SI20846A - Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic - Google Patents
Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic Download PDFInfo
- Publication number
- SI20846A SI20846A SI200100081A SI200100081A SI20846A SI 20846 A SI20846 A SI 20846A SI 200100081 A SI200100081 A SI 200100081A SI 200100081 A SI200100081 A SI 200100081A SI 20846 A SI20846 A SI 20846A
- Authority
- SI
- Slovenia
- Prior art keywords
- muscle
- skeletal muscle
- contraction
- muscles
- skeletal
- Prior art date
Links
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 title claims abstract description 165
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 230000008602 contraction Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 210000002027 skeletal muscle Anatomy 0.000 claims abstract description 53
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims abstract description 28
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 claims abstract description 12
- 230000003189 isokinetic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 31
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 claims description 16
- 210000003489 abdominal muscle Anatomy 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 claims description 8
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000003699 striated muscle Anatomy 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000012232 skeletal muscle contraction Effects 0.000 claims description 4
- 241000428086 Mahanarva tibialis Species 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 241001177022 Mastocarpus latissimus Species 0.000 claims description 2
- 241000489861 Maximus Species 0.000 claims description 2
- 241000220619 Megaselia pectoralis Species 0.000 claims description 2
- 241001109967 Micropsectra radialis Species 0.000 claims description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000000062 pectoralis major Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000007794 irritation Effects 0.000 claims 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 18
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 abstract description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002747 voluntary effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 8
- 230000004118 muscle contraction Effects 0.000 description 7
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 5
- 239000000556 agonist Substances 0.000 description 5
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 235000015220 hamburgers Nutrition 0.000 description 4
- 230000004220 muscle function Effects 0.000 description 4
- 230000003387 muscular Effects 0.000 description 4
- 208000018360 neuromuscular disease Diseases 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 239000005557 antagonist Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000001744 histochemical effect Effects 0.000 description 3
- 230000002232 neuromuscular Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 206010003694 Atrophy Diseases 0.000 description 2
- 206010049565 Muscle fatigue Diseases 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000037444 atrophy Effects 0.000 description 2
- 238000001574 biopsy Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000002638 denervation Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 210000003875 slow muscle fiber Anatomy 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 210000002435 tendon Anatomy 0.000 description 2
- 230000001256 tonic effect Effects 0.000 description 2
- 206010001497 Agitation Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000699800 Cricetinae Species 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 206010033799 Paralysis Diseases 0.000 description 1
- 238000002266 amputation Methods 0.000 description 1
- 210000003423 ankle Anatomy 0.000 description 1
- 238000011888 autopsy Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000013170 computed tomography imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000002526 effect on cardiovascular system Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
- 201000006938 muscular dystrophy Diseases 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 231100000915 pathological change Toxicity 0.000 description 1
- 230000036285 pathological change Effects 0.000 description 1
- 238000000554 physical therapy Methods 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000001189 slow twitch fiber Anatomy 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 229910000811 surgical stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010966 surgical stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/389—Electromyography [EMG]
- A61B5/395—Details of stimulation, e.g. nerve stimulation to elicit EMG response
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
- A61B5/4519—Muscles
-
- 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
- A61B5/1101—Detecting tremor
-
- 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
- A61B5/1104—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb induced by stimuli or drugs
-
- 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
- A61B5/1107—Measuring contraction of parts of the body, e.g. organ, muscle
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0247—Pressure sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/389—Electromyography [EMG]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Rheumatology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Predmet predstavljenega izuma je postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic, posredno mišične sile in/ali navora. Postopek in naprava, ki ta postopek udejanja, temeljita na selektivnem merjenju gibanja trebuha skeletne mišice, ki je sorazmerno mišični sili, pri čemer je trebuh skeletne mišice v anatomiji znan izraz za osrednji del mišice. Gibanje oziroma odmik trebuha skeletne mišice za potrebe tega izuma nastane pri hoteni ali z električno stimulacijo izzvani kontrakciji posamezne mišice ali mišične skupine. V posledici izvedenih meritev je moč sklepati na biomehanske lastnosti izmerjene mišice ali mišične skupine. Iz fizike je znano, da je delo mišice sorazmerno produktu odmika in mišični sili; torej kvadratu odmika. Predlagana tehnična izvedba tenziomiografskega merilnega sistema ali naprave in postopki omogočajo relativno primerjavo posameznih mišic po hitrosti krčenja, zadrževanja kontrakcije, sproščanja, vsebnosti tipa vlaken, maksimalne mišične sile in vzdržljivosti. Glavna prednost naprave tenziomiografa pred napravami v današnjem stanju tehnike je selektivnost za posamezne mišice, preprosto umerjanje in uporaba. Tenziomiograf je namenjen predvsem meritvam v izometričnih pogojih v kombinaciji z mehanskimi opornicami in drugimi komercialno dostopnimi napravami pa tudi izotoničnih in izokinetičnih pogojih.ŕ
Description
OPIS IZUMA
Področje tehnike
Biologija, biomehanika, merilna tehnika.
Prikaz problema
V vsakdanji praksi (fizioterapija, profesionalni šport ipd.) je pogosto nujno potrebno predvideti dinamične kontraktilne lastnosti mišic iz katerih je moč med drugim določiti mišično silo ali navor, s katerimi mišice delujejo na sklepe, na katere so pripete. Ker pa so mišice integralni del človeka, je vsako invazivno poseganje vanje pogosto v nasprotju z namenom pridobivanja rezultatov (tako npr. ne gre, da bi športniku z biopsijo jemali mišična vlakna, saj bi mu povzročali bolečino in ga prisili v mirovanje, dokler se rana po takem posegu primerno ne zaceli). Prav tako je pomembno ločiti učinke posameznih mišic oziroma njih sklopov.
Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je tak postopek in taka naprava za merjenje dinamičnih kontraktilnih lastnosti skeletnih mišic, ki ne bo invazivna, in ki bo omogočala karseda natančno določanje učinka posamezne mišice ali mišičnega sklopa, bo torej selektivna.
Stanje tehnike
Pri današnjem stanju tehnike poteka določanje tipov vlaken z histokemičnimi in imunocitokemičnimi tehnikami na vzorcih mišice vzetih z biopsijo. Določanje temelji na reakciji miofibrilarne adenozintrifosfataze (M-ATP-aze), ki temelji na delu (R. Close-a 1965) in (M. Baranyja 1967). Tehnika je zelo invazivna in kot taka neprimerna za rutinsko uporabo. Zato je Burke (1976) s sodelavci predlagal razvrstitev motoričnih enot skeletnih mišic mačke glede na fiziološko določen čas kontrakcije pri nepopolni tetanični kontrakciji glede na test utrujanja na počasne (slow - S), hitre (fast fatigueresistant -FR) in hitre utrudljive (fast fatigable - FF). Tri osnovne vrste mišičnih vlaken med seboj razlikujejo v vzdražljivosti, metabolizmu, lastnostih odziva na posamičen kratek impulz in stopnji utrudljivosti. (Wetzel in Gros 1998) sta na prepariranih mišicah podgan, miši in hrčkov pokazala, da obstaja povezava med mišično silo in znotrajcelično koncentracijo kalcija med mišicami z različno vsebnostjo prevladujočih tipov vlaken. Razlike med vlakni nastanejo v prvih tednih življenja, ko nastajajo mišična vlakna in se oživčujejo. Možne pa so tudi kasnejše spremembe vlaken zaradi živčnomišičnih oboljenj, športnega treniranja, denervacije ali uporabe električne stimulacije.
