RU2180517C2 - Orthopedic diagnostic complex - Google Patents
Orthopedic diagnostic complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2180517C2 RU2180517C2 RU99101217A RU99101217A RU2180517C2 RU 2180517 C2 RU2180517 C2 RU 2180517C2 RU 99101217 A RU99101217 A RU 99101217A RU 99101217 A RU99101217 A RU 99101217A RU 2180517 C2 RU2180517 C2 RU 2180517C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- feet
- pressure
- foot
- transducers
- measuring
- Prior art date
Links
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 230000007787 long-term memory Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицинской диагностики, а именно к ортопедической диагностике. The invention relates to the field of medical diagnosis, namely to orthopedic diagnosis.
Для ортопедической диагностики важное значение имеет информация о рельефе подошвенной части стоп в нагруженном (при стоянии) и ненагруженном состояниях, распределении давления по поверхности стопы на опорную плоскую поверхность, величине угла разворота продольных осей стопы, проекции центров тяжести каждой ноги и всего тела на опорную поверхность и о динамике вариаций всех перечисленных параметров при стоянии. For orthopedic diagnostics, information about the relief of the sole of the feet in the loaded (when standing) and unloaded conditions, the distribution of pressure on the surface of the foot on a support flat surface, the angle of rotation of the longitudinal axes of the foot, the projection of the centers of gravity of each foot and the whole body on the support surface is important. and the dynamics of variations of all of the above parameters when standing.
Между тем авторам неизвестны устройства, которые позволяли бы одновременно в реальном масштабе времени получать всю указанную информацию. Meanwhile, the authors are not aware of devices that would allow simultaneously in real time to receive all the specified information.
Известны устройства [1], позволяющие получить модель подошвенной области стопы, содержащие подставку, опоку, заполненную сыпучим наполнителем и покрытую воздухонепроницаемой эластичной пленкой, вакуум-насос, вакуум-провод, соединяющий вакуум-насос с опокой, выполненной в виде трубопровода прямоугольного (или близкого к нему) сечения, полость которого с помощью штуцера соединяется с вакуум-проводом, а на внутренней стенке опоки имеются отверстия, через которые из герметичного пространства, образованного опокой и обтягивающей ее эластичной пленкой и заполненного сыпучим наполнителем, откачивается воздух. Чтобы при этом сыпучий наполнитель не попадал в вакуумную систему, отверстия опоки закрыты воздухопроницаемым фильтром. Known devices [1], which allow to obtain a model of the plantar area of the foot, containing a stand, a flask filled with a loose filler and covered with an airtight elastic film, a vacuum pump, a vacuum wire connecting the vacuum pump to the flask made in the form of a rectangular (or close) pipeline to it) a section, the cavity of which, with the help of a fitting, is connected to a vacuum wire, and on the inner wall of the flask there are holes through which the elastic is tightened by the flask and tightens it filled with a film and filled with loose filler, air is pumped out. So that the bulk filler does not get into the vacuum system, the holes of the flask are closed by an air-permeable filter.
Устройство позволяет получить негативный отпечаток стопы и работает следующим образом. При атмосферном давлении в вакуумной системе пациент становиться на эластичную пленку, закрывающую опоку с сыпучим материалом, и подподошвенная поверхность сыпучего наполнителя под давлением стопы приобретает негативный рельеф подошвенной части стопы. Далее включается вакуум-насос, откачивающий воздух из внутреннего пространства опоки, в результате чего частички сыпучего наполнителя плотно сцепляются друг с другом и поверхность сыпучего наполнителя сохраняет негативный отпечаток подошвенной части стопы. The device allows you to get a negative footprint and works as follows. At atmospheric pressure in the vacuum system, the patient becomes on an elastic film covering the flask with bulk material, and the subsoil surface of the granular filler under the pressure of the foot acquires a negative relief of the sole of the foot. Next, a vacuum pump is turned on, pumping air from the inner space of the flask, as a result of which the particles of the loose filler adhere tightly to each other and the surface of the loose filler retains a negative imprint of the sole of the foot.
Все необходимые измерения проводятся с помощью ручных измерительных средств (линейка, штангенциркуль) либо непосредственно по этому негативному отпечатку, либо по получаемому с него гипсовому слепку - модели подошвенной поверхности стопы. All necessary measurements are carried out using manual measuring tools (ruler, vernier caliper), either directly from this negative print, or from the plaster cast received from it — models of the plantar surface of the foot.
