Устройство для исследования функции равновесия и биомеханики движений человека

(21) 2502382/28-13 А 16 иием заив Гкударстваевй кветет СССР в делам азабрепех в фтхрите(71) Заявитель СТРОЙСТВО ДЛЯ И И БИОМЕХАНИКИ еет недостаетров дви. очную точ- иомет 5 Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской технике.Известно устройство для исследования функции равновесия и биомеханики движений человека, содержащее подвижную платформу, стабил 3 . лограф, систему фиксации человека, привод, ме . ханизм изменения устойчивости, регистрирующую аппаратуру и механизм передачи информации 1.Одн им ако известное устроиствоточность исследования пара еловека. Целью изобретения является повышениености исследования функции равновесия, бханики движений человека,Поставленная цель достигается тем, что механизм изменения устойчивости выполнен в форме полусферы с вертикальной осью вращающего.ся диска, соединенных гибкими тросами, причемвнутри полусферы на вертикальной оси размещен груз, а стабиллограф установлен на вертикальной оси с возможностью продольного перемещения,ДОВАНИЯ ФУНКЦИИ РАВНОВЕСИЯВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА На чертеже изображено предлагаемое устройство для исследования функции равновесия и биомеханики движений человека. Оно содержит механизм изменения устойчивости, выполненный в виде полусферы 1 с вертикальной осью 2 и вращающегося диска 3, соединенных гибкимитросами 4, подвижную платформу 5 с располо. женным в центре ее над отверстием 6 стабиллографом 7 и системой 8 фиксации человека.В центре своей внутренней стороны стабиллограф 7 жестко соединен и опирается на вы. движную часть 9 вертикальной осью 2, а пери. метр стабиллографа опирается на край отверстия 6 подвижной платформы 5 полусферы 1. Верхуш. ка полусферы 1 своей точечной опорой опирается на вращающийся диск 3 сферической формы с плоской поверхностью в центре и со скользящей опорой 10 по периметру. Внешняя поверхность 11 полусферы 1 и внутренняя поверхность 12 диска 3 образуют неустойчивую опору и покрыты материалом, обеспечивающим малый коэффициент трения. В центре диск 3 опирается и закреплен на оси 13 вращения привода 14 под. вижной платформы 5. Периметр подвижной плат 3 6956формы 5 снабжен предохранительным амортиза.тором 15 (например пневматическим).Механизм управления положением центра тя.жести устройства установлен по оси симметрииподвижной платформы 5 внутри полусферы 1 ивыполнен в вице груза 16 (например, свинца.вые плиты) и электромеханизма 17, перемещающихся вдоль вертикальной оси 2 и ее выдвиж.ной части 9 в зависимости от показаний стабил.Лографа 7, работающего в режиме динамографа, 0На внешней поверхности 18 диска 3 сферической формы расположены симметрично подиагонали друг против друта четыре реверсивных электродвигателя 19, осуществляющих уп.равление параметрами движения подвижной 15платформы 5. Две пары диаметрально противоположных точек края подвижной платформы 5посредством тросов 4 через соответствующиепрорези в диске 3 соединены с редукторамиэлектродвигателей 19, электропитание которых 20осуществляется через коллектор 20 вала привода 14 электромеханизма вращения подвижнойплатформы 5.В центре конструкции металлической рамы21 на неподвижной оси 22 симметрии устройст.ва расположен электродвигатель 23, на валу 24которого закреплены экранированные коллекто.ры 25 с токосъемными кольцами для передачиэлектропитания от источника 26 постоянноготока, а также медицинской и технической ин.формации к регистрирующей аппаратуре 27,Вращение закрепленных на валу 24 электродвигателя 23 такосъемных колец, перекладины23 с блоком и механизмом приема и отдачиэкранированного кабеля 29 синхронизировано свращением привода 14 вращения подвижнойплатформы 5.Разъемы 30, 31 питания и отведения для подсоединения кабеля и коммутационные колодки32 находятся на противоположных краях подвиж 40ной платформы 5, Механизм 33 страховки за.,креплен на неподвижной осн симметрии устрой.