УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТРЕМОРА ЧЕЛОВЕКА
DEVICE FOR COMPLEX ANALYSIS OF DIFFERENT TYPES OF HUMAN TREMOR

Повышенный тремор является клиническим признаком целого ряда неврологических заболеваний. На практике при диагностике и при мониторинге хода лечения общепринятой является комплексная оценка различных видов тремора при субъективном определении их уровня в баллах по соответствующим субшкалам универсальной рейтинговой шкалы оценки проявлений паркинсонизма (Fahn S., Elton R. Unified Parkinson's Disease Rating Scale // Recent Developments in Parkinson's Disease. Florham Park. N.J.: Macmillan Health Care Information, 1987. V.2, pp.153-163). Известные объективные инструментальные методы исследования тремора не получили широкого распространения вследствие своей трудоемкости при комплексных исследованиях, вследствие своей низкой помехозащищенности и низкой стандартизации.
Известны устройства для исследования тремора (патент RU 2113169, публ. 20.06.1998; патент RU 2114558, опубл. 10.07.1998), включающие в себя одноосный акселерометрический датчик для поочередной регистрации тремора покоя пальцев рук и ног и спектральный анализатор для анализа принимаемых сигналов и определения интегральных мощностей тремора в полосах частот 7.5-10.5 и 10.5-13.5 Гц (для формирования из них впоследствии количественных диагностических признаков). Недостатками таких устройств являются: значительная трудоемкость их использования для комплексного исследования различных видов тремора, поскольку они дают возможность только поочередной регистрации и обработки сигналов с разных точек съема; невозможность повторного использования записей вследствие отсутствия их сохранения.
Известно устройство для исследования пальцевого тремора (патент на полезную модель RU 18625, публ. 10.07.2001), дающее возможность многоканальной регистрации тремора нескольких пальцев токовихревыми датчиками, записи сигналов в компьютер и в одновременном определении количественных параметров тремора разных пальцев средствами специализированного программного обеспечения. Недостатком устройства является то, что его сложно использовать для комплексного исследования тремора покоя и постурального тремора конечностей, головы и центра масс тела и невозможно использовать для исследования кинетического тремора конечностей.
В качестве прототипа выбрано устройство для исследования пальцевого тремора, описанное в патенте на полезную модель RU №79239, МПК A61B 5/11, опубл. 27.12.2008.
Прототип представляет из себя соединенные последовательно двухосный акселерометрический датчик, выполненный на основе чувствительных поверхностных емкостных элементов и имеющий в своем составе двухосный датчик ускорения, демодуляторы и цепи формирования выходных сигналов, аналого-цифровой преобразователь, компьютер со специализированным программным обеспечением. Недостатком устройства является то, что регистрация тремора в симметричных точках тела слева и справа возможна только путем последовательной установки датчика в эти точки. Это разделяет моменты времени регистрации, что приводит к увеличению общего времени обследования, повышению трудоемкости использования и является дополнительным источником ошибок при определении такой важной характеристики, как коэффициент асимметрии тремора. Устройство не приспособлено для персонала без программистской квалификации вследствие использования для анализа сигналов универсальной программы PowerGraph; устройство не дает возможности простого определения отношений количественных параметров регистрируемых сигналов и соответствующих параметров в норме.
Задачей, на которую направлено изобретение, является создание устройства для комплексного исследования различных видов тремора человека, которое позволяет с высокой степенью точности снимать необходимое количество параметров тремора, сравнивать их с соответствующими параметрами в норме, применение которого обладает малой трудоемкостью и занимает минимальное количество времени.
Технический результат достигается тем, что устройство, как и устройство прототип, состоит из по крайней мере одного акселерометрического датчика, соединенного с аналого-цифровым преобразователем и компьютером с программным обеспечением для ввода и обработки сигналов тремора.
