Динамическая стабилометрическая платформа

Полезная модель относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам для регистрации времени нахождения человека в состоянии равновесия.
Известно устройство - стабилограф, учитывающее динамические эффекты и позволяющее проводить одновременную регистрацию перемещения и ускорения горизонтальной проекции общего центра массы (ОЦМ) в двух направлениях (Смирнов Г.В. и др. Стабилограф. Медицинская техника, 1993, Ν 1, с 40-41).
Стабилограф содержит опорную платформу, установленную на основании с помощью упругих элементов с закрепленными на них тензодатчиками. Опорная платформа соединяется с основанием посредствам упругих элементов в виде стоек, прикрепленных одним концом к опорной платформе, а другими к фланцу и крестовине, установленной в жестком кольце, которое связано с основанием и фланцем. Схема обработки сигнала содержит мостовую схему, в которую включены тензодатчики и выходы, которые подключены к усилителям. Выходы из усилителей подключены через блоки вычитания и деления к регистратору.
Данное устройство отражает движение ОЦМ человека, регистрация которого часто искажается, что может привести к неправильным толкованиям результатов стабилографического обследования. Регистрация движения ОЦМ недостаточно информативна для оценки сложной, многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека.
За прототип выбран стабилограф для регистрации движения ОЦМ человека (а.с. №2063168, А61В 5/11, 10.07.1996, Смирнов Г.В. и др.), который содержит опорную платформу, соединенную с помощью упругих элементов с основанием. Упругие элементы выполнены в виде балки прямоугольного сечения с дисковидными утолщениями на концах, а по краям балки выполнены глухие отверстия и сквозные отверстия. На упругие элементы наклеены тензодатчики. Когда испытуемый стоит на опорной платформе, упругие элементы деформируются под действием силы F. Под действием горизонтального усиления в балках возникают изгибные упругие деформации, пропорциональные горизонтальному перемещению и ускорению ОЦМ человека. Для регистрации деформаций упругих элементов используют метод тензометрии. Тензодатчики объединены в мостовые схемы, сигнал от которых поступает через усилители на блоки вычитания, деления и далее на регистратор. Данное устройство имеет следующие недостатки:
1. По регистрации перемещения проекции ОЦМ на опорной площадке в неподвижной позе можно лишь косвенно оценивать состояние сложной многоуровневой системы регуляции вертикальной позы человека.
2. Анализ структуры стабилографического сигнала показывает, что распределения координат центра давления в большинстве случаев не подчиняются нормальному закону, что снижает информативность стандартного отклонения как показателя устойчивости тела человека. Распределения имеют бимодальный, а иногда и полимодальный характер. Причина такого распределения координат центра давления заключается в том, что положение центра давления (у большинства испытуемых) монотонно, а иногда скачкообразно смещается по диагонали поверхности стабилографической платформы. Стабилографический сигнал нельзя рассматривать как стационарный случайный процесс, поэтому приходится учитывать паттерн траектории центра давления, форму распределения и величины стандартных отклонений координат центра давления, которые имеют малое информационное значение при изучении и оценке устойчивости тела человека, вызывают затруднение в трактовке результатов обследования.
Цель полезной модели - повышение точности оценки регуляции вертикальной позы человека с помощью анализа временных промежутков при удержании баланса на качающейся платформе.
Поставленная цель достигается за счет изменения конструкции стабилометрической платформы, а именно в замене неподвижной платформы с тензорными датчиками на качающуюся платформу. К платформе жестко крепится металлическая ось с подшипниками на концах, которые закрепляются в корпусе устройства. Платформа вращается вокруг оси во фронтальной плоскости с ограничением угла поворота до 5°. Платформа поддерживается в горизонтальном положении за счет фиксирующих пружин. При смещении одного края платформы вниз, противоположный подымается вверх по принципу качелей.
Тензорные датчики, выступающие в качестве аналого-цифрового преобразователя, заменены оптико-механическим манипулятором, таким как в компьютерной мыши с шаровым приводом. Оптико-механический манипулятор позволяет определить величину угла поворота платформы относительно горизонтальной плоскости и передать ее на компьютер.
Отклонение платформы от горизонтальной плоскости с помощью системы шкивов передается на вращающуюся ось с диском оптико-механического манипулятора. Диск изготовлен из непрозрачного диэлектрического материала с радиально расположенными по караю прямоугольными прорезями. По обе стороны диска, на уровне прорезей, установлены с одной стороны фотодиод, а с другой светодиод, свет от последнего через прорези попадает на фотодиод. Благодаря этому при вращении диска с фотодиода снимаются импульсные сигналы, которые усиливаются и направляются в компьютер для регистрации.
