УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПО ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТОПЫ

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения распределения давления под нагруженными участками частей тела человека, и может быть использована для диагностики состояния стоп человека.
Известна тензостелька (Авт. свид. СССР №862912, кл. А61В 5/11, 1981), содержащая эластичную платформу, на которой установлены кассеты с тензодатчиками, регистрирующую аппаратуру и соединительный кабель. Каждая кассета выполнена в виде основания, на котором закреплена монтажная плата с окнами, где установлены упругие пластины с закрепленными на них тензодатчиками. При работе устройства под действием нагрузки, оказываемой стопой, упругие пластины вместе с тензодатчиками прогибаются. Возникающие при этом сжимающие растягивающие напряжения приводят к изменению омического сопротивления тензодатчиков, которое фиксируется регистрирующей аппаратурой посредством соединительного кабеля. Недостатком устройства является небольшое количество тензодатчиков на единицу площади. Этот недостаток обусловлен требованием высокой точности изготовления упругих пластин и крепления на них тензодатчиков для обеспечения одинаковости электромеханических характеристик. Кроме того, на поверхности монтажных плат необходимо наличие свободных участков для крепления концов упругих пластин с тензодатчиками, что также ограничивает их количество на единицу площади.
Известен ортопедический диагностический комплекс (патент РФ №2180517, Кл. А61В 5/103, 1999), содержащий регистрирующую аппаратуру и измерительную опорную платформу, выполненную в виде двух
прямоугольных опорных площадок, которые сформированы из совмещенных преобразователей вертикального перемещения и давления, что позволяет одновременно измерять профиль стопы пациента и картину распределения давления под стопой. Совмещенные преобразователи выполняют роль датчиков и состоят из диэлектрического цилиндрического каркаса, в осевом отверстии которого размещен подвижный ферромагнитный элемент, подпружиненный двумя пружинами с малой и большой жесткостью и двух обмоток, размещенных на каркасе, первая из которых чувствительна к вертикальному перемещению ферромагнитного элемента, а вторая к прикладываемому давлению. Принцип действия совмещенных преобразователей основан на взаимодействии подвижного ферромагнитного элемента с магнитным потоком обмоток. Устройство работает следующим образом. Пациент встает ногами на опорные площадки и принимает естественную позу. Под нагруженными участками стопы пружины с малой жесткостью сжимаются до предела, после чего начинают сжиматься пружины с большей жесткостью, при этом ферромагнитный элемент приближается ко второй обмотке, в которой наводится ЭДС пропорциональная прикладываемому давлению. Выходные сигналы с обмоток, полученные в виде изменения напряжения поступают в регистрирующую аппаратуру, обрабатываются, после чего получают картину распределения давления под нагруженными участками стоп. Основным недостатком устройства является конструктивная сложность примененных совмещенных преобразователей, имеющих при этом нелинейную зависимость между изменением выходного напряжения и перемещением ферромагнитного элемента, что создает трудности при обработке данных, а также предъявляет высокие требования к точности изготовлении преобразователей. Кроме того, плотность размещения ограничена возможностью возникновения паразитных индикативно - трансформаторных связей.
Известно устройство для определения распределения давления и ортопедического баланса (Патент США №2095268, Кл 73-172, опубл. 1935) содержащее две опорные платформы, поверхность которых разделена на несколько опорных пластин, воспринимающих давление стопы и измерительные средства (манометры) индивидуально связанные с каждой опорной пластиной посредством трубопровода, в котором находится жидкость, мембраны под которой находится полость, соединенная с трубопроводом и стержня, заключенного в муфту нижний конец, которого упирается в мембрану, а верхний соединен с опорной пластиной. Кроме этого, опорные платформы выполнены с регулируемым углом разворота, а опорные пластины с регулируемой высотой. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на опорные платформы, при этом давление с каждой опорной пластины передается через стержень на мембрану, которая прогибается и вытесняет жидкость из внутренней полости. Далее воздействие передается по трубопроводу на измерительные манометры. Недостатком устройства является ограниченное количество измеряемых участков поверхности стопы. Этот недостаток обусловлен небольшим количеством опорных пластин, воспринимающих давление, увеличение которых осложнено наличием большого количества конструктивных элементов, требующих точной подгонки калибровки. Кроме того, результаты измерений, возникающие в виде показаний манометров затруднительны для считывания и обработки.
