fixed to them are installed. When the device is working under the action of the load exerted by the foot, the elastic plates bend together with strain gauges. The resulting compressive tensile stresses lead to a change in the ohmic resistance of the load cells, which is recorded by the recording equipment by means of a connecting cable. The disadvantage of this device is a small number of load cells per unit area. This disadvantage is due to the requirement of high precision manufacturing of elastic plates and mounting strain gauges on them to ensure the same electromechanical characteristics. In addition, on the surface of the circuit boards, it is necessary to have free sections for attaching the ends of the elastic plates with strain gauges, which also limits their number per unit area.

Известен ортопедический диагностический комплекс (патент РФ №2180517, Кл. А61В 5/103, 1999), содержащий регистрирующую аппаратуру и измерительную опорную платформу, выполненную в виде двух Known orthopedic diagnostic complex (RF patent No. 2180517, CL. A61B 5/103, 1999), containing recording equipment and a measuring support platform, made in the form of two

прямоугольных опорных площадок, которые сформированы из совмещенных преобразователей вертикального перемещения и давления, что позволяет одновременно измерять профиль стопы пациента и картину распределения давления под стопой. Совмещенные преобразователи выполняют роль датчиков и состоят из диэлектрического цилиндрического каркаса, в осевом отверстии которого размещен подвижный ферромагнитный элемент, подпружиненный двумя пружинами с малой и большой жесткостью и двух обмоток, размещенных на каркасе, первая из которых чувствительна к вертикальному перемещению ферромагнитного элемента, а вторая к прикладываемому давлению. Принцип действия совмещенных преобразователей основан на взаимодействии подвижного ферромагнитного элемента с магнитным потоком обмоток. Устройство работает следующим образом. Пациент встает ногами на опорные площадки и принимает естественную позу. Под нагруженными участками стопы пружины с малой жесткостью сжимаются до предела, после чего начинают сжиматься пружины с большей жесткостью, при этом ферромагнитный элемент приближается ко второй обмотке, в которой наводится ЭДС пропорциональная прикладываемому давлению. Выходные сигналы с обмоток, полученные в виде изменения напряжения поступают в регистрирующую аппаратуру, обрабатываются, после чего получают картину распределения давления под нагруженными участками стоп. Основным недостатком устройства является конструктивная сложность примененных совмещенных преобразователей, имеющих при этом нелинейную зависимость между изменением выходного напряжения и перемещением ферромагнитного элемента, что создает трудности при обработке данных, а также предъявляет высокие требования к точности изготовлении преобразователей. Кроме того, плотность размещения ограничена возможностью возникновения паразитных индикативно - трансформаторных связей.rectangular support pads, which are formed from combined transducers of vertical displacement and pressure, which allows you to simultaneously measure the profile of the patient’s foot and the pressure distribution pattern under the foot. Combined transducers act as sensors and consist of a dielectric cylindrical frame, in the axial hole of which there is a movable ferromagnetic element, spring-loaded with two springs with low and high stiffness and two windings located on the frame, the first of which is sensitive to vertical movement of the ferromagnetic element, and the second to applied pressure. The principle of operation of combined converters is based on the interaction of a movable ferromagnetic element with a magnetic flux of windings. The device operates as follows. The patient stands with his feet on the supporting platforms and takes a natural position. Under the loaded areas of the foot, the springs with low rigidity are compressed to the limit, after which the springs begin to compress with greater rigidity, while the ferromagnetic element approaches the second winding, in which the EMF is proportional to the applied pressure. The output signals from the windings, obtained in the form of a voltage change, enter the recording equipment, are processed, and then a picture of the pressure distribution under the loaded stop sections is obtained. The main disadvantage of the device is the structural complexity of the combined converters used, which have a non-linear relationship between the change in the output voltage and the movement of the ferromagnetic element, which creates difficulties in data processing and also places high demands on the accuracy of the manufacture of converters. In addition, the density of placement is limited by the possibility of spurious indicative - transformer connections.