Новым является то, что в устройстве использован второй независимый от первого одноосный пьезоэлектрический акселерометрический датчик, каждый из датчиков через выделенный канал согласующего блока соединен с выделенным входом аналого-цифрового преобразователя, а выходы аналого-цифрового преобразователя соединены с модулем специализированного программного обеспечения компьютера, выполненного с возможностью определения количественных параметров тремора и сопоставления их с соответствующими величинами в норме.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема предлагаемого устройства (см. Фиг.1).
Устройство для комплексного исследования различных видов тремора человека (Фиг.1) содержит два независимых одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчика 1, каждый из датчиков через выделенный канал согласующего блока 2 соединен с выделенным входом аналого-цифрового преобразователя 3. Выходы аналого-цифрового преобразователя 3 соединены с модулем специализированного программного обеспечения 5 компьютера 4. Устройство укомплектовано также ободком для крепления датчиков 1 при регистрации тремора головы и адаптером кубической формы на ремне для крепления датчиков 1 в области крестца при регистрации тремора центра масс тела.
Комплексное исследование различных видов тремора человека с помощью описанного выше устройства осуществляется следующим образом.
Сначала с помощью двух независимых одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1 одновременно регистрируют два сигнала тремора в двух разных, обычно симметричных, точках тела, например в симметричных точках разных конечностей, затем сигналы тремора, каждый по своему выделенному каналу согласующего блока 2, подают на аналого-цифровой преобразователь 3. С выходов аналого-цифрового преобразователя 3 оцифрованные сигналы тремора направляют в модуль специализированного программного обеспечения 5 компьютера 4, где проводят одновременный спектральный анализ сигналов тремора, определяют мощность тремора и коэффициент асимметрии тремора. Затем повторяют последовательность всех предыдущих действий для разных наборов точек съема (обычно для кистей рук, для стоп ног, для головы и для области крестца) и для разных тестовых условий (обычно для обеспечения регистрации различных видов тремора - тремора покоя, постурального тремора и кинетического тремора). После этого производят формирование сводного протокола обследования, включающего количественные параметры тремора в проведенных тестах и их соотношения с нормой.
Устройство дает возможность дополнительно определить процентную долю мощности тремора в низкочастотной части спектра, обычно в полосе частот от 1 до 8 Гц. Это существенное преимущество устройства, поскольку клиническая практика показывает, что выраженность низкочастотных составляющих тремора является важным диагностическим признаком специфических видов заболеваний, сопровождающихся наличием тремора, например болезни Паркинсона.
Использование двух независимых одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1 обеспечивает возможность одновременной регистрации сигналов тремора симметричных точек тела и быстрого определения в одном тесте мощностей тремора (суммарных мощностей спектров в полосе 1-30 Гц), например мощностей постурального тремора левой и правой руки. Эти показатели наиболее близко соответствуют принятым в клинической практике субъективным оценкам уровня тремора в баллах.
Устройство дает возможность повысить информативность исследований за счет дополнительного одновременного определения коэффициента асимметрии тремора, определяемого как процентное отношение абсолютной величины разности мощностей тремора, зарегистрированных акселерометрическими датчиками 1 в разных точках съема, к минимальной из них, а также процентной доли мощности в низкочастотной части спектра, обычно в полосе 1-8 Гц. Асимметрия тремора и выраженность низкочастотных составляющих тремора по клиническим данным являются важными диагностическими признаками.
При регистрации тремора покоя, постурального тремора и кинетического тремора рук одноосные пьезоэлектрические акселерометрические датчики 1 крепят в центре тыльной поверхности кистей левой и правой руки. Тремор покоя регистрируют, когда кисти с одноосными пьезоэлектрическими акселерометрическими датчиками 1 свободно лежат на поверхности стола ладонями вниз. Постуральный тремор регистрируют в позе Ромберга с открытыми глазами с вытянутыми вперед руками, поднятыми до уровня носа и ориентированными ладонями вниз. Кинетический тремор регистрируют с закрытыми глазами в ходе пальце-носовой пробы из исходного положения для регистрации постурального тремора при медленном движении (длительностью 6-8 секунд) сразу обеих рук. Во всех видах тремора рук регистрируют непроизвольные движения "Вверх-вниз". Поскольку при регистрации кинетического тремора произвольное движение осуществляется в горизонтальной плоскости - перпендикулярно оси чувствительности одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1, оно не дает вклада в сигнал тремора. Медленность движений здесь необходима только для получения длительности записи, достаточной для ее спектрального анализа.