ства. Пульт 34 управления имеет индикаторныеприборы контооля и элементы управления всеми режимами работы устройства.45Устройство для исследования функции равновесия и биомеханики движений человекафучкционирует как устойчивая и неустойчиваяопора,50Перед проведением исследований к устройст.ву подключается электропитание от источника26 постоянного тока, Для этого кабель 29 пи.тания и отведения биоэлектрической и техничес.кой сигнализации на регистрирующую аппарату.ру 2. подклчат к разъемам 30 и 31 подвижной платформы 5,Полусфера 1 устанавливается в устойчивоеположение путем включения на пульте 34 управ 564пения электродвигателей 19 механизма управле.ния параметрами движения подвижной платформы 5. При этом все четыре электродвигателя19, работая синхронно, производят равномерноенатяжение тросов 4 с четырех сторон полусферы и обеспечивают ей устойчивое, неподвижноесостояние с расположением подвижной плат.формы в горизонтальной плоскости. По дости.жении необходимой заданной степени натяжениятросов 4 электродвигатели 19 автоматически отключаются, сохраняя достигнутое натянутое сос.тояние тросов и устойчивое положение полусферыИспытуемый встает в центре стабиллографа7, который сначала включается на режим динамо.графа для взвешивания испытуемого с автоматической регуляцией положения общего центра тя.жести устройства. Производится уравнивание ус.ловий равновесия для испытуемых разного весаи роста к заданной степени неустойчивого равно.весия путем нахождения нового уровня общегоцентра тяжести (ОЦТ) относительно его исход.ного положения.При этом электромеханизм 17 автоматически перемещает груз 16 по оси 2 вверх или внизи фиксирует его,Визуальная оценка веса испытуемого и лоло.жения ОЦТ устройства производится по показаниям индикаторных приборов пульта управления.Таким образом, путем регулирования уровняположения ОЦТ устройства перец исследованиемкаждого испытуемого достигаются равнозначныеусловия сохранения равновесия устройства прибалансировании испытуемых с разным весом вдиапазоне любой выбранной для исследованиястепени неустойчивого равновесия, Для этогоэкспериментатор устанавливает требуемую степеньнеустойчивого равновесия, соответствующую одному из условно принятых уровней различнойстепени неустойчивого равновесия: высокой,средней и низкой степени, При этом чем вышеуровень ОЦТ устройства с человеком, тем большая степень неустойчивости устройства достигается.Установку и изменения степени неустойчивого равновесия производят как до, так и в процессе исследования на основании расчетных таблиц для каждой степени неустойчивого равновесия, учитывающих поправку разницы веса испытуемых, Различный уровень ОЦТ достигаетсяпутем перемещения груза 16 (или изменения ееколичества) вверх нли вниз по вертикальнойоси 2 и ее выдвижной части 9.В случае, когда предполагается провестиисследования в положении сидя, экспериментатор включает механизм управления положениемстабиллографа 7, При этом стабиллограф 7, за.крепленный на выдвижной части 9 вертикальной695656сторону при спокойном неподвижном состояниификсированного человека. При тенденции отклонения в определенную сторону балансировка про.изводится путем ослабления фиксации и леэначительных перемещений человека в соответствую.щую сторону и повторной фиксацией.Затем полусфера вновь переводится в устой.чивое положение, На испытуемом закрепляюттрос механизма 33 страховки. Для записи физи О ологических функций на теле испытуемого уста.навливаются физиологические датчики с подключением их к коммутационной колодке 32 подвижной платформы.После укаэанной подготовки экспериментатор устанавливает на пульте управления устройства один из следующих его режимов работы. Характеристика режимов работы устройства чо1 и ов р ф рр р ффд,о 3.1Ф 2 д НД Свободное активнобалансирование в3-х степенях свободь Свободное активноебалансированиеодноплоскостное вободные пассивные олебания одноплосостные по затухающей амплитуде Принудительныепассивные колебанияодноплоскостные или многоплоскостныепо незатухающейсинусоиде 4 Вращение в гориэо тальной плоскости переводом на неустои.