Известны также способ и устройство [2] для исследования опорной функции стопы, состоящее из носка, выполненного из эластичного воздухонепроницаемого материала, надеваемого на ногу пациента, в центре подошвы которого имеется патрубок для последующей откачки воздуха, подстопник, выполненный из прозрачного материала (стекла) с отверстием под патрубок носка, вертикально установленными измерительной трубкой и шкалой, которая через колено, заполненное подкрашенной жидкостью, может соединяться с патрубком носка. При надевании носка на ногу пациента патрубок открыт и вследствие эластичности материала носка при установке ноги на подстопник (при этом патрубок носка проходит через соответствующие отверстия в подстопнике) без нагрузки (пациент сидит) нижняя поверхность носка является плоской, а ее контур соответствует контуру ступни. Этот контур можно зарисовать на нижней поверхности прозрачного подстопника. Затем патрубок подсоединяют к шприцу и отсасывают воздух из подстопного пространства, пока нижняя поверхность носка не окажется плотно прижатой к поверхности стопы. По объему воздуха в шприце определяют объем подстопного пространства в ненагруженном состоянии. Затем патрубок отсоединяют от шприца (при этом воздух опять заполняет подстопное пространство) и через колено, заполненное подкрашенной жидкостью, подсоединяют к измерительной трубке. После этого пациент становится на ноги, подсводное пространство при нагрузке уменьшается, вследствие чего жидкость из колена поднимается по измерительной трубке на величину, соответствующую объему воздуха, выдавливаемого из подстопного пространства при нагрузке. Зная его начальный объем (в ненагруженном состоянии), можно определить оставшийся объем подсводного пространства в нагруженном состоянии. А по отпечаткам ступни на подстопнике (для этого наружная поверхность подошвенной части может покрываться красящим веществом) можно находить площадь опорной поверхности стопы как в нагруженном, так и в ненагруженном состояниях. Also known is a method and device [2] for examining the support function of the foot, consisting of a sock made of an elastic airtight material worn on the patient’s leg, in the center of the sole of which there is a pipe for subsequent pumping of air, a foot made of transparent material (glass) with a hole for the sock pipe, vertically mounted measuring tube and a scale, which through the elbow filled with tinted liquid, can be connected to the sock pipe. When putting the sock on the patient’s foot, the nozzle is open and due to the elasticity of the material of the sock when the foot is placed on the foot (the toe nozzle passes through the corresponding holes in the foot) without load (the patient is sitting), the lower surface of the toe is flat and its contour corresponds to the contour of the foot. This contour can be drawn on the bottom surface of the transparent footrest. Then the nozzle is connected to the syringe and the air is sucked out from underfoot space until the lower surface of the toe is firmly pressed against the surface of the foot. The volume of air in the syringe determines the amount of underfoot space in an unloaded state. Then the nozzle is disconnected from the syringe (the air again fills the pit) and through the elbow filled with tinted liquid, it is connected to the measuring tube. After this, the patient becomes on his feet, the underwater space under load decreases, as a result of which the fluid from the knee rises along the measuring tube by an amount corresponding to the volume of air squeezed out of the underfoot space under load. Knowing its initial volume (in an unloaded state), it is possible to determine the remaining volume of underwater space in a loaded state. And from the foot prints on the foot (for this the outer surface of the sole of the sole can be covered with coloring matter), you can find the area of the supporting surface of the foot in both loaded and unloaded states.
Известно также устройство [3] для определения распределения давления тела человека на опорные поверхности, которое состоит из многоконтактного датчика давления тела, регулируемого источника воздуха с датчиком давления воздуха, коммутатора и измерительного блока. Датчик давления тела состоит из эластичных мембран, образующих замкнутую полость (опорную подушку), при этом на внутренних поверхностях мембран имеются металлизированные контактные площадки. На нижней мембране они точечные и образуют измерительную матрицу, а на верхней - зигзагообразной формы, расположенные таким образом, что при полном прижатии мембран друг к другу верхняя контактная система полностью перекрывает все контактные площадки нижней мембраны (не замыкая при этом отводы от них). Устройство работает следующим образом. Пациент садится или становится на опорную подушку. При этом, конечно, все контакты замыкаются. Включается коммутатор, поочередно подключающий к измерительному блоку все контактные площадки нижней мембраны и датчик давления воздуха. Затем в опорную подушку накачивают сжатый воздух от компрессора. По мере роста давления воздуха в межмембранном пространстве начинают размыкаться контакты (сначала там, где давление тела слабее, потом там, где сильнее). При циклически повторяющихся опросах одновременно фиксируются все оставшиеся замкнутыми контакты и соответствующее этому циклу давление воздуха. По давлению воздуха, соответствующему разрыву контакта, можно определить давление тела в данной точке. A device [3] is also known for determining the distribution of the pressure of the human body on the supporting surfaces, which consists of a multi-contact body pressure sensor, an adjustable air source with an air pressure sensor, a switch and a measuring unit. The body pressure sensor consists of elastic membranes forming a closed cavity (support pad), while there are metallized contact pads on the inner surfaces of the membranes. On the lower membrane they are point-like and form a measuring matrix, and on the upper one they are zigzag-shaped, arranged in such a way that when the membranes are fully pressed against each other, the upper contact system completely covers all contact areas of the lower membrane (without closing the taps from them). The device operates as follows. The patient sits down or stands on a support pillow. In this case, of course, all contacts are closed. The switch is turned on, which alternately connects to the measuring unit all the contact pads of the lower membrane and the air pressure sensor. Then, compressed air from the compressor is pumped into the support pad. As the air pressure rises in the intermembrane space, contacts begin to open (first where the body pressure is weaker, then where it is stronger). In cyclically repeated polls, all contacts remaining closed and the air pressure corresponding to this cycle are simultaneously recorded. By the air pressure corresponding to the breaking of the contact, it is possible to determine the pressure of the body at a given point.