Natančno, neposredno merjenje lastnosti in delovanja skeletnih mišic je pri mogoče z razmeroma invazivnimi metodami. Biomehanske lastnosti, na primer mišično silo (Buschman et.al. 1996) mehanske lastnosti (Rassier, 1998), lastnosti krčenja (Olson & Marsh, 1992) so najlažje in natančno merili na živalskih mišicah. Pri človeku merimo biomehanske lastnosti skeletnih mišic posredno preko merjenja mišične sile ali navora v sklepih (Clarkson in Gilewich, 1989), ki sta operacionalizirala definicijo mere za mišično jakost (muscle strenght) s tem, daje mišična jakost največji navor ali sila, ki jo zmore posamezna mišica ali mišična skupina s hotenim krčenjem z največjim naporom. Pri tem morajo biti določeni vrsta kontrakcije, hitrost giba in kot v sklepu. Za idealno uresničitev take meritve bi morali merilno napravo neposredno vpeti na mišično tetivo. Četudi so bile take meritve narejene (Komi, 1990), so praktično neuporabne v klinični praksi in v procesu športnega treniranja. Zato so v rabi indirektne metode, s katerimi približno ocenjujejo jakost mišice ali mišične skupine.
Mišice delujejo v skupinah. Klasificiramo jih glede na vlogo skupine pri povzročanju giba. Iztegovalke, agonisti so mišice ali mišične skupine, ki največ prispevajo k gibanju v sklepu. Upogibalke, antagonisti so mišice ali mišične skupine, ki so aktivne v nasprotni smeri. Antagonisti sproščajo gibe delov telesa, ki so jih naredili agonisti. Sinergisti so pomožne mišice, ki sodelujejo z agonisti, da so gibi koordinirani, stabilizirajo sklepe, preprečujejo neželene gibe, v povezavi z agonisti naredijo gibe, ki sicer ne bi bili mogoči samo z agonisti.
Pri merjenju in biomehanskih lastnosti skeletnih mišic moramo vedno navesti v kakšnih pogojih smo naredili testiranje. Med pogoje giba, ki vplivajo na merjenje so: dinamičnost, isometričnost, statičnost, isotoničnost, koncentričnost, ekscentričnost, isokinetičnost in isoinertnost. Definicije pogojev nekoliko varirajo, vendar so večinoma sprejete po viru (Kroemer, 1991). Na merjenje jakosti mišic vplivajo poleg naštetih pogojev tudi zmogljivosti živčevja, da sinhrono vzdraži več motoričnih enot, kar je odvisno od treniranosti merjenca. Na neponovljivost in standardizacijo merjenja jakosti mišic in druge biomehanske lastnosti z mehanskimi opornicami, ki so pritrjene na segmente okončin, vpliva še: položaj vpetja, trdnost vpetja, anatomsko spreminjanje osi vrtenja v sklepih udov, kot v sklepu in dolžina segmenta okončine ter relacija med napetostjo in dolžino mišice (Soderberg, 1992). Poseben problem je merjenje jakosti mišic, ki gibajo več kot en sam sklep.
V delu (Sukop & Nelson, 1974) navajajo, da je mišična sila sorazmerna kontrakcijskemu času. Daljši kontrakcijski čas od začetka kontrakcije do maksimalne napetosti pomeni večjo mišično silo. Temu pravijo relacija med silo in časom kontrakcije (force-time relationship). Mehanska napetost v tetivi bo dosegla najvišjo vrednost šele po preteku določenega časa, ob ustreznem krčenju, ponavadi šele po preteku 300 ms. Na meritve z mehanskimi opornicami vplivajo še motivacija, spol, starost, utrujenost, čas v dnevu, temperatura, poklic, dominantnost in po drugi strani: se spremenijo funkcije mišice zaradi bolečine, prenapetosti, imobilizacije, neaktivnosti, poškodb, paralize in drugih patoloških sprememb živčnomišičnega sistema. V klinični uporabi sta najpogosteje v rabi ročni in funkcionalni mišični test (Admudsen, 1990). Bolj objektivno je merjenje z merilniki sile (linearna količina) in merilniki navora v sklepu (rotacijska količina).
Merilne metode za določanje mišične sile ali navora v sklepih so tehničen problem, ki ga lahko rešimo s tehnično izvedbo naprave in postopka za merjenje biomehanskih lastnosti skeletnih. Pri današnjem stanju tehnike v ta namen uporabljajo naslednje naprave in postopke, ki imajo vsaka svoje prednosti in pomanjkljivosti. Delijo jih v dve večji kategoriji. Prva, meri lokalne mišične skupine, na primer fleksorje komolca, in druga meri več mišičnih skupin, ki sodelujejo pri kompleksnih gibih, na primer pri vstajanju. Nobena izmed metod nima pred drugo odločilnih prednosti in ni v splošni rabi. Zaradi enostavnosti in hitrosti merjenja je v klinični praksi najpogosteje v rabi metoda ročnega mišičnega testa (manual muscular test MMT), ki ga naredijo v izometričnih pogojih s preprosto fiksacijo okončine. Test je približen, subjektiven in le delno selektiven. Delno se da izboljšati z uporabo modelov in drugimi inženirskimi analizami ter uporabo inštrumentov in naprav za merjenje jakosti mišic (Amundsen, 1990). Znani inštrumenti, naprave in tehnike za testiranje mišne jakosti v standardiziranih pogojih so: dvigovanje maksimalne uteži lx ali 10x. Metoda je enostavna, poceni vendar daje le informativne podatke o mišicah, ki pri dviganju sodelujejo. Meritev nas ne informira o hitrostih kontrakcije.
Ročni dinamometer. Merilec drži napravo v izvedbi s hidravliko, vzmetmi ali z uporovnimi lističi v roki. Merjenec naredi maksimalni poteg s silo nasproti merilcu v izometričnih ali ekcentričnih pogojih. Naprava je prenosna, relativno poceni, komercialno je dosegljiva. Možne so elektronske izvedbe in natančne digitalna merjenja. Pomankljivost naprave so težave pri fiksaciji segmentov okončin ali telesa, zato je meritev subjektivna, odvisna od merilca, posebej pri merjenju močnejših oseb. Naprava ne daje podatkov o dinamiki krčenja mišic in je neselektivna za posamične mišice, posebej pri osebah z zmanjšano zmožnostjo krčenja mišic.
