УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ ТАКТИЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КОЖНЫХ ПОКРОВОВ ЧЕЛОВЕКА

Полезная модель относится к медицинским устройствам для диагностических целей, а именно для оценки функционирования периферической нервной системы, в частности тактильной чувствительности кожного покрова людей, страдающих неврологическими заболеваниями или готовящихся к протезированию функциональным протезом конечности с тактильной обратной связью.
Известно устройство для изучения тактильной чувствительности, представляющее собой металлическую пластину, на которой расположены четыре типа фигур, выполненных из металла и жестко фиксированных к основе (патент на полезную модель RU 111415). При обследовании исследуемому завязывают глаза плотной тканью для исключения влияния визуального восприятия на результаты обследования. После этого его просят поочередно пальцами руки проводить линейно по пластине и вслух высказывать результаты идентификации фигуры. Затем исследователь в бланке фиксирует общее время, затраченное на идентификацию фигур, количество правильно и неправильно опознанных фигур.
Известен набор трехмерных фигур (патент на изобретение RU №2597807), который содержит отдельные металлические шары разного диаметра и металлические шары разного диаметра, скрепленные между собой различным образом. Поочередно помещают в руку металлические разные шары для тактильного определения их размеров и количества, с последующей оценкой для каждой руки следующих критериев: времени, затраченного для идентификации фигур в секундах, количества ошибок при идентификации размеров шаров.
Общим недостатком данных устройств является то, что результаты исследования особенностей тактильных ощущений с их использованием имеют низкую достоверность из-за высокой субъективности получаемых данных на этапах исследования, высокой вероятности ошибок и неоднозначности интерпретации полученных результатов, что негативно сказывается на уровне диагностических мероприятий в целом.
Известно также устройство оценки тактильной чувствительности и диагностики поражений периферической нервной системы вибрационного генеза (патент RU №2092157). При обследовании осуществляют дозированное болевое раздражение рецепторов кожи с помощью смеси хлороформа и этанола, которую наносят на определенные участки кожи. Затем измеряют латентный период до появления жжения, который отражает состояние тактильной чувствительности.
Недостатком использования данного устройства является химическое воздействие на кожные покровы человека. Несмотря на то, что для большинства обследуемых такое воздействие не является опасным, для некоторых из них (при высокой чувствительности или аллергии к данным химическим соединениям) такие обследования могут приводить к осложнениям. Кроме того, оно накладывает ряд ограничений на условия проведения обследования для предотвращения осложнений у самого специалиста. Недостатком таких обследований, как и в предыдущем аналоге, также является высокая степень субъективности оценки.
Ближайшим аналогом является устройство для оценки чувствительности (патент RU 2546409), которое содержит блок для приложения стимулирующих воздействий к локализованным точкам на теле пациента (блок воздействия) и блок для сбора данных и расчета степени чувствительности (блок оценки). Обмен данными между блоками осуществляется при помощи средств двусторонней передачи - блоков приема-передачи. Блок воздействия содержит внешний корпус, блок стимулирующих элементов для приложения вибрационного воздействия на пациента, а также средство включения/отключения и управления, выполненное с возможностью приведения в действие блока воздействия и изменения интенсивности вибрации, представляющее собой блок управления для приведения в действие блока воздействия и блок регулирования стимулирующих импульсов. Блок оценки содержит блок ввода данных, блок отображения данных, средства индикации различных режимов работы блока воздействия, а также блок анализа для количественной оценки данных, полученных от блока ввода данных. Стимулирующие элементы вибрационного воздействия состоят из камертон с двумя усами, сходящимися в центральной точке, от которой отходит вибрационный аппликатор, на торец которого надета тефлоновая или полиниловая насадка. Аппликатор, прикладываемый на локализованный участок кожного покрова (ногтевого ложа пальца), представляет собой рычаг, отклоняющийся от основной оси первого блока на угол в 30°, и соединен с внешним корпусом при помощи резиновой прокладки. На свободном конце каждого уса неподвижно закреплены пьезоэлектрический элемент или динамик с катушкой индуктивности для создания вибрации.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции и низкая достоверность результатов оценки вибрационной чувствительности кожных покровов сегментов конечностей - предплечья, плеча, голени, бедра ввиду сложности позиционирования аппликатора на эти уровни, что является необходимым во многих случаях диагностики.
Кроме того, известное устройство не позволяет определить вибрационную дискриминационную чувствительность, т.е. способность раздельного восприятия двух находящихся на расстоянии одинаковых стимулов при одновременном их воздействии. Такие исследования невозможно выполнить на устройстве - прототипе, так как он имеет лишь один аппликатор для создания вибрационного стимула, прикладываемый на локализованный участок кожного покрова (ногтевого ложа пальца). По этой же причине с помощью прототипа невозможно получить оценку данных о пространственных двухточечных порогах чувствительности кожных покровов тела человека, т.е. минимальное расстояние между стимулируемыми точками, при которых стимулы в них различимы.