Известны также [4] тензометрические устройства, позволяющие измерять давление на локальных участках подошвенной области стопы как в статике (при стоянии), так и в динамике (при ходьбе). Такие устройства содержат миниатюрные тензометрические датчики, закрепляемые на опорной платформе (при стоянии) или в обуви (при ходьбе). Сигнал с датчиков измеряется стрелочным прибором (в статике, т.е. при стоянии) или подается на шлейфовый или электронный осциллограф (для исследований в динамике, т.е. при ходьбе). Однако число устанавливаемых датчиков не превышает 3-5, что дает возможность измерять давление лишь в нескольких точках стопы. Also known [4] are tensometric devices that allow measuring pressure on local sections of the plantar area of the foot both in statics (when standing) and in dynamics (when walking). Such devices contain miniature strain gauges mounted on a support platform (when standing) or in shoes (when walking). The signal from the sensors is measured with a pointer device (in statics, i.e. when standing) or fed to a loop or electronic oscilloscope (for studies in dynamics, i.e. when walking). However, the number of installed sensors does not exceed 3-5, which makes it possible to measure pressure at only a few points of the foot.
Известны также устройства, называемые стабилографами [4, 5], позволяющие определить положение проекции общего центра масс (ОЦМ) пациента на горизонтальную плоскость при стоянии. Устройство представляет собой горизонтальную опорную платформу, на которую становится обеими ногами пациент. Платформа опирается на три (расположенные в виде равнобедренного треугольника) или четыре (расположенных по углам прямоугольной платформы) упругих элемента с прикрепленными к ним тензодатчиками, сигналы с которых поступают на шлейфовый осциллограф и регистрируются. Затем эти записи совместно обрабатываются и для каждого момента времени вычисляется проекция ОЦМ на опорную горизонтальную плоскость. Метод требует весьма длительной и трудоемкой математической обработки полученных записей сигналов, проводимой вручную. Also known are devices called stabilographs [4, 5], which make it possible to determine the position of the projection of the patient’s common center of mass (OCM) on a horizontal plane when standing. The device is a horizontal support platform on which the patient becomes both feet. The platform is based on three (located in the form of an isosceles triangle) or four (located at the corners of a rectangular platform) elastic elements with strain gauges attached to them, the signals from which are fed to the loop oscilloscope and recorded. Then these records are jointly processed and for each moment of time the projection of the JCM on the reference horizontal plane is calculated. The method requires a very long and laborious mathematical processing of the obtained signal records, carried out manually.
Таким образом, хотя и существуют определенные методы и устройства, позволяющие определить некоторые из вышеуказанных ортопедических диагностических признаков, однако, во-первых, их невозможно совместить, чтобы одновременно получить информацию о всех этих признаках, во-вторых, ни одно из этих устройств не позволяет получить информацию в готовом виде в реальном масштабе времени (после эксперимента требуется кропотливая и трудоемкая обработка его результатов для извлечения полезной информации), в-третьих, не все диагностические признаки могут быть этими устройствами измерены и, в-четвертых, большую сложность представляет измерение динамических характеристик изменений этих параметров при спокойном стоянии (в частности, динамика изменений рельефа стопы имеющимися устройствами не может быть определена). Thus, although there are certain methods and devices that can identify some of the above orthopedic diagnostic signs, however, firstly, they cannot be combined to simultaneously obtain information about all these signs, and secondly, none of these devices allows receive information in real time in real time (after the experiment, painstaking and time-consuming processing of its results is required to extract useful information), thirdly, not all diagnostic signs can be measured by these devices and, fourthly, measuring the dynamic characteristics of changes in these parameters when standing still is of great difficulty (in particular, the dynamics of changes in the topography of the foot with existing devices cannot be determined).
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства (комплекса), обеспечивающего одновременное измерение в реальном масштабе времени таких ортопедических диагностических признаков, как: рельеф подошвенной части стопы; распределение давления по площади опоры стопы; положение проекций центров тяжести каждой ноги и общего центра масс тела на горизонтальную плоскость относительно проекций стоп; угол разворота между продольными осями стоп при естественном состоянии в удобной позе; а также динамические характеристики вариаций этих параметров при спокойном стоянии. При этом вся указанная информация должна представляться врачу в окончательном наглядном и удобном для непосредственного использования виде, не требуя никакой дополнительной ручной обработки, и автоматически регистрироваться. The technical problem to which the invention is directed is the creation of a device (complex) that provides simultaneous real-time measurement of such orthopedic diagnostic signs, such as: relief of the sole of the foot; pressure distribution over the foot support area; the position of the projections of the centers of gravity of each leg and the common center of mass of the body on a horizontal plane relative to the projections of the feet; turning angle between the longitudinal axes of the feet in a natural state in a comfortable position; as well as the dynamic characteristics of variations of these parameters when standing still. At the same time, all the specified information should be presented to the doctor in the final visual and convenient form for direct use, without requiring any additional manual processing, and be automatically registered.