Žični tenziometer. En konec žice je pritrjen na fiksni nosilec, drug konec pa na segment okončine. Naprava meri izometrično silo. Uporablja se pretežno v raziskovalnih laboratorijih, je poceni, zanesljiva pri uporabi na zdravih merjencih. Pomanjkljivost je premajhna občutljivost pri nizkih jakosti mišične sile. Naprava ne daje podatkov o dinamiki krčenja mišic in je neselektivna za posamične mišice.
Naprava z uporovnimi lističi - mehanske merilne opornice. Naprava deluje na principu spremembe električne prevodnosti zaradi mehanske deformacije uporovnih lističev, ki so pritrjeni na kovinski obroč ali palico. Naprava meri izometrično silo. Pomanjkljivost je, da moramo uporovne lističe pogosto umerjati, občutljivi so na spremembe temperature. Naprave niso pogosto v rabi v kliničnem okolju, poredkoma so komercialno dosegljive, so drage. Problemi nastopajo pri pritrditvah naprave na merjenca, kar zmanjšuje natančnost meritev.
Izokinetični dinamometer. Omogoča merjenje sil pri konstantni hitrosti rotacije sklepov med 0 0 in 500° na sekundo. Omogoča merjenja v izokinetičnih concentričnih in izokinetično ekscentričnih pogojih. Namenjeno je za meritve močnih oseb. Uporablja se v klinični praksi kot terapevtska in trenažna naprava. Naprava je velika in draga, potrebuje kalibracijo z zunanjimi utežmi. Problem je, ker se morajo osi naprave ujemati z osmi sklepov, kar je praktično nemogoče. Meritve z eno napravo ne moremo primerjati z meritvami na drugi napravi. Naprava ni uporabna za zelo visoke in nizke osebe. Prav tako je neselektivna glede posamičnih mišic in mišičnih skupin.
Naslednja skupina naprav je namenjena za merjenje hitrosti gibov telesa ali segmentov telesa. Hitrosti so pomembne tako za opravljanje vsakdanjih aktivnosti, posebej pri športu in se spremenijo pri osebah z zmanjšanimi telesnimi zmožnostmi zaradi okvar, poškodb ali živčnomišičnih bolezni.
Hitrosti gibov so odvisne od hitrosti kontrakcije mišic. Hitrost kontrakcije je v zvezi s tem kako hitro mišica generira notranjo mehansko napetost. Ta hitrost je odvisna od tipa mišičnih vlaken, ki sestavljajo mišico. Hitrosti gibov so odvisne od: mase segmentov telesa, dolžine mišice, utrujenosti, temperature, trenja, gravitacijskih sil, vztrajnosti in vrste fizioloških faktorjev same mišice, ki smo ji že razčlenili.
Merjenje hitrosti segmentov telesa temelji na merjenju linearnih premikov segmenta v določeni smeri ali pa merjenju kotov v sklepu v časovni enoti. Inštrumenti za merjenje hitrosti so: pritiskovne plošče s stikali, elektrogoniometrski sistemi, kinematografske tehnike, optoelektronske naprave za spremljanje gibov, video snemalne naprave, akcelerometrske naprave, kjer dobimo hitrosti z integracijo pospeškov. Obstajajo naprave s tridimenzionalnimi akcelerometri, preprosta je njihova pritrditev tudi na mehke dele telesa. Njihova cena je visoka a sprejemljiva.
Znano je, če povečamo silo nasproti gibu, se zmanjša hitrost. Iz tega sledi, da mora biti breme definirano. Zaradi anatomskih, antropometričnih, zahtevne kalibracije, sinhronizacije inštrumentacije, resolucije, vibracij, posebnosti posameznika je to praktično nemogoče zagotoviti. Ti problemi povzročajo velike merilne napake in predstavlja poseben tehničen problem. (Robertson & Springs, 1987).
Poseben tehnični problem je izdelava naprave za meritve utrujanja in s tem povezane vzdržljivosti mišic. Razlikujemo splošno vzdržljivost- odvisna je od kardiovaskularnega in nevromuskularnega sistema in številnih fizioloških procesov v telesu. Druga je absolutna vzdržljivost - je definirana s časom, ko živčnomišični sistem zmore narediti določen napor nasproti konstantnemu uporu ali bremenu ne glede na jakost mišice. Relativna izotonična vzdržljivost mišic je podobna absolutni vzdržljivosti, le da jo normiramo z jakostjo mišice. Naštete vzdržljivosti med seboj korelirajo in so v zvezi tudi z načinom kontrakcije. Z drugimi besedami, obstaja statistično značilna korelacija med izotonično mišično jakostjo in absolutno izotonično vzdržljivostjo, kakor tudi med mišično jakostjo in relativno mišično vzdržljivostjo. Podobne relacije veljajo tudi za izometrične jakosti in vzdržljivosti (Jensen & Fisher, 1979).
Na merjenje vzdržljivosti, ali inverzne mere, utrujenosti, vpliva več dejavnikov, ki so v glavnem povezani z vsebnostjo različnih tipov mišičnih vlaken. Mišice sestavljajo počasna in vzdržljiva vlakna tipa I (S), hitra na utrujanje odporna vlakna tipa Da (FR) in hitra in hitro utrudljiva vlakna tipa II b (FF). Mišične kontrakcije, ki trajajo več kot 10. s in manj kot 2 minuti so primerne za merjenje lokalne mišične vzdržljivosti. (Astrand & Rodal, 1977).Trajanja kontrakcij daljša od 2 minuti bodo prizadela tudi počasna vlakna tipa I. pri dinamičnih hotenih podmaksimalnih kontrakcijah trajanja med 2 in 6 minutami se bodo utrudila tudi hitra a neutrudljiva vlakna (FR) in počasna vlakna (S). Pri postopku merjenja utrujanja moramo upoštevati prekrvavitev, breme, živčnomišične mehanizme, kontrakcijsko silo in hitrost ponovitev testiranja.
Vzdržljivost nam pove, kako dolgo lahko merjenec izvaja določeno aktivnost. Osnovna merska količina za vzdržljivost je torej čas. Pri sami meritvi moramo standardizirati, nadzorovati in zato meriti tudi druge faktorje: silo ali navor, hitrost, in kote v sklepih. Tako zagotovimo stalne pogoje za merjenje vzdržljivosti. Mera vzdržljivosti je lahko kar število ponovitev kontrakcij, ko maksimalni navor ali sila padeta za 20%, 25% ali 50%. Na ta način ne moremo razlikovati relativne in absolutne vzdržljivosti. Zgodi se, da starejši merjenec ali oseba z atrofijo določenega tipa vlaken naredi več ponovitev preden se zmanjša mišična sila navor za 50%, kot mlajša, zdrava oseba. Nekatere izokinetične naprave merijo delo pri ponovitvah gibov, običajno 25. Problem je, da v izometričnih pogojih naprava z mehansko oporo ne meri dela, ker ni gibov.