Известно устройство для определения распределения давления и ортопедического баланса (Патент США №2095268, Кл 73-172, опубл. 1935) содержащее две опорные платформы, поверхность которых разделена на несколько опорных пластин, воспринимающих давление стопы и измерительные средства (манометры) индивидуально связанные с каждой опорной пластиной посредством трубопровода, в котором находится жидкость, мембраны под которой находится полость, соединенная с трубопроводом и стержня, заключенного в муфту нижний конец, которого упирается в мембрану, а верхний соединен с опорной пластиной. Кроме этого, опорные платформы выполнены с регулируемым углом разворота, а опорные пластины с регулируемой высотой. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на опорные платформы, при этом давление с каждой опорной пластины передается через стержень на мембрану, которая прогибается и вытесняет жидкость из внутренней полости. Далее воздействие передается по трубопроводу на измерительные манометры. Недостатком устройства является ограниченное количество измеряемых участков поверхности стопы. Этот недостаток обусловлен небольшим количеством опорных пластин, воспринимающих давление, увеличение которых осложнено наличием большого количества конструктивных элементов, требующих точной подгонки калибровки. Кроме того, результаты измерений, возникающие в виде показаний манометров затруднительны для считывания и обработки.A device for determining the distribution of pressure and orthopedic balance (US Patent No. 2095268, CL 73-172, publ. 1935) containing two support platforms, the surface of which is divided into several support plates, sensing foot pressure and measuring means (manometers) individually associated with each a supporting plate by means of a pipeline in which there is a liquid, a membrane under which there is a cavity connected to the pipeline and a rod enclosed in a sleeve the lower end, which abuts against the membrane, and hny connected to the base plate. In addition, the supporting platforms are made with adjustable turning angle, and the supporting plates with adjustable height. The device operates as follows. The patient stands on the supporting platforms, while the pressure from each supporting plate is transmitted through the rod to the membrane, which bends and displaces the fluid from the internal cavity. Further, the effect is transmitted through the pipeline to the measuring pressure gauges. The disadvantage of this device is the limited number of measured sections of the surface of the foot. This disadvantage is due to the small number of pressure-bearing support plates, the increase of which is complicated by the presence of a large number of structural elements that require an accurate calibration fit. In addition, the measurement results that appear in the form of pressure gauges are difficult to read and process.

Наиболее близким устройством того же назначения, которое принято за прототип является устройство для измерения распределения давления создаваемое стопой (патент Франции №2776175 А, Кл А61В 5\103, опубл. 1999) содержащее сеть из датчиков давления, закрепленных на полужестком листе, соединенных со средством для анализа состояния датчиков и расположенных на опорных пластинах, верхняя поверхность которых изогнута в соответствии с внутренней поверхностью обуви. Сеть из датчиков выполнена в виде нижнего листа, на котором закреплены контактные The closest device for the same purpose, which is taken as a prototype, is a device for measuring the pressure distribution created by the stack (French patent No. 2776175 A, CL A61B 5/103, publ. 1999) containing a network of pressure sensors mounted on a semi-rigid sheet connected to the tool to analyze the condition of sensors and located on the support plates, the upper surface of which is curved in accordance with the inner surface of the shoe. The network of sensors is made in the form of a bottom sheet on which contact

электроды и верхнего слоя из барочувствительного материала с металлизированным покрытием. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на сеть из датчиков давления, при этом слой верхнего барочувствительного материала сжимается и его электрические сопротивление между металлизированным покрытием и контактными электродами изменяется в соответствии с приложенным давлением. Величина изменения сопротивления снимается с контактных электродов и поступает на средство для анализа состояния датчиков, где после обработки получают картину распределения давления. Недостатком устройства является невысокая точность результатов измерения давления. Этот недостаток обусловлен возможностью остаточной деформации барочувствительного материала и его изнашиваемостью приводящей к изменению электромеханических характеристик материала на различных участках. Кроме того, между участками присутствует омическая связь через слой барочувствительного материала.electrodes and a top layer of a baro-sensitive material with a metallized coating. The device operates as follows. The patient enters the network of pressure sensors, while the layer of the upper pressure-sensitive material is compressed and its electrical resistance between the metallized coating and contact electrodes changes in accordance with the applied pressure. The magnitude of the change in resistance is removed from the contact electrodes and fed to a means for analyzing the state of the sensors, where after processing a picture of the pressure distribution is obtained. The disadvantage of this device is the low accuracy of the pressure measurement results. This drawback is due to the possibility of permanent deformation of the pressure-sensitive material and its wear leading to a change in the electromechanical characteristics of the material in different areas. In addition, an ohmic coupling is present between the sites through a layer of pressure sensitive material.