Решение указанной задачи достигается путем создания ортопедического диагностического комплекса, состоящего из измерительной опорной платформы и электронной системы. Измерительная опорная платформа содержит две (под каждую из стоп) опорные площадки, образованные сгруппированными в матрицы прямоугольной формы совмещенными преобразователями вертикального перемещения и давления, которые размещены на поворотных платформах, снабженных датчиками угла поворота, и могут поворачиваться в горизонтальной плоскости на определенный угол, а поворотные платформы опираются на базовые опорные платформы, одна из которых неподвижна, а вторая выполнена с возможностью линейного перемещения в горизонтальной плоскости относительно неподвижной платформы и снабжена датчиком линейного перемещения. Электронная система содержит блок аналоговых коммутаторов, генератор возбуждающих сигналов первичных преобразователей, измерительный блок, интерфейсный модуль и персональную ЭВМ, причем входы питания совмещенных преобразователей вертикального перемещения и давления, их информационные выходы и информационные выходы датчиков угла поворота и линейного перемещения через блок аналоговых коммутаторов соединены соответственно с выходом генератора возбуждающих сигналов и информационным входом измерительного блока, выход измерительного блока соединен с цифровым входом интерфейсного модуля, который через стандартный канал связи соединен с персональной ЭВМ, выходы которой через интерфейсный модуль подключены к управляющим входам блока аналоговых коммутаторов и измерительного блока. Полученная от датчиков информация обрабатывается персональной ЭВМ по специальным программам, в наглядном и удобном для врача виде отображается на экране ЭВМ и может быть записана в долговременную память. The solution to this problem is achieved by creating an orthopedic diagnostic complex consisting of a measuring support platform and an electronic system. The measuring support platform contains two (under each of the feet) support pads formed by combined vertical displacement and pressure transducers grouped into rectangular matrices, which are placed on turntables equipped with rotation angle sensors and can be rotated in a horizontal plane by a certain angle, and rotary platforms are based on basic support platforms, one of which is stationary, and the second is made with the possibility of linear movement in horizontal plane whith respect to the fixed platform and is provided with a linear displacement sensor. The electronic system contains an analog switch unit, a generator of exciting signals of the primary converters, a measuring unit, an interface module and a personal computer, the power inputs of the combined vertical and pressure transducers, their information outputs and the information outputs of the rotation angle and linear displacement sensors through the analog switch unit are connected respectively with the output of the generator of exciting signals and the information input of the measuring unit, the output of the measuring The unit is connected to the digital input of the interface module, which is connected via a standard communication channel to a personal computer, the outputs of which are connected through the interface module to the control inputs of the analogue switch unit and the measuring unit. The information received from the sensors is processed by a personal computer using special programs; it is displayed on a computer screen in a visual and convenient for the doctor form and can be recorded in a long-term memory.
Сущность изобретения поясняется структурно-функциональной схемой ортопедического диагностического комплекса (фиг.1), схематическими чертежами измерительной опорной платформы (фиг.2) и схемой совмещенного преобразователя вертикального перемещения и давления (фиг.3). The invention is illustrated by the structural-functional diagram of an orthopedic diagnostic complex (Fig. 1), schematic drawings of a measuring support platform (Fig. 2) and a diagram of a combined transducer of vertical displacement and pressure (Fig. 3).
Ортопедический диагностический комплекс (фиг.1) состоит из измерительной опорной платформы 1, электронной системы 2 и персональной ЭВМ 3. Orthopedic diagnostic complex (figure 1) consists of a
Измерительная опорная платформа 1 содержит две опорные площадки 4, образованные сгруппированными в матрицы прямоугольной формы совмещенными преобразователями вертикального перемещения и давления, датчиками 5 угла поворота, размещенными в каждой опорной площадке, и датчиком 6 расстояния между центрами опорных площадок. The
Электронная система 2 состоит из блока аналоговых коммутаторов 7, генератора 8 возбуждающих сигналов первичных преобразователей, измерительного блока 9 и интерфейсного модуля 10, обеспечивающего связь с персональной ЭВМ 3. The
Измерительная платформа (фиг.2) содержит две опорные площадки 4, в которых размещены сгруппированные в матрицы прямоугольной формы совмещенные преобразователи вертикального перемещения и давления 11. Опорные площадки жестко установлены на поворотные платформы 12 с возможностью свободного поворота на некоторый угол в горизонтальной плоскости. С вертикальной осью каждой поворотной платформы совмещены датчики 5 угла поворота. Сверху поверхности опорных площадок обтянуты сменной эластичной пленкой 13. Поворотные платформы опираются на базовые несущие платформы 14, одна из которых (на фиг. 2 - левая) неподвижна, а вторая может перемещаться линейно относительно базовой неподвижной платформы. Для измерения величины этого перемещения установлен датчик 6 линейного перемещения, представляющий собой многооборотный потенциометрический преобразователь, связанный с помощью установленного на его оси шкива с тросиком 15, один конец которого закреплен на подвижной базовой платформе, а второй конец - на блоке 16 со спиральной пружиной, обеспечивающей постоянное натяжение тросо-блочной передачи. Может быть использован преобразователь линейного перемещения любого другого типа, обеспечивающий диапазон измерения 250-300 мм с погрешностью не более ±5 мм. The measuring platform (Fig. 2) contains two
Совмещенные преобразователи вертикального перемещения и давления могут быть реализованы различным образом. Диапазон измерения линейного перемещения должен быть не менее 20 мм, а давления (веса) - до 0,5 кг при допустимых погрешностях не свыше 5%. Поперечные размеры совмещенного преобразователя не должны превышать 8 мм (чтобы можно было составить из них матрицу с шагом не более 10 мм). Кроме того, важным требованием является высокая перегрузочная способность по давлению, в том числе и к ударным нагрузкам. Combined transducers of vertical movement and pressure can be implemented in various ways. The linear displacement measuring range should be at least 20 mm, and pressure (weight) - up to 0.5 kg with permissible errors not exceeding 5%. The transverse dimensions of the combined transducer should not exceed 8 mm (so that it would be possible to compose a matrix from them with a step of no more than 10 mm). In addition, an important pressure requirement is a high pressure overload capacity, including impact loads.