Наиболее близким устройством того же назначения, которое принято за прототип является устройство для измерения распределения давления создаваемое стопой (патент Франции №2776175 А, Кл А61В 5\103, опубл. 1999) содержащее сеть из датчиков давления, закрепленных на полужестком листе, соединенных со средством для анализа состояния датчиков и расположенных на опорных пластинах, верхняя поверхность которых изогнута в соответствии с внутренней поверхностью обуви. Сеть из датчиков выполнена в виде нижнего листа, на котором закреплены контактные
электроды и верхнего слоя из барочувствительного материала с металлизированным покрытием. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на сеть из датчиков давления, при этом слой верхнего барочувствительного материала сжимается и его электрические сопротивление между металлизированным покрытием и контактными электродами изменяется в соответствии с приложенным давлением. Величина изменения сопротивления снимается с контактных электродов и поступает на средство для анализа состояния датчиков, где после обработки получают картину распределения давления. Недостатком устройства является невысокая точность результатов измерения давления. Этот недостаток обусловлен возможностью остаточной деформации барочувствительного материала и его изнашиваемостью приводящей к изменению электромеханических характеристик материала на различных участках. Кроме того, между участками присутствует омическая связь через слой барочувствительного материала.
Предлагаемым устройством решается задача получения цифровых данных о распределении давления по опорной поверхности стопы, на основе которых могут быть определены основные ортопедические диагностические признаки, такие как нагрузка на передний и задний отделы стопы, площадь опоры, среднее давление под стопой, положение проекций центров тяжести каждой конечности и общего центра масс. Кроме того, полученные данные могут быть использованы при подборе стелек-супинаторов путем анализа разницы в распределении давления до, и после примерки.
Технический результат-увеличение точности результатов измерений распределения давления по опорной поверхности стопы.
Указанный технический результат достигается предлагаемым устройством, которое содержит верхнюю и нижнюю мембраны, контактные электроды, которые выполнены в виде параллельных проводников и установлены взаимноперпендикулярно на внутренних поверхностях мембран, измерительный блок, соединенный с контактными электродами.
Особенность заключается в том, что верхняя и нижняя мембраны скреплены между собой, образуя при этом герметичную камеру, соединенную с дополнительно введенными источником давления и датчиком давления, информационный выход которого соединен с измерительным блоком, а между мембранами имеются соединения ограничивающие вертикальную подвижность верхней мембраны. При работе устройства в герметичную камеру подается нарастающее давление, которое непрерывно измеряется датчиком давления, при этом происходит подъем верхней мембраны, ограниченный соединениями и поочередное размыкание контактных электродов. Величина давления в момент разрыва контакта соответствует давлению стопы на данном участке. Таким образом, благодаря соединениям, ограничивающим вертикальную подвижность верхней мембраны, обеспечивая устойчивое положение стопы во время измерений и уменьшающим вертикальную состовляющую, возникающую в верхней мембране по краям исследуемой стопы, а также за счет использования одного общего измерительного элемента достигается увеличение точности результатов измерений.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. На фиг.2 изображена герметичная камера в разрезе.
Устройство для измерения распределения давления по опорной поверхности стопы (фиг.1) содержит верхнюю мембрану 1 и нижнюю мембрану 2, например из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,2 мм, скрепленных между собой по краям методом пайки, образуя при этом герметичную камеру 3 (фиг.2). На внутренних поверхностях мембран 1 и 2 расположены контактные электроды 4, выполненные в виде параллельных взаимноперпендикулярных проводников и образованные методом химического травления. Герметичная камера 3 соединена с источником давления 5, выполненного, например, в виде плунжерного электромагнитного насоса и датчиком давления 6, в качестве которого может быть использован, например, пьезорезистивный датчик
давления. Контактные электроды 4, а также информационный выход датчика давления 6 соединены с измерительным блоком 7, в качестве которого может быть применена, например, микро-ЭВМ. Между верхней и нижней мембранами 1 и 2 имеются соединения 8, ограничивающие вертикальную подвижность верхней мембраны, которые могут быть выполнены в виде, например, микро-заклепок с последующей герметизацией методом пайки. Устройство работает следующим образом. Пациент становится на герметичную камеру 3 и принимает естественную позу, при этом в зонах действия давления веса пациента контактные электроды 4, расположенные на внутренних поверхностях верхней мембраны 1 и нижней мембраны 2 замыкаются. Затем в герметичную камеру 3 подается давление от источника давления 5, при нарастании которого происходит вертикальное перемещение верхней мембраны 1 ограниченное соединениями 8 и поочередное размыкание контактных электродов 4, возникающее в тот момент, когда давление внутри герметичной камеры 3 становится равным давлению снаружи, производимое стопой пациента в зонах контакта. Далее, номера контактных электродов 4, определяющие координату размыкания, а также величина давления, измеренная датчиком давления 6 в момент размыкания фиксируется измерительным блоком 7. Таким образом, при циклическом опросе состояния контактных электродов 4 (замкнуто или разомкнуто) при одновременном измерении величины давления в герметичной камере 3 получают точные цифровые данные о распределении давления под нагруженными участками стопы пациента, которые могут быть использованы для определения основных ортопедических диагностических признаков.