чивую опору в любомрежиме активного бапанирования или свободгого и принудительногоассивного колебания 5оси 2, устанавливается на необходимом уровне от поверхности подвижной площадки 5 полусферы 1.После окончания регулировки положения 10 ЦТ стабиллограф переключается на свой режим работы, Затем производится требуемая свободная фиксация человека в одной точке (сто. пы ног или таз) или жесткая фиксация в двух- трех точках (дополнительно грудь) .Значительным этапом подготовки является балансировка всего устройства с человеком, зафиксированным в заданнном положении, С целью проверки отбалансированного состояния устрой. ства с человеком создаются условия низкой степени неустойчивости и перевод полусферы из устойчивого с 1 зстояния в неустойчивое,.Оценкой хорошо отбалансированной системы. "платформа - человек" является отсутствие спонтанных отклонений полусферы в какую-либо Режимы работы устройства в состоянии неустойчивой опоры приведены в таблице.20695656 7До, во время и после работы устройства в любом из вышеописанных режимов производится регистрация технических и медицинских. параметров функционирования полусферы и человека на регистрирующей аппаратуре.5Работа устройства в режиме 1 происходит при активном балансировании испытуемого на неустойчивой опоре в условиях 3-х степеней свободы. Для перевода полусферы с испытуе мым в условия неустойчивого равновесия 1 О (а также при режимах 1 и 5) тумблер на пульте управления ставится в положение "НеустойФвая опора", При этом включаются обе пары электродвигателей 19 для управления параметраМи движения подвижной платформы с одновре. 15 менным сбросом тросов и автоматическим отключением двигателей, Полусфера освобождается от равномерного и симметричного натяжения тросов и переходит из устойчивого состояния в неустойчивое. 20В режиме 1 испытуемый, зафиксированный в положении стоя только в одной точке (стоПы ног), а в положении сидя и лежа только в области таза, производит активное балансирование для сохранения статического или динамического равновесия и вертикального положения тела. В процессе балансировки колебательньье движения различной амплитуды в вертикальных Плоскостях сочетаются с инерционными поворотами полусферы вокруг ее оси симметрии при любых положениях подвижной платформы с находящимся на ней человеком но отношению к горизонтальной плоскости.Чем вьпце ОЦТ устройства от точки опоры полусферы, тем труднее задача сохранения рав- З 5 новесия в вертикальном положении в любой позе. Различная степень неустойчивого равновесия устройства используется для оценки состоя. ния и динамики изменения функции равновесия испытуемых в процессе их тренировки с помощьк 11 данного устройства. Больнюй угол наклона полусферы (50.60 ) при активном бзлансировании в условиях свободной позы имитирует ощуще. ние отсутствия опоры, проваливания в пустоту, т.е. создает модель безопорного пространства, особенно с закрытыми глазами. После окончания исследований полусфера переводится в устойчивое положение с помощью включения всех четырех электродвигателей 19, управляющих параметрами движения подвижной платформы. Одновременны, синхронная работа двигателей создает равномерное и симметричное натяжение тросов 4 до величины, обеспечивающей плавное или резкое торможение с быстрой или медленной остановкой колебательных движений полусферы и перевод ее в устойчивое положение. Работа устройства в режиме 2 происходиттак же при активном балансировании испытуемого на неустойчивой опоре, но в условияхтолько одной плоскости (в сагитальной илифронтальной), Плоскость балансирования (вправо-влево или вперед-назад) зависит от того,какая пара электродвигателей 19 отключена икакая пара обеспечивает равномерное натяжениетросов для поддержания соответствующегонаправления наклонов полусферы при баланси.ровании испытуемого. Работа устройства в расширенном режиме 2, т.е, при активном балансировании в любой другой плоскости, можетбытьдостигнута путем поворота устройства сиспытуемым вокруг вертикальной оси налюбой угол и фиксировании в новом положении. В этом случае одноплоскостное активноебалансирование испытуемого происходит приположении его тела под любым углом к плоскости наклонов.