На фиг.3 приведен возможный вариант совмещенного преобразователя вертикального перемещения и давления индуктивного типа, удовлетворяющий всем предъявляемым требованиям. Он состоит из ферромагнитного цилиндрического стержня 17, который может свободно перемещаться в осевом отверстии каркаса 18 датчика, выполненного из диэлектрика. На каркасе размещены обмотки 19 и 20, первая из которых чувствительна к вертикальному перемещению ферромагнитного стержня 17, а вторая - к давлению. Стержень 17 подпружинен двумя пружинами: цилиндрической 21 с малой жесткостью и диапазоном вертикального сжатия до 20 мм и конической 22 с большой жесткостью и диапазоном сжатия до 3 мм. Пружины разделены между собой шайбой 23. Каркасы датчиков закрепляются между опорными металлическими пластинами 24 и 25, между которыми находится печатная плата 26, к которой припаиваются выводы обмоток всех датчиков матрицы и на ней же размещены интегральные схемы аналогового коммутатора. Figure 3 shows a possible variant of the combined transducer of vertical displacement and pressure of the inductive type, satisfying all the requirements. It consists of a ferromagnetic
Верхние торцы ферромагнитных стержней имеют округлую головку и сверху вся матрица датчиков закрыта эластичной пленкой 13, которую можно легко заменять и дезинфицировать. The upper ends of the ferromagnetic rods have a rounded head and on top of the entire sensor matrix is covered with an
Для уменьшения трения поворотные платформы катаются на шариках, размещенных в желобах в опорной и базовой платформах, имеющих вид дуг окружностей с центром, совпадающим с центром вращения поворотной платформы. Аналогичным образом, на шариках, размещенных в продольных желобах, сделанных в подвижной базовой платформе и в основании опорной платформы, происходит линейное перемещение подвижной базовой платформы. To reduce friction, the rotary platforms roll on balls placed in the grooves in the support and base platforms, having the form of circular arcs with a center coinciding with the center of rotation of the rotary platform. Similarly, on balls placed in longitudinal grooves made in the movable base platform and at the base of the support platform, linear movement of the movable base platform occurs.
Ортопедический диагностический комплекс работает следующим образом. Orthopedic diagnostic complex works as follows.
Пациент становится обеими ногами на опорные площадки 4 таким образом, чтобы стопы не выступали за края площадок, и принимает естественную позу, раздвигая опорные площадки на удобную дистанцию и поворачивая их на удобный для стояния угол (эти параметры при необходимости могут выставляться врачом принудительно). The patient stands with both feet on the supporting
Под действием веса пациента ферромагнитные подвижные стержни 17 совмещенных датчиков, образующих измерительную матрицу, перемещаются в соответствии с рельефом подошвенной части стопы. При этом вследствие малой жесткости пружин 21 на ненагруженных участках стопы конические пружины 22 не деформируются, а следовательно, соответствующие датчики давления дают нулевые показания, так как нижние торцы подвижного сердечника 17 находятся за пределами зоны чувствительности обмотки 20. Под нагруженными участками стопы пружины 21 сжимаются до предела, после чего начинают сжиматься более жесткие пружины 22. При этом нижний торец стержня 17 входит в зону чувствительности обмотки 20, вследствие чего увеличивается индуктивная связь между обмоткой 20 и обмоткой 19 и в обмотке 20 наводится ЭДС, примерно пропорциональная дальнейшему перемещению (приближению) ферромагнитного стержня 17 к обмотке 20. Весь диапазон чувствительности обмотки 20 к изменению положения стержня 17 должен соответствовать диапазону деформации конической пружины 22 (2-3 мм). Ввиду большого различия между жесткостью пружин 21 и 22 весь вес пациента будет распределяться только на опорные участки стопы. Under the influence of the patient’s weight, the ferromagnetic
Обмотка 19 подключается к генератору синусоидального тока, частота которого подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальную чувствительность обмотки 19 к вертикальному перемещению ферромагнитного стержня 17 в ненагруженных датчиках и обмотки 20 к дальнейшему перемещению стержня 17 в нагруженных датчиках. Экспериментальные исследования показали, что оптимальная частота возбуждения датчиков перемещения составляет 5-8 KHz при диаметре стержня 2-2,5 мм. Обмотка датчика перемещения работает в режиме заданного тока, а обмотка 20 является вторичной обмоткой воздушного трансформатора, первичной обмоткой которого является обмотка 19. При этом, пока ферромагнитный стержень 17 находится далеко от обмотки 20, индуктивная связь между обмотками очень слабая и сигнал, наводимый в обмотке 20, близок к нулю. Но когда пружина 21 полностью сжимается, торец ферромагнитного стержня 17 входит в зону чувствительности обмотки 20, индуктивная связь между обмотками начинает возрастать и сигнал, наводимый в обмотке 20, увеличивается пропорционально дальнейшему перемещению ферромагнитного стержня 17. The winding 19 is connected to a sinusoidal current generator, the frequency of which is selected in such a way as to ensure maximum sensitivity of the winding 19 to the vertical movement of the
Обмотки датчиков с помощью блока 7 аналоговых коммутаторов поочередно подключаются к генератору 8 синусоидального тока и измерительному блоку 9, содержащему усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь. Быстродействие АЦП, аналоговых коммутаторов и всех остальных элементов выбирается таким, чтобы цикл опроса всех датчиков обеих матриц, а также датчиков угловых и линейных перемещений опорных площадок, не превышал 1 с. The sensor windings using the block 7 of the analog switches are alternately connected to the sinusoidal current generator 8 and the measuring unit 9, containing an amplifier, detector and analog-to-digital converter. The performance of the ADC, analog switches and all other elements is selected so that the polling cycle of all sensors of both matrices, as well as the sensors of angular and linear displacements of reference sites, does not exceed 1 s.