Delovanje mišice na celičnem nivoju je pogosto omejeno na merjenje funkcij ustrezno pripravljenih živalskih preparatov skeletnih mišic (Jackman, 1997), včasih tudi za konkretno uporabo in primerjavo z lastnostmi človeške mišice, kjer so uporabljene le neinvazivne merilne metode (Mietysch et al, 1998). Podobno tudi biomehanske lastnosti, na primer mišično silo (Buschman et al, 1996), mehanske lastnosti (Ettema, 1996, James et al, 1994), lastnosti krčenja (Olson & Marsh, 1993) in druge značilnosti mišic najlažje in najbolj natančno merijo na živalskih mišicah. Pri človeku lastnosti mišic merimo posredno preko merljive veličine, ki je povezana z različnimi, sicer samo invazivno merljivimi lastnostmi mišice. Včasih si za natančne invazivne merilne metode na ljudeh lahko pomagamo z merjenjem na kadavrih (Chan, 1998, Mitsiopoulos, 1997), vendar so takšna merjenja etično vprašljiva in redko sprejemljiva. Meritev strukture skeletnih mišic s histokemično analizo tkiva je na ljudeh vedno bolj redka in se največkrat omejuje na meritve strukture bolezensko ali drugače prizadetih mišic (Castro, 1998).
Obliko mišice lahko neinvazivno dovolj natančno določimo z računalniško tomografijo ali magnetno resonanco (Mietysch et al, 1998, Mitsiopoulos, 1997). Kot oceno delovanja mišice znanstveniki in tudi zdravniki pri zdravniški praksi običajno spremljajo potek mišične sile med procesom krčenja mišice. Z neinvazivnimi merilnimi metodami največkrat posredno merijo silo preko navora v sklepu, ki ga merjena mišica premika (Donaldson et al, 1999), ali preko elektrine aktivnosti skeletne mišice z merjenjem elektromiograma (Siegler, 1982).
Meritev mišične sile posredno preko meritve navora v sklepu je neselektivna in za natančno merjenje običajno zahteva zapleteno merilno opremo, ki se za različne sklepe razlikuje (Donaldson et al, 1999). Meritev elektromiograma (EMG) je po drugi strani selektivna, vendar daje podatke o količini aktiviranih mišičnih vlaknih. Iz EMG signala je težko sklepati na velikost mišične sile, saj je povezava med EMG signalom in mišično silo za različne mišice različna in je lahko odvisna od kota v sklepu (Caldwell, 1989) in drugih lastnosti mišic. Za natančnejšo analizo EMG signala pa so potrebna zahtevna matematična orodja (Saitou et al, 1999). Za analizo posredno merjenih veličin si zato največkrat pomagamo z modelom delovanja skeletne mišice, ki zajema znane lastnosti skeletnih mišic, ki so bile preizkušene običajno na živalskih mišicah in merjene podatke, dobljene z neinvazivnimi merilnimi metodami na človeku.
Opis nove rešitve
Predmet predstavljenega izuma sta postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic.
V uvodu zapisani tehnični problem neinvazivnega in selektivnega merjenja časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic rešimo s postopkom in napravo, ki ga za potrebe te prijave imenujemo tenziomiografska merilna naprava oz. tenziomiograf in postopek oziroma s kratico TMG. Iz časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mičic je moč sklepati na kontraktilne lastnosti mišic, hkrati pa ni odveč zapisati, da je navor v sklepu premosorazmeren odmiku senzorja, kot opisanega v tej prijavi.
Postopek in naprava, ki ta postopek udejanja, temeljita na selektivnem merjenju gibanja trebuha skeletne mišice, ki je sorazmerno mišični sili, pri čemer je trebuh skeletne mišice v anatomiji znan izraz za osrednji del mišice. Gibanje oziroma odmik trebuha skeletne mišice za potrebe tega izuma nastane pri hoteni ali z električno stimulacijo izzvani kontrakciji posamezne mišice ali mišične skupine. V posledici izvedenih meritev je moč sklepati na biomehanske lastnosti izmerjene mišice ali mišične skupine. Iz fizike je znano, da je delo mišice sorazmerno produktu odmika in mišični sili, torej kvadratu odmika. Predlagana tehnična izvedba tenziomiografskega merilnega sistema ali naprave in postopki omogočajo relativno primerjavo posameznih mišic po hitrosti krčenja, zadrževanja kontrakcije, sproščanja, vsebnosti tipa vlaken, maksimalne mišične sile in vzdržljivosti. Glavna prednost naprave tenziomiografa pred napravami v današnjem stanju tehnike je selektivnost za posamezne mišice, preprosto umerjanje in uporaba. Tenziomiograf je namenjen predvsem meritvam v izometričnih pogojih v kombinaciji z mehanskimi opornicami in drugimi komercialno dostopnimi napravami pa tudi izotoničnih in izokinetičnih pogojih, pri čemer so izrazi izometrični, izotonični in izokinetični izrazi, splošno znani iz biomehanike.
Tenziomiograf - naprava, ki je predmet izuma lahko nadomesti dosedanje načine merjenja kontraktilnih lastnosti, ki so bodisi invazivne in se izvajajo na izoliranih mišicah ali pa so neselektivne, ker temeljijo na meritvah mehanskega navora, pospeškov segmentov telesa ali kotov v sklepih. Praviloma povzroča navor v sklepih več mišic in mišičnih skupin. Zato je prednost naprave za detekcijo kontraktilnih lastnosti mišic večja selektivnost za posamične mišice v primerjavi z meritvami navorov v sklepih.
Naslednja odločilna prednost naprave za detekcijo kontraktilnih lastnosti mišičje, daje izvedba naprave za detekcijo kontraktilnih lastnosti mišic enaka za vse skeletne mišice okončin in trupa pri človeku. Pri merjenju navorov pa moramo za vsak sklep imeti posebno mehansko opornico za in mehansko konstrukcijo za pritrditev okončin in trupa pri človeku.
Pomembna prednost meritev z napravo za detekcijo kontraktilnih lastnosti mišic je poleg neinvazivnosti, selektivnosti in enostavnosti uporabe tudi občutljivost. Naprava zaznava šibke kontrakcije v skeletni mišici, ki jih meritve navora v sklepu ne zaznajo. Tako lahko detektiramo kontrakcije oslabelih mišic zaradi živčnomišičnih obolenj, denervacije, ali atrofije zaradi daljše neaktivnosti mišic. Šibkih kontrakcij skeletnih mišic meritve z merilniki navorov sklepu me zaznajo.
Ideja merilne metode je nastala pri meritvah odzivov mišic otrok z mišično distrofijo (Valenčič 1990). Kot oceno napredovanja bolezni zdravniki merijo odziv mišice na
-1010 električno stimulacijo s kratkimi električnimi dražljaji na primer mišice tibialis anterior, ki oslabi v začetni fazi razvoja bolezni. Pri merjenju odziva si običajno pomagajo z merjenjem navora - pri mišici m. tibialis anterior navora v gležnju. Pri taki meritvi se pogosto zgodi, da je odziv manj prizadetih okoliških mišic, predvsem antagonističnih mišic, močnejši. Z meritvijo navora v tem primeru izmerimo odziv močnejših mišic, čeprav zdravnik lahko otipa tudi odziv šibke mišice tibialis anterior. Zdravnikov tip lahko nadomestimo z merilnikom premikov, ki zazna odmik trebuha skeletne mišice in objektivno izmeri njegovo velikost in časovni potek.
