SU904663A1

SU904663A1 - Apparatus for investigating human static functions

Info

Publication number: SU904663A1
Application number: SU772555319A
Authority: SU
Inventors: Алексей Александрович Корж; Роман Абрамович Гуревич; Юрий Иванович Загоровский; Олег Васильевич Иванов; Сергей Сергеевич Сорокин; Александр Борисович Ключко
Original assignee: Предприятие П/Я А-3903; Харьковский Научно-Исследовательский Институт Ортопедии И Травматологии Им. Проф. М.И.Ситенко
Priority date: 1977-12-16
Filing date: 1977-12-16
Publication date: 1982-02-15

Description

Изобретение относится к медицинской^- технике, а именно к устройствам для исследования систем регуляции равновесия человека.The invention relates to medical ^- engineering, namely to the devices for regulation of human research systems equilibrium.

Известно устройство для исследования статических функций человека, регисгриру- ⁵ющее колебания его центра. тяжести, например, стабилограф, содержащий воспринимающее устройство, каналы регистрации, тензометрическую мостовую схему, балансировочную мостовую схему , усилитель, ^!0регистратор и источник питания fl].A device for the study of human static functions regisgriru- ⁵ yuschee fluctuations its center. severity, for example, a stabilograph containing a sensing device, registration channels, strain gauge bridge circuit, balancing bridge circuit, amplifier ^{,! 0} recorder and power supply fl].

Однако известное устройство позволяет регистрировать только колебания положения центра тяжести.However, the known device allows you to register only fluctuations in the position of the center of gravity.

Известно также устройство для опреде-¹⁵ления устойчивости равновесия человека, содержащее опорную площадку, соединенную с электродвигателем, тензодатчики и измерительную часть, выполненную в виде измерителя веса испытуемого, соединенного с блоком памяти, который подключен к одному из входов блока деления, а к другому подключен блок измерения величины вое— сганавливающего момента. Эго устройство обладает возможностью плавного изменения усилия, тормозящего платформу относительно оси вращения f 2 ].It is also known device determined ¹⁵ Lenia human equilibrium stability, comprising a support platform coupled to the motor, the load cells and measuring part formed in a weight of the test meter, coupled to the memory unit, which is connected to one of the inputs of the division unit, and is connected to another a unit for measuring the value of howling moment. This device has the ability to smoothly change the force, braking the platform relative to the axis of rotation f 2].

Однако данное устройство не позволяет оценить ни адаптацию системы регуляции равновесия человека к изменениям внешних условий, ни внутреннюю адаптацию системы регуляции равновесия к изменению собственного состояния, обусловленного повреждениями или болезнью.However, this device does not allow to evaluate either the adaptation of the human equilibrium regulation system to changes in external conditions, or the internal adaptation of the equilibrium regulation system to a change in its own state due to damage or illness.

Целью изобретения является получение информации о направленности процессов внутренней адаптации системы регуляции равновесия человека.The aim of the invention is to obtain information about the direction of the processes of internal adaptation of the system of regulation of human equilibrium.

Указанная цель достигается гем, что в устройство, содержащее опорную площадку с тензодатчиками, установленную на горизонтальной плоскости, блок выдачи информации и тормозное устройство, введены два сервомотора, валы которых прикреплены к двум противоположным сторонам опорной площадки по ее горизонтальной оси, соединенные последовательно дат з 904663 чики перемещений различных час гей тепа человека, блок выбора сигнала и усилитель, выходы которого подключены к сервомоторам.This goal is achieved by heme, that two servomotors are introduced into a device containing a support platform with strain gauges mounted on a horizontal plane, an information output unit and a brake device, the shafts of which are attached to two opposite sides of the support platform along its horizontal axis, connected in series with 904663 displacements of various human clocks, a signal selection unit, and an amplifier whose outputs are connected to servomotors.

На чертеже изображено устройство для 5 исследования статических функций человека.The drawing shows a device for 5 studies of static functions of a person.