Далее эти сигналы уже в цифровом виде через интерфейсный модуль 10 поступают в персональную ЭВМ 3. Further, these signals are already in digital form through the interface module 10 enter the personal computer 3.
Вся дальнейшая обработка полученной измерительной информации производится ЭВМ программным путем. All further processing of the obtained measurement information is performed by the computer programmatically.
Прикладное программное обеспечение ортопедического диагностического комплекса должно обеспечивать:
1. Построение трехмерного изображения рельефа поверхности стоп и профилей его сечений при произвольном расположении вертикальных секущих плоскостей в задаваемом масштабе с одновременной индикацией цифровых значений величин просвета между опорной плоскостью и сводом стопы в месте расположения курсора.The applied software of the orthopedic diagnostic complex should provide:
1. The construction of a three-dimensional image of the relief of the surface of the feet and the profiles of its sections with an arbitrary arrangement of vertical cutting planes in a given scale with a simultaneous indication of digital values of the clearance between the reference plane and the arch of the foot at the cursor location.
2. Построение масштабных изображений опорных участков поверхностей стоп с изолиниями равного давления и раскраску их по 10 градациям (с шагом изменения давления 10% от максимального значения). 2. The construction of large-scale images of the supporting sections of the surfaces of the feet with contours of equal pressure and coloring them in 10 gradations (with a pressure change step of 10% of the maximum value).
3. Вычисление и изображение на построенных картах давлений каждой стопы проекций геометрических центров давлений каждой ноги и общего центра масс (ОЦМ) всего тела. 3. Calculation and image on the constructed pressure maps of each foot of the projections of the geometric centers of pressure of each leg and the total center of mass (GCM) of the whole body.
4. Построение и изображение продольных осей стоп и индикация числового значения их углов, а также расстояния между центрами вращения стоп. 4. The construction and image of the longitudinal axes of the feet and the indication of the numerical value of their angles, as well as the distance between the centers of rotation of the feet.
5. Вычисление и индикация (в цифровом виде) динамических параметров девиации проекций на опорную плоскость центров тяжести каждой ноги и ОЦМ (амплитуда и период колебаний, усредняемые за заданный интервал времени). 5. Calculation and indication (in digital form) of the dynamic parameters of the deviation of the projections onto the supporting plane of the centers of gravity of each leg and the JMC (amplitude and period of oscillations averaged over a given time interval).
6. Запоминание и кратковременное (для визуального анализа по экрану) или длительное хранение (архивирование) любых кадров изображения и дополнительных сведений (данные пациента), вводимых с клавиатуры. 6. Memorization and short-term (for visual analysis on the screen) or long-term storage (archiving) of any image frames and additional information (patient data) entered from the keyboard.
Кроме того, программное обеспечение включает в себя модуль управления аппаратными средствами комплекса (блоком аналоговых коммутаторов и измерительным блоком). In addition, the software includes a module for controlling the hardware of the complex (block of analog switches and measuring unit).
Укрупненная блок-схема пакета специального программного обеспечения комплекса представлена на фиг.4. An enlarged block diagram of a package of special software for the complex is presented in figure 4.
Очевидно, что данный комплекс позволяет легко зафиксировать и измерить числовые значения характеристики ненагруженной стопы. Obviously, this complex makes it easy to fix and measure the numerical values of the characteristics of an unloaded foot.
Измерение характеристик ненагруженных стоп (при этом измеряется только профиль нижней поверхности стопы) позволяет получить дополнительную диагностическую информацию. Особый интерес представляет выявление изменений профиля стопы под нагрузкой, которое легко получить путем сопоставления профилей стопы без нагрузки и под нагрузкой. Measurement of the characteristics of unloaded feet (in this case, only the profile of the lower surface of the foot is measured) provides additional diagnostic information. Of particular interest is the identification of changes in the foot profile under load, which is easy to obtain by comparing the profiles of the foot without load and under load.