Работа устройства в режиме 3 происходитпри пассивном (обездвиженном) состоянии испытуемого. Свободные колебания полусферыпо затухающей синусоиде (амплитуде) достига.ются путем включения одной пары электродвигателей 19 для обеспечения свободного равно.мерного натяжения тросов и, следовательно, со.ответствующей плоскости качания (аналогичнорежиму 2), Другая пара электродвигателей вклю.чается для обеспечения начального принудитель.ного наклона полусферы с испытуемым в требуемую сторону на заданную амплитуду наклона,затем эта пара двигателей автоматически отключается с отдачей троса, чтобы не препятствоватьестественным колебаниям полусферы,Работа устройства в режиме 4. Создание одноплоскостных принудительных колебаний полусферы по незатухающей синусоиде любой амплитуде при пассивном состояниии испытуемогообеспечивается работой всех 4.х электродвигателей 19. При этом одна пара двигателей работает аналогично режиму 2 и 3 на удержание свободного симметричного равномерного натяжениятросов, а другая пара двигателей работает синхронно, чередуясь на натяжение и отдачу троса,создавая условия принудительного наклона полусферы в заданной плоскости с определеннойамплитудой и частотой принудительных маятни.кообразных колебаний неопределенно длительноевремя при пассивном (обездвиженном) состоянии испытуемого,Для обеспечения принудительных колебанийполусферы с человеком в различных плоскостях(многоплоскостные налконы),работа обеих пардвигателей меняется, т.е. чередуется через различ.ные промежутки времеви при одновременныхпринудительных поворотах полусферы вокругвертикальной оси на различный утоп в любомнаправлении с помощью привода 14 электроме.ханизма вращения подвижной платформы.Работа устройства в режиме 5 состоит издвух видов движений: первичного - принудительного вращения полусферы с испытуемым вгоризонтальной плоскости вокруг оси симметриии вторичного - последующего перевода полусферы на неустойчивую опору с работой в любом иэ вышеописанных режимов активного балансирования или свободного и принудительного 1 околебания. Перед включением привода 14злектромеханизма вращения подвижной платформы, полусфера,. переводится в устойчивое положение. После установки иа пульте управленияпрограммы врагцения подвижной платформы 15включается режим вращения полусферы, котораявращается совместно с диском 3 сферическойформы, закрепленного на валу привода 14 элект.ромеханизма вращения подвижной платформы.Перед тем как перейти на режим неустойчивой 20опоры (в том числе на режим принудительныхколебаний) вращение полусферы прекращаетсяи после полной остановки включается режим неустойчивой опоры,Последующая остановка ее после окончанияисследований и перевод в устойчивое состояниепроизводится таким же способом, как описанов режиме 1,Указанные 5 основных режимов работы уст. ройства могут комбинироваться и происходить в различных вариантах условий работы устройства,Предлагаемое устройство обеспечивает вы. сокую точность исследования функции равновесия. Формула изобретенияУстройство для исследования функции равновесия и биомеханики движений человека, содержащее подвижную платформу, стабнллограф,систему фиксации человека, привод, механизмизменения устойчивости, регистрирующую аппа.ратуру и механизм передачи информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точ.почти исследования функции равновесия, биомеханики движений человека, механизм измененияустойчивости выполнен в форме полусферы свертикальной осью и вращающегося диска, соединенных гибкими тросами, причем внутри по.лусферы на вертикальной оси размещен груз,а стабиллограф установлен на вертикальной осис возможностью продольного перемещения.Источники информации, принятые во внима.ние при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Яф 227495,кл, А 61 В 5/16, 07.08.65,695 б 56 рректор М. П Тираж 672 ЦНИИПИ Государственног по делам изобрете 3035, Москва, Ж - 35, Рауш