При регистрации тремора покоя, постурального тремора и кинетического тремора ног одноосные пьезоэлектрические акселерометрические датчики 1 крепят на боковые поверхности свода стопы, так что их оси чувствтельности ориентированы для регистрации движений "Влево-вправо", а движения "Вверх-вниз" и "Вперед-назад" перпендикулярны оси чувствительности и не дают вклада в сигнал. При регистрации кинетического тремора это обеспечивает отсутствие вклада произвольного движения в тремор, то есть обеспечивает повышение помехозащищенности записи тремора одноосным датчиком по сравнению с записью двухосным датчиком, как в прототипе. Тремор покоя регистрируют в положении лежа на спине с вытянутыми и разведенными на ширину ступни ногами. Постуральный тремор регистрируют в положении лежа на спине с поднятыми ногами, согнутыми в коленном суставе под прямым углом. Кинетический тремор регистрируют в ходе медленного (6-8 секунд) разгибания в коленном суставе сразу обеих ног (опущенных из положения для регистрации постурального тремора) со скольжением пятки по поверхности кушетки.
Тремор головы регистрируют в положении сидя при установке одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1 на специальные опорные площадки, закрепленные на одеваемом на голову ободке (аналогичном ободку наушников). Первую опорную площадку крепят на центре ободка в области темени. Вторую опорную площадку крепят на краю ободка на виске перед ухом. Плоскости площадок параллельны фронтальной плоскости тела. Поскольку при движениях типа "Нет-нет" первая площадка находится вблизи оси вращения головы, а вторая на максимальном удалении от нее, эти движения будут регистрироваться, преимущественно, одним из одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1, закрепленным на второй площадке - на виске. Поскольку при движениях типа "Да-да" вблизи оси вращения головы находится вторая площадка, а первая находится на максимальном удалении от оси, эти движения будут регистрироваться, преимущественно, одним из одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1, закрепленным на первой площадке - на темени.
Тремор центра масс тела регистрируют в позе Ромберга с опущенными руками с открытыми и с закрытыми глазами. Одноосные пьезоэлектрические акселерометрические датчики 1 крепят на грани адаптера кубической формы устанавливаемого на ремне в области крестца. Ось чувствительности одного из одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1 ориентируют для регистрации движений "Вперед-назад", ось чувствительности второго из одноосных пьезоэлектрических акселерометрических датчиков 1 ориентируют для регистрации движений "Влево-вправо".
Использование специализированного программного обеспечения существенно снижает трудоемкость и ускоряет процедуру обследования, поскольку заданные количественные параметры движений и их отношения к соответствующим значениям в норме (выводятся в протоколе рядом с параметром в виде верхнего индекса) определяются автоматически при чтении записи сигналов. Это снижает требования к квалификации обслуживающего персонала и расширяет возможности использования устройства в клинике.
Эффективность применения предлагаемого устройства подтверждают следующие наблюдения, проводившиеся на базе Нижегородской областной клинической больницы им. Н.А.Семашко.
Пример 1. Волкова Наталья Яковлевна, 44 года, болезнь Паркинсона.
Проведено комплексное обследование тремора с помощью предлагаемого устройства. Время обследования 10-15 минут.