Postopek merjenja odmika trebuha skeletne mišice poteka tako, da merilnik premikov namestimo na kožo nad merjeno mišico radialno na smer krčenja mišice. Pri ozkih in dolgih skeletnih mišicah, npr. m. radialis, m. fleksor digitorum superficialis, m. tibialis anterior, m. erector spinae, m. triceps brachii ipd. nastavimo merilnik premika v bistvu na mesto, kjer predvidimo največji odmika trebuha skeletne mišice. Pri velikih ploščatih mišicah kot je npr. m. gluteus maximus, m. soleus, m. latissimus dorsi in m. pektoralis major ipd. se merilna napaka zmanjša, če pri vseh merjenih osebah nastavimo merilnik na točko, določeno glede na postavitev okoliških kosti (Burger et al, 1997). Najprimernejše rezultate dobimo, če nastavimo merilnik odmika v bistvo na mesto ali v bližino mesta največje odebelitve ploščate mišice.
Merilnik premikov trebuha mišice, za potrebe te prijave imenovan tudi senzor, ki ga uporabljamo pri meritvah, je induktivni ali optični senzor premika, ki ima vgrajeno vzmet, tako da na merjeno površino pritiska z vnaprej določenim pritiskom. Za potrebe te prijave je premik trebuha mišice, premik mišice, ali odmik trebuha mišice tista sprememba debeline trebuha skeletne mišice, ki je posledica kontrakcije te skeletne mišice, povzročene s stimulacijo, ki je lahko bodisi hotena, bodisi povzročena od zunaj, običajno z električnim dražljajem. Primeroma navedena tipična konstanta vzmeti v senzorju je med 0,1 in 0,5 N/mm, primeroma 0,17 N/mm, kar pri začetnem odmiku in površini uporabljenega tipala senzorja, povzroči začetni pritisk približno med 2 in 400 x 10E-3 N/mm2, primeroma 15OxlOE-3 N/mm2 Primeroma je začetni odmik lahko 10 mm, površina uporabljenega tipala senzorja pa 113 mm2. S koračnim motorčkom ali z ročno nastavitvijo zagotovimo vedno enak začetni pritisk senzorja prej primeroma
-1111 opisani na trebuh mišice. Na ta način, ob upoštevanju stimulacijskega praga, pri določeni postavitvi stimulacijskih elektrod in tipala kalibriramo občutljivost senzorja.
Merilna metoda omogoča merjenje hotenega krčenja skeletne mišice ali odziva mišice na električno draženje preko površinskih stimulacijskih elektrod, saj je krčenje mogoče narediti hoteno ali še bolj ponovljivo s električno stimulacijo s posamičnimi električnimi dražljaji ali s frekvencami ki jih generira vir impulzov, ki so nižje od tetaničnih ali pa so tetanične, ko študiramo procese utrujanja mišic, pri čemer je izraz tetaniČno definiran v nadaljevanju. Električno draženje je primeroma sestavljeno iz posameznega kratkega enosmernega električnega dražljaja trajanja 0,5 do 2 milisekunde, primeroma 1 ms, in napetosti 10 do 50 V, (za napetosni vir) in 5 do 25 mA (za tokovni vir) nad pragom odziva mišice. Kot prag odziva v tem primeru štejemo najnižjo napetost/tok stimulacije, pri kateri z merilnikom odmika izmerimo odmik trebuha skeletne mišice. Razen posamične električne stimulacije, uporabljamo tudi tetanično stimulacijo. Pri poviševanju frekvence posameznih dražljajev se mišica med dvema dražljajema ne more več povsem sprostiti, odziv mišice pa se začne povečevati. Takemu odzivu mišice rečemo nepopolna tetanizacija. Kadar je stimulacijska frekvenca dovolj visoka, so posamezni odzivi mišice povsem zliti, izmerjeni odziv mišice je gladek. Takemu odzivu rečemo popolna tetanizacija odziva skeletne mišice. Tetanična frekvenca je tista, pri kateri je mišica popolnoma tetanizirana.
Ugotovljeno je bilo, da izmerjena stimulacijska frekvenca tetanizacije različna za hitro in za počasno skeletno mišico. Stimulacijska frekvenca tetanizacije hitre mišice je višja od frekvence tetanizacije počasne mišice. Pri vmesni frekvenci stimulacije lahko opazujemo ločen odziv hitrih in počasnih vlaken. Počasna vlakna imajo odziv že gladek, hitra vlakna pa še ne. Pri daljši stimulaciji s tako frekvenco opazimo utrujanje hitrih vlaken, katerih odziv se po nekaj dražljajih zmanjša (Kerševan 1999). S postopkom tetanizacije je moč določiti povprečno hitrost odziva merjene skeletne mišice.
Merilna metoda odmika trebuha skeletne mišice je bila primerjana z meritvijo navora (Burger et al, 1997, Kogovšek, 1993) in meritvijo EMG signala (Kogovšek, 1991, Knez
-1212 et al, 1999). Pri primerjavi meritve navora v sklepu, ki ga premika merjena mišica in odmika trebuha mišice, smo izmerili proporcionalno povečevanje navora in odmika trebuha mišice pri povečevanju stimulacijske napetosti in tudi približno proporcionalno povezavo med največjim navorom in največjim odmikom pri odzivu na posamični električni dražljaj. Primerjava med efektivno vrednostjo EMG signala in odmika trebuha mišice pri hotenem krčenju mišice kaze na proporcionalno povezavo pri dinamičnem povečevanju sile mišice, ki je odvisna od utrujenosti mišice. Bolj kot je mišica utrujena, večja efektivno vrednost EMG signala je potrebna za enak odmik trebuha mišice. Pri povečevanju statične obremenitve mišice med efektivno vrednostjo EMG signala in odmikom trebuha skeletne mišice obstaja funkcionalna povezava (Knez et. al, 1999). Pri tem ni odveč poudariti, da v nobenem od citiranih člankov in prispevkov ni bilo razkrito bistvo izuma, temveč le primerjana TMG metoda z drugimi.
Večletne meritve odziva trebuha skeletne mišice so pokazale, da je dvižni čas odziva trebuha mišice na kratek električni dražljaj povezan s hitrostjo mišice (Valenčič in Knez, 1997). Dvižni čas odziva je definiran kot čas vzpona odmika trebuha mišice od 10% na 90% največje vrednosti odmika trebuha mišice. V okviru doktorske disertacije mag. R. Dahmane na Medicinski fakulteti Univerze v Ljubljani je potekala tudi histokemična analiza sedmih mišic na vzorcu 15 oseb, vzeta pri autopsiji. Podobnemu vzorcu zdravih 15 oseb smo izmerili odzive istih skeletnih mišic z merilnikom odmikov trebuha mišice. Statistična analiza rezultatov obeh meritev je pokazala, daje dvižni čas odziva skeletne mišice visoko koreliran (empiričen korelacijski koeficient r = 0,93 je statistično značilen s stopnjo tveganja alfa < 0,05) z odstotkom mišičnih vlaken tipa I, kar daje zaupanje v rezultate, dobljene s predmetom izuma.