На опорной площадке 1 установлены тензодатчики, например в виде гензоколецStrain gauges are installed on the supporting platform 1, for example in the form of gas rings

2. К опорной площадке по обе стороны ее 10 горизонтальной оси 3 прикреплены валы сервомоторов 4. Вход усилителя 5 соединен с блоком 6 выбора сигнала, к выходам которого подключены датчики перемещений различных частей тела испытуемо- 15 го, которые соединены с блоком выдачи информации. Блок 6 выбора сигнала представляет собой коммутатор, позволяющий последовательно соединить выходы датчиков 7 со входом усилителя 5 и изменять 20 фазу коммутируемого сигнала. Блок 8 выдачи информации представляет собой многоканальный регистрирующий прибор. Тормозное устройство 9 управляется посредством регулятора 10. Страховочный 25 пояс 11 поддерживает человека.2. Shafts of servomotors are attached to the supporting platform on both sides of its 10 horizontal axis 3. The input of the amplifier 5 is connected to the signal selection unit 6, to the outputs of which are connected the displacement sensors of various body parts of the subject 15, which are connected to the information output unit. Block 6 signal selection is a switch that allows you to sequentially connect the outputs of the sensors 7 with the input of the amplifier 5 and change the 20 phase of the switched signal. Block 8 information is a multi-channel recording device. The brake device 9 is controlled by the regulator 10. Safety belt 25 belt 11 supports the person.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Испытуемый становится на опорную площадку 1. На испытуемого устанавлива- jq ют страховочный пояс 11, а на различные части тела - датчики 7. Это могут быть датчики угловых перемещений, датчики ускорений, датчики биопотенциалов мышц и т.п. Изменяя плавно величину тормозящего момента при помощи регулятора 10 тормозного устройства 9, исследователь придает опорной площадке 1 некоторую подвижность. Величина тормозного момента регистрируется блоком 8 выдачи информации. Стараясь сохранить равновесие, испытуемый балансирует на качающейся опорной площадке 1. При этом колебания его центра тяжести при помощи гензоколец 2 записываются блоком 8 выдачи информации. Одновременно этим же блоком записываются сигналы, поступающие от датчиков 7. Эти записи позволяют судить о качестве работы системы регуляции равновесия человека и о роли различных частей его тела в процессе стояния. Затем исследователь при помоши блока 6 выбора сигнала соединяет выход одного из датчиков 7 со входом усилителя S. Усиленные сигналы поступают на сервомоторы 4,которые/ вращающий момент на опорную площадку 1, пропорциональный величине этого сигнала и коэффициенту усиления усилителяThe test subject is placed on the supporting platform 1. A safety belt 11 is installed on the test subject, and sensors 7 are installed on various parts of the body. These can be angular displacement sensors, acceleration sensors, muscle bio-potential sensors, etc. Changing smoothly the amount of braking torque using the regulator 10 of the braking device 9, the researcher gives the support pad 1 some mobility. The magnitude of the braking torque is recorded by the unit 8 of the information. Trying to maintain balance, the subject balances on a swinging support platform 1. At the same time, the oscillations of his center of gravity with the help of ring rings 2 are recorded by the information output unit 8. At the same time, the signals from sensors 7 are recorded in the same unit. These records allow one to judge the quality of the system for regulating the balance of a person and the role of various parts of his body in the process of standing. Then the researcher, using the signal selection block 6, connects the output of one of the sensors 7 with the input of the amplifier S. The amplified signals are fed to the servomotors 4, which are / the torque to the reference pad 1, proportional to the value of this signal and the gain of the amplifier