Задачей полезной модели является повышение достоверности результатов оценки тактильной чувствительности кожных покровов человека.
Технический результат заключается в повышении достоверности результатов оценки тактильной чувствительности кожных покровов человека.
Для получения технического результата устройство оценки тактильной чувствительности кожных покровов человека содержит внешний корпус, в котором размещены блок воздействия, включающий в себя последовательно соединенные блок стимулирующих элементов вибрационного воздействия, блок регулирования стимулирующих импульсов и блок приема-передачи, и блок оценки, включающий в себя блок ввода, блок отображения данных, блок анализа. Блок стимулирующих элементов представляет собой матрицу из пьезоэлектрических элементов. Блок регулирования стимулирующих элементов соединен с каждым элементом матрицы. Блок оценки дополнительно содержит блок записи и блок управления, причем блок управления имеет четыре выхода, подключенных ко входу блока приема-передачи, блока записи, блока анализа и блока вывод соответственно, и два входа, подключенных к выходу блока анализа и блока ввода соответственно.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в заявляемом устройстве в качестве стимулирующих элементов используется матрица стимулирующих пьезоэлектрических элементов, что позволяет свободно позиционировать ее на сегментах конечностей с установленным для каждого сегмента расстоянием для оптимального позиционирования и лучшей оценки тактильной чувствительности. Поочередное включение элементов матрицы, регулируемое блоком управления с помощью блока регулирования стимулирующих импульсов, позволяет исследовать чувствительность области кожного покрова без необходимости перемещать один стимулирующий элемент и получить данные об индивидуальной восприимчивости разных участков кожного покрова пациента к тактильным раздражениям разной силы, что увеличивает достоверность оценки общей и локальной тактильной чувствительности. Обратная связь от пациента представляет собой реакцию на генерируемые тактильные импульсы, выражаемую в своевременном воздействии на блок ввода (на кнопки клавиатуры, каждой из которых соответствует свой пьезоэлектрический элемент матрицы). С помощью блока анализа устройство фиксирует факт нажатия, время реакции, так же отмечается соответствие отмеченного пациентом элемента тому, на который было подано стимулирующее воздействие. Кроме того, одновременное воздействие несколькими элементами и получение реакции от пациента позволяет оценивать дискриминационную чувствительность и пространственный двухточечный порог чувствительности кожных покровов тела человека. Исследование реакций пациента на поочередное и/или одновременное включение стимулирующих элементов позволяет повысить достоверности оценки чувствительности кожного покрова.
Совокупность признаков по п. 2 характеризует устройство, в котором пьезоэлектрические элементы представляют собой пьезоэлектрические пластины, совершающие колебания и создающие импульсы заданной интенсивности, что позволяет существенно упростить конструкцию устройства.
Совокупность признаков по п. 3 характеризует устройство, в котором матрица выполнена в виде определенного форм-фактора, а именно: NxN-матрица (квадрат). Такая форма матрицы отвечает задачам оценки локальной и совокупной тактильной чувствительности кожных покровов конкретного участка тела человека за счет того, что охватывает достаточную площадь локального участка кожного покрова для оценки его тактильной чувствительности, а также расположение стимулирующих элементов обеспечивает их поэтапное включение в вертикальном, горизонтальном, диагональном направлениях или в разнобой, что позволяет проводить исследования более индивидуально, в соответствии с наличием возможных травм или поражений данного участка кожного покрова пациента.
Совокупность признаков по п. 4 характеризует устройство, в котором матрица выполнена в виде определенного форм-фактора, а именно: Nx1-матрица (линейка). Такая форма матрицы отвечает задачам оценки дискриминационной чувствительности, так как такое размещение стимулирующих элементов в матрице обеспечивает возможность оценить минимальное расстояние между стимулирующими точками.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства оценки тактильной чувствительности локального участка человеческого тела; на фиг. 2 представлена схема матрицы стимулирующих элементов в NxN формы (квадрат); на фиг. 3 представлена схема матрицы стимулирующих элементов в Nx1 форме (линейка).