Мощность тремора рук (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
26.05.2008
<b>22.7</b><sup>2.4</sup>
<b>11.5</b><sup>1.2</sup>
97.4
82.2
81.2
1.2
85.1
158.1
85.8
17.03.2009
309.7<sup>32.6</sup>
5
<b>6094</b><sup>23.4</sup>
<b>108.9</b><sup>1.3</sup>
<b>178.1</b><sup>2.1</sup>
63.5
57.2
157.6
175.5
Мощность тремора ног (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
26.05.2008
16.5
9.6
71.9
94.3
155.2
64.6
<b>1888.9</b>
1024.2
84.4
17.03.2009
<b>38</b><sup>1.6</sup>
11.8
222
49.3
60.8
23.3
69.9
79.3
13.4
Доля (%) мощности тремора рук в полосе частот 1-8 Гц
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
Слева
Справа
Слева
Справа
26.05.2008
24.0
6.9
30.7
38.3
70.9
58.6
17.03.2009
<b>81.2</b><sup>1.4</sup>
19.7
30.3
32.4
49.8
43.4
Доля (%) мощности тремора ног в полосе частот 1-8 Гц
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
Слева
Справа
Слева
Справа
26.05.2008
36.1
37.8
61.0
32.4
43.5
15.8
17.03.2009
<b>78.6</b><sup>1.l</sup>
50.1
73.9
68.0
12.6
31.0
При первом обследовании выявился только повышенный тремор покоя рук с превышением нормы в 2.4 раза слева и в 1.2 раза справа. При повторном обследовании через 10 месяцев выявилось существенное увеличение тремора покоя рук (превышение нормы мощности в 32.6 раза слева с превышением нормы асимметрии в 23.4 раза). Также здесь выявилось превышение нормы по доле мощности низкочастотных составляющих спектра слева в 1.4 раза. Кроме этого появился повышенный постуральный тремор рук слева и справа и повышенный тремор покоя ног слева, в, котором в 1.1 раза превышена норма по доле мощности низкочастотных составляющих спектра. Отклонений от нормы по тремору головы и тремору центра масс не выявляется. Обследование с помощью предлагаемого устройства позволяет объективно определить наличие даже слабых отклонений от нормы в треморе покоя рук в ходе первого обследования, в треморе покоя ног и в постуральном треморе рук в ходе второго обследования. Оно позволяет получить объективную количественную характеристику прогресса заболевания и снижает риск субъективных ошибок.
Пример 2. Гребенникова Ольга Юрьевна, 43 года, болезнь Паркинсона.
Проведено комплексное обследование тремора с помощью предлагаемого устройства.
Время обследования 10-15 минут.
Мощность тремора рук (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
13.01.2010
9.1
2.1
<b>333.3</b><sup>1.3</sup>
<b>608.7</b><sup>7.1</sup>
36.1
<b>1586</b><sup>6.5</sup>
76.6
24.9
204.9
08.06.2010
4.1
2.9
41.4
<b>1309</b><sup>15.2</sup>
34.9
<b>3649</b><sup>14.9</sup>
<b>1364</b><sup>2.9</sup>
98.1
<b>1292</b><sup>3.9</sup>
Мощность тремора ног (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
13.01.2010
11.1
7
58.6
51.7
28
84.6
54.3
79.8
47.0
08.06.2010
<b>177.1</b><sup>7.6</sup>
8.4
<b>2008</b><sup>3.6</sup>
35.1
9.3
<b>277.4</b><sup>1.7</sup>
204.8
92.9
120.5
Доля (%) мощности тремора ног в полосе частот 1-8 Гц
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
Слева
Справа
Слева
Справа
13.01.2010
47.3
32.2
38.0
34.9
9.5
30.9
08.06.2010
<b>97.8</b><sup>1.4</sup>
<b>85.8</b><sup>1.2</sup>
84.5
71.9
89.1
63.1
При первом обследовании выявилась повышенная асимметрия тремора покоя рук с превышением нормы в 1.3 раза, а также повышенный в 7.1 раза Постуральный тремор рук с превышением нормы асимметрии в 6.5 раз. При повторном обследовании через 6 месяцев выявилось снижение степени асимметрии тремора покоя рук, но существенное увеличение величины и степени асимметрии постурального тремора рук. Кроме этого появились повышенный тремор покоя ног с повышенной степенью асимметрии и с повышенной долей мощности низкочастотных составляющих спектра, а также повышенная степень асимметрии постурального тремора ног. Отклонений от нормы по тремору головы и тремору центра масс не выявляется. Налицо объективная картина течения заболевания, которая отличается от первого примера. Обследование с помощью предлагаемого устройства позволяет определить объективные количественные характеристики асимметрии в постуральном и кинетическом треморе рук, а также в треморе покоя и постуральном треморе ног. Измерения коэффициента асимметрии и долей мощности низкочастотных составляющих спектра дают дополнительные количественные характеристики прогресса заболевания.