Предлагаемым устройством решается задача получения цифровых данных о распределении давления по опорной поверхности стопы, на основе которых могут быть определены основные ортопедические диагностические признаки, такие как нагрузка на передний и задний отделы стопы, площадь опоры, среднее давление под стопой, положение проекций центров тяжести каждой конечности и общего центра масс. Кроме того, полученные данные могут быть использованы при подборе стелек-супинаторов путем анализа разницы в распределении давления до, и после примерки.The proposed device solves the problem of obtaining digital data on the distribution of pressure on the supporting surface of the foot, on the basis of which the main orthopedic diagnostic signs can be determined, such as the load on the front and rear sections of the foot, the area of the support, the average pressure under the foot, the position of the projections of the centers of gravity of each limb and a common center of mass. In addition, the data obtained can be used in the selection of insoles-arch supports by analyzing the difference in pressure distribution before and after fitting.

Технический результат-увеличение точности результатов измерений распределения давления по опорной поверхности стопы.The technical result is an increase in the accuracy of the results of measuring the pressure distribution over the supporting surface of the foot.

Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством, которое содержит верхнюю и нижнюю мембраны, контактные электроды, которые выполнены в виде параллельных проводников и установлены взаимноперпендикулярно на внутренних поверхностях мембран, измерительный блок, соединенный с контактными электродами. The specified technical result is achieved by the proposed device, which contains the upper and lower membranes, contact electrodes, which are made in the form of parallel conductors and are installed mutually perpendicular to the inner surfaces of the membranes, a measuring unit connected to the contact electrodes.

Особенность заключается в том, что верхняя и нижняя мембраны скреплены между собой, образуя при этом герметичную камеру, соединенную с дополнительно введенными источником давления и датчиком давления, информационный выход которого соединен с измерительным блоком, а между мембранами имеются соединения ограничивающие вертикальную подвижность верхней мембраны. При работе устройства в герметичную камеру подается нарастающее давление, которое непрерывно измеряется датчиком давления, при этом происходит подъем верхней мембраны, ограниченный соединениями и поочередное размыкание контактных электродов. Величина давления в момент разрыва контакта соответствует давлению стопы на данном участке. Таким образом, благодаря соединениям, ограничивающим вертикальную подвижность верхней мембраны, обеспечивая устойчивое положение стопы во время измерений и уменьшающим вертикальную состовляющую, возникающую в верхней мембране по краям исследуемой стопы, а также за счет использования одного общего измерительного элемента достигается увеличение точности результатов измерений.The peculiarity lies in the fact that the upper and lower membranes are fastened together, forming a sealed chamber connected to an additionally introduced pressure source and a pressure sensor, the information output of which is connected to the measuring unit, and there are connections between the membranes that limit the vertical mobility of the upper membrane. During operation of the device, an increasing pressure is supplied to the sealed chamber, which is continuously measured by a pressure sensor, while the upper membrane rises, limited by the joints and alternately opening the contact electrodes. The pressure at the time of contact rupture corresponds to the foot pressure in this area. Thus, due to the compounds limiting the vertical mobility of the upper membrane, ensuring a stable foot position during measurements and reducing the vertical component that occurs in the upper membrane along the edges of the studied foot, as well as through the use of one common measuring element, an increase in the accuracy of measurement results is achieved.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.2 изображена герметичная камера в разрезе.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device. Figure 2 shows a sealed chamber in section.