Угол поворота диска оптико-механического манипулятора пропорционален величине вертикального смещения курсора на экране монитора компьютера. Специальная компьютерная программа позволяет отдельно фиксировать время нахождения платформы в горизонтальной плоскости (угол отклонения 0-1°), при смещении вниз левого края и при смещении вниз правого края (угол отклонения >1°).
На фиг. 1 показан вид сбоку, а на фиг. 2 вид сверху стабилометрической платформы, содержащей корпус 1, подвижную плиту 2, жестко фиксированную болтами 7 к продольной металлической оси 3, установленной в подшипниках, расположенных в стенке корпуса. Наклон плиты влево и право ограничен за счет упоров с пружиной 4. На фиг. 3 представлен оптико-механический манипулятор 5, расположенный между стенкой корпуса и стойкой 8. Отклонение плиты от горизонтальной плоскости передается на колесико оптико-механического манипулятора 5 с помощью системы шкивов 6. Преобразование вращения подвижной плиты в импульсные (электрические) сигналы осуществляется с помощью закрепленного на оси валика диска 12 из непрозрачного материала с прорезями 13. На фиг. 4 показан диск 12 оптико-механического манипулятора. Напротив диска с одной стороны на микроштативе, укрепленном на стенке, размещен фотодиод 10, который через прорези диска освещается светодиодом 11, установленным на микроштативе на другой стороне. Благодаря этому при вращении диска с фотодиода снимается импульсный сигнал, который через USB разъем 9 передается на компьютер.
Устройством работают следующим образом. Стабилометрическую платформу подключают к компьютеру и запускают компьютерную программу. После чего испытуемый встает на плиту стабилометрической платформы таким образом, чтобы подошвы ног находились по краям плиты, а ось вращения располагалась продольно между подошвами. Для удобства место нахождения испытуемого обозначают контуром.
Испытуемому предоставляется некоторое время (до 30 с) для адаптации стояния, в течение которого он путем активных движений (покачиваний) пытается удержаться в горизонтальном положении, а также привыкает к величине смещения плиты влево или вправо, учитывая упругость пружин.
Далее начинают тестирование, в течение которого испытуемый старается удержать плиту в горизонтальном положении, ориентируясь как на свои ощущения сохранения баланса тела, так и на показания курсора на экране монитора. Эмпирически установлено, что для получения значимых результатов достаточно 3-5 мин нахождения испытуемого на платформе. Компьютерная программа позволяет определить время нахождения плиты динамической стабилометрической платформы в горизонтальной плоскости, а также время ее отклонения от уровня горизонта, при смещении вниз левого или правого края. Время нахождения испытуемого в каждой из трех положений (горизонтальном, смещении влево или вправо) компьютерная программа определяют с точностью до 0,1 с. По окончанию установленного времени отключают регистрацию, снимают показания с экрана монитора и заносят их в протокол. Оценку устойчивости осуществляют с помощью анализа временных промежутков при нахождении испытуемого в состоянии равновесия или «условного падения» вправо (влево).
Данным устройством в течение трех лет проведено более 430 исследований по оценке и тренировке статодинамической устойчивости у студентов образовательной организации высшего образования. Данное устройство позволяет определять индивидуальный уровень статодинамической устойчивости. Тестирование позволило дифференцировать практически здоровых испытуемых по группам с высоким, средним и низким уровнем функциональной готовности к поддержанию равновесия. Выявить влияние конституциональных особенностей на устойчивость, например, более легкие и низкорослые испытуемые лучше сохраняют баланс. Устройство позволило оценить функциональные системы, участвующие в обеспечении поддержания равновесия, в частности было установлено, что зрение практически в 2 раза увеличивает способность здорового человека сохранять вертикальную стойку. Оценен вклад сознательного контроля за позой (зрительная обратная связь), который увеличивает возможность сохранять устойчивость на 10-15%.
В отличие от прототипа, в котором оценивается перемещение ОЦМ человека в положении стоя, данное устройство позволяет объективно оценивать способность человека удерживать баланс при значительной нагрузке на системы организма, обеспечивающие динамическую стабилизацию. Данное устройство дает возможность доклинического выявления отклонений в здоровье человека, связанных с системами поддержания равновесия. Можно использовать как тренажер для тренировки системы поддержания равновесия.