Postopek in naprava po izumu omogočata meritve odzivov vseh površinskih skeletnih mišic, tudi mišic trupa, ki jih je z meritvijo navora težko meriti, ali pa je za meritev potrebna zahtevna merilna oprema. Med drugim je tako omogočena meritev mišice latissimus dorsi, ki se uporablja v kardiologiji za asistenco srcu in ji je v času priprave na presaditev (Gustafson, 1997) zelo pomembno meriti biomehanske lastnosti. Merilna metoda se že vrsto let uspešno uporablja v zdravstvene namene za spremljanje lastnosti skeletnih mišic bolnikov z živčno mišičnimi boleznimi (Knez et al, 1999), pri osebah po
-1313 amputaciji (Burger, 1995, Burger et al, 1997). V zadnjem času merilno metodo pri svojem delu uporabljajo slovenski športni trenerji vrhunskih športnikov za izboljšanje metod športnega treniranja (Valenčič et al, 1998, Valenčič & Godina, 1998, Djordjevič et al, 1998, Knez et al, 1999). V namen izboljšanja treningov poteka mnogo raziskav vplivov utrujanja na lastnosti skeletne mišice (Praprotnik et al, 1999).
Podrobneje je bistvo izuma pojasnjeno v nadaljevanju z opisom izvedbenih primerov in priloženih skic, pri čemer so skice del pričujoče patentne prijave in je na skicah prikazano:
Skica 1 prikazuje shemo naprave po izumu, pri čemer je viden generator impulzov (1), par bipolarnih elektrod (2, 3), senzor odmika (4) s tipalom (5) in nastavkom (6), elektronski pretvornik (7), računalniški procesor (8), par vodnikov (9), trebuh mišice (10).
Skica 2 prikazuje definicije značilnih parametrov, pri čemer so le-ti definirani s tabelo
1.
| Para | Opis | Enot |
| Td | Zakasnilni čas po stimulusu | ms |
| Ti | Začetni čas | ms |
| Tc | Čas kontrakcije | ms |
| Ts | Čas zadržka | ms |
| Tr | Čas sprostitve | ms |
| Tb | Čas dosega amplitude | ms |
| AOI | Razmerje časov | % |
| AVI | Razmerje amplitud | % |
Tabela 1.
Na skici 2 so prikazane krivulje za tonično, intermedialno in fazično mišico. Tonična mišica je mišica, ki vsebuje pretežno počasna mišična vlakna. Intermedialna mišica je mišica, ki vsebuje približno enako število hitrih in počasnih mišičnih vlaken. Fazična mišica je mišica, ki vsebuje pretežno hitra mišična vlakna.
Skica 3 prikazuje položaj merjenca med merjenjem, pri čemer je viden generator impulzov (1), par bipolarnih elektrod (2, 3), senzor odmika (4) s tipalom (5) in
-1414 nastavkom (6), elektronski pretvornik (7) in računalniški procesor (8), ter par vodnikov (9).
V izvedbenem primeru obsega naprava odmika (4) z osjo (5) hoda med 5 in 70 mm in nastavkom (6) premera med 2 in 40 mm. Nastavek (6) preko vgrajene vzmeti v senzorju odmika se nastavi tako, da pritiska na trebuh mišice s silo, najpogosteje med 0,1 N do ION.
Postopek (TMG) sestoji iz določitve območja trebuha mišice (10), ki se ob krčenju premakne v radialni smeri, postavitve bipolarnih elektrod (2) in (3), preko katerih se električno stimulira mišico s tokom, ki je v obsegu od najpogosteje 1 do 110 mA s frekvenco posamičnih električnih impulzov frekvence najpogosteje od 0.01 do 50 Hz in trajanja najpogosteje od 0,1 do 100 ms, ki jih generira elektronski generator impulzov (1) kot vir impulzov, ki je povezan z vodnikoma (9). Časovni potek radialnega odmika trebuha pri krčenju mišice zajema elektronski v pretvornik v računalniku (7) in posreduje podatke računalniškemu procesorju (8) za obdelavo signalov, ki izloči značilne parametre iz časovnih potekov.
Naprava je v posebnem izvedbenem primeru z monopolarno stimulacijo lahko tudi integralna elektroda, sestavni del nastavka (6), lahko pa tudi integralna monopolarna elektroda v izvedbi iz poluretana s prevleko na zunanji strani iz kirurške, nerjaveče pločevine.
V izvedbenem primeru je naprava za izvajanje postopka po izumu, torej postopka za detekcijo kontraktilnih lastnosti mišic izvedena s senzorjem odmika, ki je označen s tem, da naprava obsega: vsaj en generator električnih impulzov (1), vsaj en par stimulacijskih elektrod (2) in (3), vsaj en senzor odmika (4) (lahko izveden z diferencialnim transformatorjem ali z optično letvijo), elektronski pretvornik časovnih potekov signalov (7), ki jih detektira senzor odmika, računalniški procesor (8), ki izloča značilne parametre iz časovnih potekov signalov.
-1515
V izvedbenem primeru daje generator električne impulze v obsegu od 1 do 110 mA, s frekvenco posamičnih električnih impulzov frekvence od 0.01 do 50 Hz in trajanja od 0,1 do 100 ms. V senzorju (4) je vgrajena vzmet, ki deluje tako, da potiska os tipala proti trebuhu mišic s silo med 0,1 do 10N. Hod senzorja (tipala) je med 5 in 70 mm, premer nastavka (6), s katerim se dotika merjenca pa 2 do 40 mm. Za doseganje primernih učinkov po izumu je najbolje, če je začetni premik tipala (6) v trebuh mišice med 0,1 do 20 mm. Potrebno je poudariti, da v tem odstavku zapisan nabor parametrov v ničemer ne omejuje predmet izuma in je naveden zgolj primeroma za doseganje najboljših avtorjem znanih učinkov.
Pri tem je postopek namestitev elektrod tipično pri bipolarni električni stimulaciji proksimalno ali distalno od trebuha mišice, ali na trebuh mišiče pri monopolarni stimulaciji z distalno oddaljeno elektrodo na okončini.
Značilni parametri časovnih potekov odzivov trebuha mišice na posamične električne dražljaje so čas zakasnitve Td, čas kontrakcije Γ , čas zadržka Tx, čas relaksacije Tr, in maksimalni odmik dmah, čas dosega amplitude Th, razmerje časov AOI in razmerje amplitud AVL Ti značilni parametri so razvidni iz slike 2 in tabele 1 in se v izogib ponavljanju avtorji nanje v celoti sklicujejo in jih vključujejo v to prijavo z referenco. .