Устройство для измерения распределения давления по опорной поверхности стопы (фиг.1) содержит верхнюю мембрану 1 и нижнюю мембрану 2, например из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,2 мм, скрепленных между собой по краям методом пайки, образуя при этом герметичную камеру 3 (фиг.2). На внутренних поверхностях мембран 1 и 2 расположены контактные электроды 4, выполненные в виде параллельных взаимноперпендикулярных проводников и образованные методом химического травления. Герметичная камера 3 соединена с источником давления 5, выполненного, например, в виде плунжерного электромагнитного насоса и датчиком давления 6, в качестве которого может быть использован, например, пьезорезистивный датчик A device for measuring the distribution of pressure along the supporting surface of the foot (Fig. 1) contains an upper membrane 1 and a lower membrane 2, for example, of 0.2 mm thick double-sided foil fiberglass, bonded together at the edges by soldering, forming a sealed chamber 3 (Fig. .2). On the inner surfaces of the membranes 1 and 2 are contact electrodes 4, made in the form of parallel mutually perpendicular conductors and formed by chemical etching. The sealed chamber 3 is connected to a pressure source 5, made, for example, in the form of a plunger electromagnetic pump and a pressure sensor 6, which can be used, for example, a piezoresistive sensor

давления. Контактные электроды 4, а также информационный выход датчика давления 6 соединены с измерительным блоком 7, в качестве которого может быть применена, например, микро-ЭВМ. Между верхней и нижней мембранами 1 и 2 имеются соединения 8, ограничивающие вертикальную подвижность верхней мембраны, которые могут быть выполнены в виде, например, микро-заклепок с последующей герметизацией методом пайки. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на герметичную камеру 3 и принимает естественную позу, при этом в зонах действия давления веса пациента контактные электроды 4, расположенные на внутренних поверхностях верхней мембраны 1 и нижней мембраны 2 замыкаются. Затем в герметичную камеру 3 подается давление от источника давления 5, при нарастании которого происходит вертикальное перемещение верхней мембраны 1 ограниченное соединениями 8 и поочередное размыкание контактных электродов 4, возникающее в тот момент, когда давление внутри герметичной камеры 3 становится равным давлению снаружи, производимое стопой пациента в зонах контакта. Далее, номера контактных электродов 4, определяющие координату размыкания, а также величина давления, измеренная датчиком давления 6 в момент размыкания фиксируется измерительным блоком 7. Таким образом, при циклическом опросе состояния контактных электродов 4 (замкнуто или разомкнуто) при одновременном измерении величины давления в герметичной камере 3 получают точные цифровые данные о распределении давления под нагруженными участками стопы пациента, которые могут быть использованы для определения основных ортопедических диагностических признаков.pressure. The contact electrodes 4, as well as the information output of the pressure sensor 6 are connected to the measuring unit 7, which, for example, can be used as a microcomputer. Between the upper and lower membranes 1 and 2 there are connections 8 that limit the vertical mobility of the upper membrane, which can be made, for example, as micro-rivets, followed by sealing by soldering. The device operates as follows. The patient stands on the sealed chamber 3 and takes a natural position, while in the zones of pressure of the patient’s weight, the contact electrodes 4 located on the inner surfaces of the upper membrane 1 and the lower membrane 2 are closed. Then, pressure from the pressure source 5 is supplied to the sealed chamber 3, with the increase of which the upper membrane 1 is vertically limited by connections 8 and the contact electrodes 4 are alternately opened, which occurs at the moment when the pressure inside the sealed chamber 3 becomes equal to the pressure externally produced by the patient’s foot in contact areas. Further, the numbers of contact electrodes 4, which determine the opening coordinate, as well as the pressure measured by the pressure sensor 6 at the time of opening, are fixed by the measuring unit 7. Thus, when cyclic interrogation of the state of the contact electrodes 4 (closed or open) while measuring the pressure in the sealed chamber 3 receive accurate digital data on the distribution of pressure under the loaded sections of the patient’s foot, which can be used to determine basic orthopedic diagnostics sky signs.

Claims

1. A device for measuring the distribution of pressure on the supporting surface of the foot, containing the upper membrane and the lower membrane, contact electrodes located on the inner surfaces of the membranes, a measuring unit connected to the contact electrodes, characterized in that the upper and lower membranes are fastened together, forming a sealed a chamber that is connected to an additionally introduced pressure source and a pressure sensor, while the information output of the pressure sensor is connected to the measuring unit, and between the upper and lower membranes are compounds limiting the vertical mobility of the upper membrane.

2. The device according to claim 1, characterized in that the contact electrodes are made in the form of parallel conductors and are mutually perpendicular.