5. В результате опорная площадка I находится под действием трех крутящих моментов: момента, создаваемого положением общего центра тяжести человека, вращающего момента сервомоторов 4 и момента трения, создаваемого тормозным устройством. Момент трения оказывает стабилизирующее влияние и, если разность моментов сервомоторов 4 и веса человека не превосходит момента трения, опорная площадка 1 остается в равновесии.В противном случае она совершает колебания, определяемые колебаниями общего центра тяжести и колебаниями сигнала, поступающего с датчика 7 на сервомотор5. As a result, the support platform I is under the influence of three torques: the moment created by the position of the common center of gravity of the person, the torque of the servomotors 4 and the moment of friction created by the braking device. The frictional moment exerts a stabilizing effect and, if the difference between the moments of the servomotors 4 and the person’s weight does not exceed the moment of friction, the supporting platform 1 remains in equilibrium. Otherwise, it oscillates, determined by the oscillations of the general center of gravity and the oscillations of the signal from the sensor 7 to the servomotor

4. Момент трения и коэффициент усиления усилителя 5 выбирают таким, чтобы человек в колебательном режиме мог сохранять равновесие. В процессе сохранения равновесия принимают участие различные части тела. Движение каждой из них вносит свой вклад в перемещение общего центра тяжести и, следовательно, в изменение состояния колеблющейся опорной площадки. Но так как один из датчиков через блок 6 выбора сигнала, усилитель 5 и сервомоторы связан с опорной площадкой I, движение части тела, к которой прикреплен датчик,, оказывает действие на колебание опорной площадки 1. Величина этого воздействия пропорциональна коэффициенту усиления усилителя 5.4. The moment of friction and the gain of the amplifier 5 is chosen so that a person in an oscillatory mode can maintain balance. In the process of maintaining balance, various parts of the body take part. The movement of each of them contributes to the movement of the common center of gravity and, consequently, to the change in the state of the oscillating supporting platform. But since one of the sensors through the signal selection block 6, the amplifier 5 and servomotors is connected to the reference pad I, the movement of the body part to which the sensor is attached affects the oscillation of the reference pad 1. The magnitude of this effect is proportional to the gain of the amplifier 5.

В свою очередь колебания площадки 1 через цепь: платформа I, испытуемый датчик 7, блок 6 выбора сигнала, усилительIn turn, the oscillations of the site 1 through the circuit: platform I, test sensor 7, signal selection unit 6, amplifier

5, сервомоторы 4 оказывают влияние на движение части тела с датчиком. Эта цель представляет собой дополнительную обратную связь. Комплексы движений, которые без включения этой обратной связи позволяли испытуемому сохранять равновесие, в новой ситуации оказываются неприемлемыми. Привычные для испытуемого движения не дают желаемого результата, так как возникают состояния, сходные с патологическими состояниями системы регуляции равновесия (например: клонус, болезнь Паркинсона и т.п.). Регулируя коэффициент усиления усилителя 5, изменяя фазу сигнала при помоши блока 6 выбора сигнала и включая в обратную связь различные датчики 7, можно моделировать разные патологические состояния системы регуляции равновесия. И так как однотипные перемещения центра тяжести могут быть осуществлены различными комплексами движений различных частей тела, тс для сохранения равновесия испытуемый вынужден таким образом перестраивать работу системы регуляции равновесия, ι чтобы обеспечить стояние. Для такой перестройки необходимо некоторое время, и исследователь имеет возможность наблюдать процесс внутренней адаптации системы регуляции равновесия. Движения испытуемого в процессе адаптации записываются блоком 8 выдачи информации при помощи датчиков 7 и тензоколец 2. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получить информацию о работе системы регуляции равновесия в условиях изменяемых функций частей системы, что представляет большой интерес при изучении патологии центральной нервной системы, опорно—двигательного аппарата, а также при изучении адаптационных возможностей системы регуляции равновесия в экстремальных условиях (например, космонавтов, летчиков, спортсменов).5, servomotors 4 affect the movement of a body part with a sensor. This goal is an additional feedback. Complexes of movements that, without including this feedback, allowed the subject to maintain equilibrium, in the new situation are unacceptable. The movements habitual for the test subject do not give the desired result, since conditions similar to the pathological conditions of the equilibrium regulation system arise (for example: clonus, Parkinson's disease, etc.). By adjusting the gain of the amplifier 5, changing the phase of the signal using the signal selection unit 6 and including various sensors 7 in the feedback, various pathological conditions of the equilibrium regulation system can be modeled. And since the same type of movement of the center of gravity can be carried out by various complexes of movements of various parts of the body, in order to maintain balance, the subject is thus forced to rearrange the work of the system of regulation of balance, ι to ensure standing. Such a adjustment requires some time, and the researcher has the opportunity to observe the process of internal adaptation of the system of regulation of equilibrium. The movements of the test subject in the adaptation process are recorded by the information output unit 8 using sensors 7 and strain rings 2. Thus, the proposed device provides information on the functioning of the equilibrium regulation system under the conditions of variable functions of the system parts, which is of great interest when studying the pathology of the central nervous system —Motor apparatus, as well as in studying the adaptive capabilities of the system for regulating equilibrium in extreme conditions (for example, astronauts, pilots, athletes) .