Izgradnja prikazane naprave v posebnem izvedbenem primeru je mogoča tudi s standardnimi elementi, ki jih je moč kupiti, npr. z Dc-Dc magnetnim transducerjem družbe Trans-Tek, Inc., model #0353-000, ki je mehanične konstrukcije, le da je vrh tipala potrebno zamenjati z diskom (nastavkom (6)) premera 8 mm. S tako napravo so bili optimalni rezultati doseženi z začetnim pomikom 5 do 15 mm v trebuh mišice.
Kot primer elektronskega pretvornika (7) izumitelji navajajo analogno-digitalni pretvornik, znan iz regulacijske tehnike. Računalniški procesor (8) je uporabljen za pretvorbo v digitalno obliko pretvorjenih signalov merilnika, obdelavo le teh in prikaz le-teh, vse po vnaprej pripravljenem računalniškem programu.
-1616
Tudi drugačen nabor parametrov, ki rezultira v začetnem tlaku približno 1,07 N/cm , bo po mnenju izumiteljev dal dovolj natančne rezultate, saj prav navedeni tlak predstavlja primerno kalibracijsko točko merilnika.
Razumljivo je, daje mogoče opisano rešitev izvesti tudi v drugačni oblikovni izvedenki, ki ne spreminja bistva izuma.
Za TMG-BMC d.o.o.
Dr. Jure Marn, univ.dipl.inž., univ.dipl.prav.
Claims (22)
- PATENTNI ZAHTEVKI1. Postopek za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic, označen s tem, da obsega namestitev merilnika spremembe debeline trebuha skeletne mišice na kožo nad merjeno mišico, kontrakcijo merjene skeletne mišice povzročeno s stimulacijo merjene skeletne mišice, in meritev spremembe debeline trebuha skeletne mišice kot posledico kontrakcije skeletne mišice pri čemer je delo mišice v bistvu sorazmerno kvadratu odmika definiranega kot velikost spremembe debeline trebuha skeletne mišice kot posledica kontrakcije skeletne mišice.
- 2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, daje stimulacija merjene mišice izvedena z zunanjim dražljajem, običajno z električnim dražljajem.
- 3. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, daje frekvenca zaporednega električnega draženja približno enaka tetanični frekvenci, s čimer se določi povprečna hitrost odziva mišice.
- 4. Postopek po zahtevku 2 ali 3, označen s tem, daje z meritvami dvižnega časa odziva trebuha skeletne mišice določena hitrost mišice, ki je sorazmerna tipom mišičnih vlaken.
- 5. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da je stimulacija merjene mišice izvedena s hotenim vzburjanjem mišice s strani merjenca.
- 6. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da je uporaben zlasti za meritve v izometričnih pogojih.
- 7. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da je v kombinaciji z mehanskimi opornicami in/ali drugimi komercialno dostopnimi napravami uporaben za meritve v izotoničnih in/ali izokinetičnih pogojih.-1818
- 8. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da merilnik spremembe debeline trebuha skeletne mišice v primeru meritev na dolgih in ozkih skeletnih mišicah, kot npr. m. radialis, m. fleksor digitorum superficialis, m. tibialis anterior, m. erector spinae, m. triceps brachii nastavimo na mesto, kjer predvidimo največjo spremembo debeline trebuha skeletne mišice, v primeru velikih ploščatih mišic, kot npr. m. gluteus maximus, m. soleus, m. latissimus dorsi in m. pektoralis major pa na točko, določeno glede na postavitev okoliških kosti.
- 9. Naprava za selektivno neinvazivno merjenje mišične sile in/ali navora, označena s tem, da izvaja postopek po kateremkoli prejšnjem zahtevku.
- 10. Naprava za selektivno neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic, posredno mišične sile in/ali navora, označena s tem, da obsega merilna sredstva za merjenje spremembe debeline trebuha skeletne mišice, stimulacijska sredstva za vzbujanje kontrakcije skeletne mišice in regulacijska sredstva za zagotovitev v bistvu konstantnega začetnega pritiska na kožo in posledično na trebuh merjene skeletne mišice.
- 11. Naprava za selektivno neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic, posredno mišične sile in/ali navora, označena s tem, da obsega merilnik spremembe debeline trebuha skeletne mišice, ki je induktivni ali optični senzor premika z vgrajeno vzmetjo, tako da na merjeno površino pritiska z vnaprej določenim pritiskom in sistem za zajemanje merjenih vrednosti.
- 12. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da obsega predstavitvena sredstva za predstavitev in/ali obdelavo rezultatov meritev spremembe debeline trebuha skeletne mišice.
- 13. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da ima senzor premika vgrajeno vzmet s konstanto vzmeti med 0,1 in 0,5 N/mm in daje začetni pritisk med 2 in 400 χ 10E-3 N/mm2.-1919
- 14. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da regulacijska sredstva obsegajo vsaj en koračni motorček za zagotavljanje v bistvu konstantnega začetnega pritiska senzorja pred pričetkom opravljanja meritve na trebuh skeletne mišice.
- 15. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da stimulacijska sredstva obsegajo vsaj eno stimulacijsko elektrodo, ki z najmanj enim električnim dražljajem vzbuja skeletno mišico.
- 16. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da stimulacijska sredstva obsegajo vsaj en par bipolarnih elektrod, ki z najmanj enim električnim dražljajem vzbuja skeletno mišico.
- 17. Naprava po zahtevkih 15 ali 16, označena s tem, da sta obe stimulacijski elektrodi povezani z virom impulzov, ki generira zaporedne impulze s frekvenco, nižjo ali enako tetanični, s katerimi stimulacijski elektrodi vzbujata skeletno mišico.
- 18. Naprava po zahtevkih 15 ali 16, označena s tem, da električno draženje obsega vsaj en napetostni impulz trajanja med 0,1 in 100 ms napetosti 10 do 50V nad pragom odziva mišice.
- 19. Naprava po zahtevkih 15 ali 16, označena s tem, da vir impulzov generira električne impulze v obsegu od 1 do 110 mA, s frekvenco posamičnih električnih impulzov frekvence od 0.01 do 50 Hz in trajanja od 0,1 do 100 ms.
- 20. Naprava po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da obsega najmanj en generator impulzov (1), najmanj en par bipolarnih elektrod (2, 3), najmanj en senzor odmika (4) s tipalom (5), najmanj en nastavek (6) in najmanj en par vodnikov (9) za povezavo med generatorjem impulzov (1) in bipolarnima ali momopolarnima elektrodama (2, 3).-2020
- 21. Naprava po zahtevku po zahtevkih 9, 10 ali 11, označena s tem, da obsega najmanj en elektronski pretvornik (7) in z njim povezan najmanj en računalniški procesor (8).