Пример 3. Котерев Анатолий Алексеевич, 58 лет, болезнь Паркинсона.
Проведено комплексное обследование тремора с помощью предлагаемого устройства.
Время обследования 10-15 минут.
Мощность тремора рук (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
24.03.2009
<b>1538</b><sup>121</sup>
<b>85.5</b><sup>6.7</sup>
<b>1699</b><sup>6.5</sup>
<b>861</b><sup>6.7</sup>
<b>253.4</b><sup>2.0</sup>
<b>239.8</b><sup>1.6</sup>
<b>1671</b><sup>3.5</sup>
<b>790.6</b><sup>1.7</sup>
111.4
23.10.2009
<b>47.6</b><sup>3.7</sup>
3
<b>1487</b><sup>5.7</sup>
<b>434.2</b><sup>3.4</sup>
87.2
<b>397.9</b><sup>2.7</sup>
238.1
83
186.9
Доля (%) мощности тремора рук в полосе частот 1-8 Гц
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
Слева
Справа
Слева
Справа
24.03.2009
54.5
46.3
<b>89.7</b><sup>1.2</sup>
71.6
84.9
82.5
23.10.2009
54.5
32.3
65.3
70.5
72.7
66.9
Мощность тремора ног (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup> и коэффициент асимметрии (%)
Дата
Тремор покоя
Постуральный тремор
Кинетический тремор
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
Слева
Справа
К<sub>асим.</sub>
24.03.2009
5.7
6.2
8.8
51.8
83.4
61
42.8
160.1
274
23.10.2009
15.6
4
290
139.6
79.8
74.9
191.6
52.9
262.2
Мощность тремора головы и тремора центра масс (см/сек<sup>2</sup>)<sup>2</sup>, коэффициенты асимметрии (%)
Дата
Тремор головы
Тремор центра масс
Да-Да
Нет-Нет
К<sub>асим.</sub>
Вперед-назад
Влево-вправо
К<sub>асим.</sub>
24.03.2009
<b>303.7</b><sup>4.0</sup>
<b>131.4</b><sup>3.7</sup>
131.1
<b>51.7</b><sup>3.2</sup>
<b>60.3</b><sup>3.1</sup>
16.6
23.10.2009
<b>96.2</b><sup>1.3</sup>
<b>48.9</b><sup>1.4</sup>
96.7
<b>18.9</b><sup>1.2</sup>
<b>47.1</b><sup>2.4</sup>
149.2
При первом обследовании выявился повышенный уровень и повышенная асимметрия тремора покоя и постурального тремора рук с превышением нормы от 1.6 раза до 121 раза, а также повышенный уровень без превышения уровня асимметрии в кинетическом треморе рук, в треморе головы и в треморе центра масс. В постуральном треморе рук слева обнаружено превышение в 1.2 раза нормы по доле мощности в низкочастотной части спектра. Выхода за пределы нормы параметров тремора ног не обнаружено. Пересмотрена схема лечения (назначен мадопар). Повторное обследование проведено через 7 месяцев. За 4 часа до повторного обследования пациент принял таблетку препарата мадопар (250 мг) и таблетку препарата проноран (50 мг). По результатам обследования выявилось существенное снижение уровня всех видов тремора превышавших норму и нормализация распределения постурального тремора рук по частотному спектру. Наблюдаемая картина подтверждает правильность новой схемы лечения.
Таким образом, предлагаемые устройство обеспечивает снижение трудоемкости, увеличение информативности и повышение точности комплексного исследования различных видов тремора.