Для измерения профиля ненагруженной стопы пациент должен перенести весь вес своего тела на одну ногу, не убирая с опорной площадки вторую. Удостовериться в том, что вторая нога не нагружена, можно по показаниям датчиков давления соответствующей опорной площадки, которые должны быть нулевыми. В этом случае, очевидно, будут работать только датчики вертикального перемещения, фиксируя профиль нижней поверхности ненагруженной стопы, т.к. при этом будут сжиматься (в соответствии с профилем стопы) только верхние пружины малой жесткости. Для одновременного измерения профилей обеих стоп без нагрузки пациента можно посадить на расположенный рядом с опорной платформой стул, не убирая его ног с опорных площадок. To measure the profile of an unloaded foot, the patient must transfer the entire weight of his body to one leg, without removing the second from the supporting platform. To make sure that the second leg is not loaded, it is possible according to the readings of the pressure sensors of the corresponding supporting platform, which should be zero. In this case, obviously, only vertical displacement sensors will work, fixing the profile of the lower surface of the unloaded foot, because in this case, only the upper springs of low stiffness will be compressed (in accordance with the profile of the foot). To simultaneously measure the profiles of both feet without the patient's load, you can sit on a chair located next to the support platform without removing his legs from the support platforms.
Существенными отличительными признаками предлагаемого устройства являются:
- использование под каждую стопу сгруппированных в матрицы прямоугольной формы совмещенных преобразователей вертикального перемещения и механического давления, которые поочередно опрашиваются с помощью программно-управляемого блока аналоговых коммутаторов;
- использование поворотных (в горизонтальной плоскости) опорных площадок с датчиками угла поворота;
- обеспечение возможности линейного перемещения одной из опорных площадок и установка датчика ее перемещения;
- обеспечение автоматического ввода всей измеренной информации в ЭВМ с циклом опроса всех датчиков, обеспечивающих представление информации в реальном масштабе времени.Salient features of the proposed device are:
- the use under each foot of the combined transducers of vertical displacement and mechanical pressure grouped into rectangular matrices, which are alternately interrogated using a program-controlled block of analog switches;
- the use of rotary (in the horizontal plane) bearing pads with angle sensors;
- providing the possibility of linear movement of one of the reference sites and the installation of a sensor for its movement;
- providing automatic input of all measured information into a computer with a polling cycle of all sensors that provide information in real time.
Все это обеспечивает возможность автоматического расчета и наглядного представления на дисплее ЭВМ трехмерных изображений рельефа стоп, карты распределения давления на опорных участках поверхности стоп, совмещенных с последними изображениями проекций на опорную плоскость центров тяжестей каждой ноги и общего центра масс тела, изображений профилей рельефа стоп при произвольном расположении вертикальной секущей плоскости, индикации в цифровом виде динамических параметров проекций на опорную плоскость центров тяжестей каждой ноги и общего центра масс и других цифровых данных; автоматическое измерение в цифровом виде расстояний между двумя любыми произвольно расположенными точками на изображениях стоп, помеченных курсорами, произвольно перемещаемыми по экрану оператором. All this provides the ability to automatically calculate and visualize on a computer display three-dimensional images of the relief of the feet, maps of the pressure distribution on the supporting sections of the surface of the feet, combined with the latest images of the projections on the supporting plane of the centers of gravity of each leg and the common center of mass of the body, images of the profiles of the relief of the feet for an arbitrary the location of the vertical secant plane, the digital indication of the dynamic parameters of the projections onto the supporting plane of the centers of gravity of each leg and common center of mass and other digital data; automatic digital measurement of the distances between any two arbitrarily located points on stop images marked with cursors arbitrarily moved across the screen by the operator.
Литература. Literature.
1. Ситенко А.Н., Прозоровский В.Ф., Зарудный С.С., Маевский B.C. Устройство для изготовления негативной модели подошвенной области стопы. Авт. свид. СССР, 1509037, 1987. 1. Sitenko A.N., Prozorovsky V.F., Zarudny S.S., Mayevsky B.C. Device for manufacturing a negative model of the plantar area of the foot. Auth. testimonial. USSR, 1509037, 1987.
2. Нагибин В.И., Дюсенбаев К.А. Способ исследования опорной функции стопы и устройство для его осуществления. Авт. свид. СССР 1814877, 1991, опубл. Б.И. 18, 1993. 2. Nagibin V.I., Dyusenbaev K.A. A method for examining the support function of the foot and a device for its implementation. Auth. testimonial. USSR 1814877, 1991, publ. B.I. 18, 1993.
3. Волковицкий В.Р., Соколовский М.И., Агеев А.Ф., Еремина Е.С. Устройство для определения давления тела человека на опорные поверхности. Авт. свид. СССР, 1507327, 1987. Опубл. Б.И. 34, 1989. 3. Volkovitsky V. R., Sokolovsky M. I., Ageev A. F., Eremina E. S. A device for determining the pressure of the human body on supporting surfaces. Auth. testimonial. USSR, 1507327, 1987. Publ. B.I. 34, 1989.
4. Клиническая биомеханика/Под ред. В.И. Филатова. - Л.: Медицина, 1980. - 200 с. 4. Clinical Biomechanics / Ed. IN AND. Filatova. - L .: Medicine, 1980 .-- 200 p.