Устройство схематически показано на фиг. 1 и содержит блок воздействия (БВ) 1 и блок оценки (БО) 2. Блок воздействия (БВ) 1 содержит последовательно соединенные элементы: блок стимулирующих элементов (БСЭ) 3, представляющих собой матрицу стимулирующих пьезоэлектрических элементов, непосредственно воздействующих на пациента (исследуемый объект), блок регулирования стимулирующих импульсов (БРСИ) 4, изменяющий интенсивность стимулирующих воздействий, и блок приема-передачи (БПП) 5. Блок регулирования стимулирующих элементов (БРСИ) 4 соединен с каждым элементом матрицы (БСЭ) 3. Блок стимулирующих элементов (БСЭ) 3, представляющий собой матрицу стимулирующих элементов в блоке воздействия (БВ) 1, является первым выходом устройства. Вход блока (БПП) 5 является входом блока воздействия (БВ) 1. Блок оценки (БО) 2 устройства, необходимый для анализа и управления всем устройством, а также для поддержания обратной связи с пациентом, содержит блок приема-передачи (БПП) 6 для передачи команд на блок воздействия (БВ) 1, блок управления (БУ) 7, блок анализа (БА) 8 данных, полученных через блок ввода данных 11, блок записи (БЗ) 9, создающий базу данных исследований. Выход блока приема-передачи (БПП) 6 является выходом блока (ВБ) 2. Блок оценки (БО) 2 содержит блок отображения (БО) 10 (дисплей), являющийся вторым выходом БО 2, и блок ввода (БВ, клавиатура) 11, являющийся входом БО 2, с помощью которых осуществляется обратная связь пациента, а также управление настройками программного обеспечения. Блок стимулирующих элементов (БСЭ) 3 и блок отображения (БО) 10 (дисплей) так же являются первым и вторым выходом устройства оценки тактильной чувствительности соответственно, а блок ввода (БВ, клавиатура) 11 - входом. Четыре выхода БУ 7 соединены соответственно со входами блоков ВБ 2: БПП 6, БА 8, БЗ 9 и БО 10.
Блок стимулирующих элементов (БСЭ) 3, представляющий собой матрицу стимулирующих элементов в блоке воздействия (БВ) 1, схематически показан на фиг. 2 и фиг. 3. и содержит пьезоэлектрические элементы, представляющие собой пьезоэлектрические пластины 12, и контакты 13, соединяющие элементы матрицы с блоком регулирования стимулирующих элементов 4.
Устройство работает следующим образом.
Пациент (или оператор) размещает блок воздействия (БВ) 1 на ииследуемом участке тела пациента, затем включает блок оценки (БО) 2. С помощью блока ввода (БВ) 11 через вход блока оценки (БО) 2 выбирается режим работы. Режимы работы запрограммированы в блоке управления 7 и определяют, на какой или какие элементы матрицы подается возбуждающий сигнал и с какой интенсивностью. По команде от блока управления (БУ) 7 через выход блока оценки (БО) 2 и вход блока воздействия (БВ) 1 с помощью блока регулирования стимулирующих импульсов (БРСИ) 4 на определенные режимом работы элементы подается возбуждающий сигнал. В результате чего через выход блока воздействия (БВ) 1 на данный участок тела пациента начинает оказывать действие элемент (элементы) матрицы стимулирующих элементов (БСЭ) 3. При этом устройство визуализирует на блоке отображения (БО) 10 расположение матрицы стимулирующих элементов (БСЭ) 3 на данном участке тела пациента, которая сопоставлена с соответствующими кнопками на блоке ввода (клавиатуре) (БВ) 11. Блок управления (БУ) 7 через свой первый выход и блоки приема-передачи (БПП) 5 и 6 с помощью блока регулирования стимулирующих импульсов (БРСИ) 4 меняет интенсивность вибрации в соответствии с выбранным режимом работы. Блок ввода (БВ) 11 содержит кнопки, каждой из которых соответствует свой пьезоэлектрический элемент матрицы (БСЭ) 3. Пациент, в момент, когда начинает ощущать внешнее раздражение кожных покровов в конкретной точке матрицы (БСЭ) 3, отмечает этот факт нажатием на соответствующую кнопку клавиатуры (БВ) 11, которая передает сигнал на второй вход блока управления (БУ) 7. Блок анализа (БА) 8 фиксирует время реакции пациента на основании известного из блока управления 7 времени начала работы стимулирующих элементов 3 и времени реакции пациента, полученной через блок ввода (БВ) 11, фиксирует элемент фактического приложения воздействия и элемент, отмеченный пациентом, интенсивность воздействия, на которую отреагировал пациент, и делает первичный анализ: общую количественную оценку ошибок реакции и реакций в пределах нормы. Результаты сбора данных и первичного анализа поступают на блок управления 7 и через его третий выход направляются в блок записи (БЗ) 9. Данные можно передать на внешнее устройство для дальнейшего анализа и визуализации информации с помощью разъема для передачи данных в блоке управления 7, например USB порт (на схеме не показан).
Данное устройство можно реализовать на основе отладочной платы с микропроцессором Atmel SAM3X8E с тактовой частотой 84 Гц, который способен выполнять функции блока управления (БУ) 7, блока анализа (БА) 8. Стимулирующие элементы могут быть реализованы с помощью стандартных пьезоэлектрических элементов VIBRATING-MOTOR компании Olimex - плоские вибромоторы диаметром 10 мм и высотой 3 мм, с напряжением питания 3 В. Блок записи реализуется любым совместимым с отладочной платой и ее микропроцессором модулем флэш-памяти, например флэш-модуль памяти W25Q64 64 Мб, либо используя модуль SD-карты. Блок регулирования (БРСИ) 4 может быть реализован с помощью электромагнитного реле на 4-9 каналов. Блок отображения (БО) 10 реализуется с помощью любого цветного TFT LCD дисплея, а блок ввода (БВ) 11 с помощью простейшей мембранной клавиатуры, как например 4x4 MSwitch.