- 22. Postopek in naprava po kateremkoli od prejšnjih zahtevkov, označen s tem, da obsegajo značilni parametri časovnih potekov odzivov trebuha mišice na posamične električne dražljaje čas zakasnitve Td, čas kontrakcije 7j, čas zadržka Ts, čas relaksacije Tr in maksimalni odmik dmak:i, čas dosega amplitude Th, razmerje časov AOI in razmerje amplitud AVI.Za TMG-BMC d.o.o.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI200100081A SI20846A (sl) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic |
| EP02707391A EP1424938B1 (en) | 2001-03-21 | 2002-03-14 | Method and device for selective and non-invasive detection of skeletal muscles contraction process |
| AT02707391T ATE404116T1 (de) | 2001-03-21 | 2002-03-14 | Verfahren und vorrichtung zur selektiven und nichtinvasiven messung des ablaufs der skelettmuskelkontraktion |
| PCT/SI2002/000007 WO2002074167A1 (en) | 2001-03-21 | 2002-03-14 | Method for selective and non-invasive detection of skeletal muscles contraction process |
| DE60228275T DE60228275D1 (de) | 2001-03-21 | 2002-03-14 | Verfahren und vorrichtung zur selektiven und nichtinvasiven messung des ablaufs der skelettmuskelkontraktion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SI200100081A SI20846A (sl) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SI20846A true SI20846A (sl) | 2002-10-31 |
Family
ID=20432860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SI200100081A SI20846A (sl) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1424938B1 (sl) |
| AT (1) | ATE404116T1 (sl) |
| DE (1) | DE60228275D1 (sl) |
| SI (1) | SI20846A (sl) |
| WO (1) | WO2002074167A1 (sl) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SI23414A (sl) * | 2010-07-07 | 2012-01-31 | Tmg-Bmc D.O.O. | Metoda in naprava za neinvazivno in selektivno ugotavljanje biomehaniäśnih, kontrakcijskih in viskoelastiäśnih lastnosti skeletnih miĺ ic |
| CN102125436B (zh) * | 2011-04-15 | 2012-07-04 | 北京航空航天大学 | 一种皮肤肌张力测量装置 |
| US10114460B2 (en) | 2016-08-08 | 2018-10-30 | International Business Machines Corporation | Virtual reality sensory construct |
| US10055012B2 (en) | 2016-08-08 | 2018-08-21 | International Business Machines Corporation | Virtual reality sensory construct |
| CZ2018559A3 (cs) * | 2018-10-19 | 2020-03-04 | Fakultní nemocnice Hradec Králové | Zařízení pro měření svalové síly a způsob testování svalového výkonu sportovců |
| TWI689859B (zh) | 2019-03-19 | 2020-04-01 | 國立臺灣科技大學 | 由手腕偵測肌動訊號識別使用者手勢之系統及方法 |
| CN110090005B (zh) * | 2019-05-30 | 2021-09-28 | 北京积水潭医院 | 医疗数据处理装置 |
| CN113470496B (zh) * | 2021-08-24 | 2022-08-23 | 上海体育学院 | 一种肌肉收缩的演示系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4688581A (en) * | 1986-02-24 | 1987-08-25 | Moss Crayton L | Method and apparatus for in vivo determination of muscle fiber |
| FR2612068B1 (fr) * | 1987-03-13 | 1990-01-19 | Bio Industry Sarl | Appareil de controle de la reaction neuro-musculaire d'un patient |
| GB2302949B (en) * | 1995-07-01 | 1999-04-14 | Univ Salford | A transducer |
| US6063044A (en) * | 1999-04-20 | 2000-05-16 | Leonard; Charles T. | Apparatus for measuring muscle tone |
-
2001
- 2001-03-21 SI SI200100081A patent/SI20846A/sl not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-03-14 WO PCT/SI2002/000007 patent/WO2002074167A1/en not_active Application Discontinuation
- 2002-03-14 EP EP02707391A patent/EP1424938B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-14 DE DE60228275T patent/DE60228275D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-03-14 AT AT02707391T patent/ATE404116T1/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1424938B1 (en) | 2008-08-13 |
| WO2002074167A1 (en) | 2002-09-26 |
| ATE404116T1 (de) | 2008-08-15 |
| EP1424938A1 (en) | 2004-06-09 |
| DE60228275D1 (de) | 2008-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5948325B2 (ja) | 骨格筋表面の生体力学的特性、収縮特性および粘弾性特性の非侵襲的かつ選択的な測定のための方法および装置 | |
| Kingma et al. | Stocktaking on the development of posturography for clinical use | |
| Allen et al. | Twitch interpolation of the elbow flexor muscles at high forces | |
| WO2020078486A1 (en) | A device for measuring muscle strength, a method for determining muscle function, a method for testing the muscle performance of athletes, a method for testing preparations for the treatment and prevention of sarcopenia and use thereof | |
| Marusiak et al. | Influence of number of records on reliability of myotonometric measurements of muscle stiffness at rest and contraction | |
| US20120010531A1 (en) | Small-Animal Unit for Muscle Injury, Muscle Testing and Muscle Training in Vivo | |
| SI20846A (sl) | Postopek in naprava za selektivno in neinvazivno merjenje časovnih potekov kontrakcije prečno progastih mišic | |
| Turk et al. | Reliability and sensitivity of a wrist rig to measure motor control and spasticity in poststroke hemiplegia | |
| EP3744234B1 (en) | A device and a method for non-invasive evaluation of functional stability of the trunk | |
| Willems et al. | Isometric and concentric performance of electrically stimulated ankle plantar flexor muscles in intact rat | |
| Durfee et al. | Rehabilitation and muscle testing | |
| Ng et al. | Mechanomyography sensors for detection of muscle activities and fatigue during Fes-evoked contraction | |
| Harlaar et al. | Computer-assisted hand-held dynamometer: low-cost instrument for muscle function assessment in rehabilitation medicine | |
| CN208973826U (zh) | 一种电子痛觉检测装置 | |
| Bourbonnais et al. | Static dynamometer for the measurement of multidirectional forces exerted by the thumb | |
| Hinoki et al. | An application of strain-gage-type instruments to the analysis of the equilibrium function in human subjects and animals | |
| Hong et al. | Force assessment of the stimulated arm flexors: quantification of contractile properties | |
| Juhola et al. | A microcomputer system for clinical signal analysis of vestibular laboratory | |
| Gao et al. | In vivo biomechanical evaluations of the medial gastrocnemius: changes in muscle properties in stroke survivors | |
| Peng et al. | Ultrasound evaluation of mechanical properties of individual muscles-tendons during active contraction | |
| Pasternak-Mladzka et al. | Objective measurements of muscle force in a group of after-stroke patients with hemiparesis | |
| Rozman, Matjaž Bunc, Anton Zupan | Evaluation of the strength of elbow flexors in patients with neuromuscular diseases | |
| Šimunič | Model of longitudinal contractions and transverse deformations in skeletal muscles | |
| Mchenry | A biomechanical model of femoral forces during functional electrical stimulation after spinal cord injury in supine and seated positions | |
| Sokoloff et al. | Directions of torques produced about the ankle joint by cat medial gastrocnemius motor units |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF | Valid on the event date | ||
| KO00 | Lapse of patent |
Effective date: 20110323 |