5. Волков С.В., Митрофанов О.П., Васильев А.А. Стабилограф. Авт. свид. СССР 1457896, 1987. Опубл. Б.И. 6, 1989. 5. Volkov S.V., Mitrofanov O.P., Vasiliev A.A. Stabilizer. Auth. testimonial. USSR 1457896, 1987. Publ. B.I. 6, 1989.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99101217A RU2180517C2 (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Orthopedic diagnostic complex |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99101217A RU2180517C2 (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Orthopedic diagnostic complex |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99101217A RU99101217A (en) | 2000-11-27 |
RU2180517C2 true RU2180517C2 (en) | 2002-03-20 |
Family
ID=20214939
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99101217A RU2180517C2 (en) | 1999-01-19 | 1999-01-19 | Orthopedic diagnostic complex |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2180517C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2328976C1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-20 | Алексей Георгиевич Егоров | Footplate pressure distribution detection device |
RU2393769C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-10 | Федеральное Государственное Учреждение "Научно-Исследовательский Детский Ортопедический Институт Имени Г.И.Турнера Федерального Агентства По Высокотехнологичной Медицинской Помощи" | Method of diagnosing non-fixed (mobile) planovalgus deformity |
RU2523346C2 (en) * | 2012-07-30 | 2014-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские топографические системы "МЕТОС" | Device for assessing functional state of locomotor system |
RU2705232C1 (en) * | 2018-11-07 | 2019-11-06 | Михаил Викторович Куликов | Method and device for diagnosing and correcting locomotor dysfunction |
US11253156B2 (en) * | 2015-04-27 | 2022-02-22 | Staffordshire University | Ultrasound imaging of the foot |
-
1999
- 1999-01-19 RU RU99101217A patent/RU2180517C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Клиническая биомеханика/ Под ред. В.И.Филатова. - Л.: Медицина, 1980, 200 с. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2328976C1 (en) * | 2006-12-21 | 2008-07-20 | Алексей Георгиевич Егоров | Footplate pressure distribution detection device |
RU2393769C1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-10 | Федеральное Государственное Учреждение "Научно-Исследовательский Детский Ортопедический Институт Имени Г.И.Турнера Федерального Агентства По Высокотехнологичной Медицинской Помощи" | Method of diagnosing non-fixed (mobile) planovalgus deformity |
RU2523346C2 (en) * | 2012-07-30 | 2014-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские топографические системы "МЕТОС" | Device for assessing functional state of locomotor system |
US11253156B2 (en) * | 2015-04-27 | 2022-02-22 | Staffordshire University | Ultrasound imaging of the foot |
RU2705232C1 (en) * | 2018-11-07 | 2019-11-06 | Михаил Викторович Куликов | Method and device for diagnosing and correcting locomotor dysfunction |
WO2020096491A1 (en) * | 2018-11-07 | 2020-05-14 | Михаил Викторович КУЛИКОВ | Method and device for diagnosis and correction of locomotor dysfunction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8544347B1 (en) | Force measurement system having a plurality of measurement surfaces | |
US4501148A (en) | Manual muscle tester | |
US3090226A (en) | Motion measuring apparatus | |
Lord | Foot pressure measurement: a review of methodology | |
US8123685B2 (en) | System for monitoring a number of different parameters of a patient in a bed | |
Du et al. | An inductive sensor for real-time measurement of plantar normal and shear forces distribution | |
JPS60188134A (en) | Knee joint slackening inspection apparatus and combined apparatus of motion module/numerical apparatus | |
Browne et al. | A quality control procedure for force platforms | |
Nicolopoulos et al. | Evaluation of the gait analysis FSCAN pressure system: clinical tool or toy? | |
KR101786846B1 (en) | Method of estimating balance of both feet using force sensor and foothold system using it | |
CN109708782B (en) | Knee joint prosthesis gasket three-dimensional force sensor and contact stress measuring method thereof | |
US20180184966A1 (en) | Multi-axis measurement device for loading force and center of gravity | |
CN109820476A (en) | A kind of balanced capacity appraisal procedure and the device and system using this method | |
RU2180517C2 (en) | Orthopedic diagnostic complex | |
US20080221466A1 (en) | Patient Monitoring System | |
US3520293A (en) | Anthropometric apparatus | |
CN110200646B (en) | Muscle strength quantitative tester and muscle strength quantitative test method | |
Cheah et al. | Limb volume measurements in peripheral arterial disease | |
GB2121688A (en) | Alignment device | |
Warren-Forward et al. | Three-dimensional displacement and force transducer | |
ITMI990565U1 (en) | MINIATURIZED FORCE SENSOR DEVICE FOR DETECTING THE FORCE DISTRIBUTION ON A SURFACE | |
RU70776U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE PRESSURE DISTRIBUTION ON THE FOOT SUPPORT SURFACE | |
RU2019130C1 (en) | Device for measuring dynamic force and static endurance of muscles of a person | |
Chethana et al. | Design and development of optical sensor based ground reaction force measurement platform for gait and geriatric studies | |
Barrett et al. | The design of a force platform for clinical use: a feasibility study of stabilography in evaluating the effect of orthotic intervention in Duchenne muscular dystrophy |