УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРАФИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения временных характеристик ходьбы человека.
Из предшествующего уровня техники известно устройство для подографии, обеспечивающее автоматическое получение данных о временных параметрах шага [1]. Недостатком этого устройства является низкая информативность, обусловленная конструктивным решением, позволяющим проводить измерения только по 10 шагам пациента с последующим усреднением показателей, а также невозможностью получения такой важной характеристики, как коэффициент ритмичности. Также существенным недостатком данного устройства является наличие кабеля, соединяющего аппаратный комплекс с испытуемым, что затрудняет естественные условия ходьбы и сказывается на результатах измерений.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения временных соотношений при ходьбе, содержащее два контактных датчика, соединенных с входами программаторов, три интегратора, четыре регистратора, отличающееся от аналогичных устройств тем, что с целью автоматизации измерения временных параметров ходьбы в естественных условиях, в него введены компаратор, коммутатор, блок деления и два индикатора [2]. Автономность, обусловленная отсутствием необходимости применения специальной электроконтактной подографической дорожки, а также портативность позволили применять устройство непосредственно в клиниках для экспресс-оценки биомеханических параметров ходьбы.
Однако существенным недостатком данного устройства является сложное конструктивное решение, выполненное на устаревшей элементной базе, а также низкая информативность и сложность подсчета результатов исследования, а так же невозможность проводить исследования в продолжительные временные отрезки.
Техническая задача - повышение информативности и точности оценки временных характеристик ходьбы человека, при упрощении конструкции и расширении технических возможностей устройства.
Указанная задача решается следующим образом. Устройство для подографических измерений включающее два контактных датчика, имеет модуль многоканального аналогово-цифрового преобразователя и модуль микропроцессора, конструктивно размещенные в одном корпусе, имеющем USB порт для соединения с к портативным компьютером для питания модуля аналогово-цифрового преобразователя и модуля микропроцессора, причем микропроцессор имеет дополнительный USB порт для соединения с портативным компьютером с блоком индикации для передачи данных с контактных датчиков, аналогово-цифровой преобразователь имеет входы для соединения с контактными датчиками, расположенными в подографических стельках.
Данное техническое решение значительно упрощает конструкцию, позволяя исключить дополнительные элементы, такие как автономный источник питания, необходимый для работы устройства, а также блок беспроводной связи с персональным компьютером. Питание устройства напряжением 5 Вольт осуществляется непосредственно через USB-порт портативного компьютера. При замыкании контактных элементов датчиков, расположенных в подографических стельках на входы аналогово-цифрового преобразователя подаются аналоговые сигналы, которые на выходе аналогово-цифрового преобразователя преобразуются в цифровой код. Для дальнейшей обработки сигналы по шлейфу передаются на микропроцессор, а затем по кабелю USB в портативный компьютер. Захват данных осуществляется в текстовый файл с частотой опроса каждого канала 100 Гц, что позволяет производить измерения временных параметров подограмм с точностью до 0,01 сек. Обработка полученной информации осуществляется с использованием обычного редактора электронных таблиц Microsoft Excel или любой аналогичной программы [Фиг.2]. Вывод полученных результатов исследования производится на блок индикации (монитор портативного компьютера). Благодаря малым габаритам и весу, устройство размещается на пациенте с помощью ремня, перекинутого через плечо, что снижает до минимума дискомфорт пациента, а как следствие и искажения получаемых результатов исследования. Устройство позволяет производить как стандартную короткую запись - до 10 шагов, так и осуществлять непрерывную запись подографических показателей по 100 и более шагам в течение продолжительного времени.
Предлагаемое устройство для подографических измерений временных показателей ходьбы человека поясняется иллюстрациями, где представлены: на Фиг.1 - блок-схема устройства; на Фиг.2 - изображение подограмм; на Фиг.3 - одна из форм табличного отображения получаемых показателей.
Устройство содержит два контактных датчика 1 и 2, которые соединены с входами модуля аналогово-цифрового преобразователя 3, выход которого шлейфом подключен к модулю микропроцессора 4. Данные передаются по кабелю USB в портативный компьютер 5 с блоком индикации 6 (монитор портативного компьютера) для вывода полученных результатов измерений.
Контактные датчики 1 и 2 представляют собой две эластичные стельки, на каждой из которых укреплены две пары выключателей, одна на носочной, другая на пяточной части соответственно. При замыкании и размыкании контактов на входе аналогово-цифрового преобразователя 3 формируется напряжение равное соответственно 5 и 0 Вольт, а на выходе аналогово-цифрового преобразователя 3 устанавливается цифровое значение, которое передается для дальнейшей обработки через модуль микропроцессора 4 на портативный компьютер 5. Питание модуля аналогово-цифрового преобразователя 3 и модуля микропроцессора 4 осуществляется по кабелю USB от USB-порта портативного компьютера 5 постоянным током напряжением 5 В. Портативный компьютер 5 предназначен для окончательной обработки получаемых подограмм в стандартных программах и последующего вывода результатов исследования на блок индикации 6. Результаты исследования возможно распечатать.
Устройство работает следующим образом.
При ходьбе человека с вложенными в привычную, удобную для него обувь подографическими стельками с вмонтированными в них контактными датчиками 1 и 2 происходит периодическое замыкание и размыкание контактов, в результате чего на модуль аналогово-цифрового преобразователя поступают аналоговые сигналы, которые оцифровываются и через модуль микропроцессора 4 в реальном режиме времени передаются в портативный компьютер 5 для окончательного определения следующих показателей:
1. продолжительность общеопорного периода (ООП) - соответствует времени замыкания контактного датчика;
2. продолжительность периода переноса (ПП) - соответствует времени, когда датчик разомкнут;
3. продолжительность периода двойного шага (ПДШ) - соответствует сумме ООП и ПП;
4. продолжительность одноопорного периода (ОП) - соответствует ПП противоположной конечности;
5. продолжительности двуопорного периода (ДП) - соответствует разнице, полученной при вычитании из значения ООП значения ОП.
Наряду с этими показателями может быть вычислен коэффициент ритмичности (КР), как отношение значения меньшего периода переноса к большему значению периода переноса, а также коэффициенты асимметрии одноименных показателей относительно правой и левой, пораженной и здоровой или более пораженной и менее пораженной конечности - в зависимости от необходимости решения конкретных задач исследования.
Расширение технических возможностей предлагаемого устройства заключается в том, что оно может быть использовано для мониторинга временных характеристик шага человека посредством непрерывной записи в течение продолжительного времени, включающего 100 и более шагов. Это позволяет наряду с общепринятым способом обработки подографических показателей, представляемых, как правило, в виде усредненных значений по 10 шагам, осуществлять как визуальную так и статистическую обработку получаемых динамических рядов исследуемых величин для выявления функциональных резервов опорно-двигательного аппарата.
Устройство предназначено для использования в научных целях и практической медицинской практике для проведения диагностики степени нарушения локомоции у пациентов с патологией органов движения, выявления динамики восстановительных процессов в процессе проводимых лечебных мероприятий, а также для решения экспертных задач
Используемые источники:
1. Авторское свидетельство СССР №194237, кл. A61B 5/10, 1967
2. Авторское свидетельство СССР №995738, кл. A61B 5/10, 1983