Claims

The image refers to a medical technique, namely, devices for the investigation of human equilibrium regulation systems. A device for analyzing static functions of a person is known that registers the vibrations of its center, gravity, for example, a stabilograph containing a sensing device, recording channels, a strain gauge bridge circuit, a balancing bridge circuit, an amplifier, a recorder and a power source 1. However, the known device allows fluctuations in the center of gravity position. It is also known a device for determining the stability of a person’s equilibrium, comprising a support pad connected to an electric motor, strain gauges and a measuring part made in the form of a test subject’s weight meter connected to a memory unit that is connected to one of the inputs of the division unit, and the other measuring unit magnitude of the reducing moment. This device has the ability to smoothly change the force that decelerates the platform relative to the axis of maturation L 2 J. However, this device does not allow to evaluate either the adaptation of the human equilibrium regulation system to changes in external conditions, nor the internal adaptive regulation of the equilibrium regulation system. caused by damage or disease. The aim of the invention is to obtain information on the direction of the processes of internal adaptation of the human equilibrium regulation system. This goal is achieved in that a device containing a support pad with pressure sensors, installed on a horizontal plane, an information output unit and a braking device, introduces two servomotors whose shafts are attached to opposite sides of the support platform along its horizontal axis and connected in series Sensors of displacements of different clock gates of a person, a signal selection unit and amplifier whose outputs are connected to servomotors. The drawing shows a device for the study of static human functions. On the ground I, there are installed gas pods, for example, in the form of a tensile die 2. Servo motors 4 are attached to the pad on both sides of its horizontal axis 3. The input of amplifier 5 is connected to signal selection block 6, to the outputs of which are displacement sensors of various body parts which are connected to the unit issuing information. The signal selection unit 6 represents a switch that allows connecting the outputs of the sensors 7 in series with the input of the amplifier 5 and changing the phase of the switched ciirHaaa. The information delivery unit 8) is a multichannel recording instrument. The brake device 9 is controlled by means of the regulator J. The safety device with 11 supports the person. The device works in a numerical manner. The subject is placed on the supporting platform I. A person is placed on the test person, securing from II, and different parts of the body are set to 7. This could be angular perimeter sensors, acceleration sensors, sensors of muscle biopotentials, etc. Changing smoothly the value of the braking moment with the help of the regulator 10 of the braking device 9, the researcher imparts some mobility to the support pad 1. The magnitude of the braking torque is recorded by the information output unit 8. Trying to maintain balance, the subject balances on the supporting platform 1. At the same time, the oscillations of its center of gravity with the help of ring cones 2 are recorded by the information output unit 8. At the same time, the same block records the signals from sensors 7. These records make it possible to judge the quality of the workings of the person’s equilibrium regulation system and the role of different; parts of his body in the process of standing. Then, the researcher, using the signal selection unit 6, connects the output of one of the sensors 7 to the input of amplifier 5. The amplified signals are fed to servomotors 4, which have a torque to reference area I proportional to the value of this signal and the gain of amplifier 5. As a result, the reference area I is under the action of three torques: the moment created by the position of the common center of gravity of the person, the rotating moment of the servomotors 4 and the moment of friction created by the braking device. The moment of grenia has a stabilizing effect and, if the difference between the moments of the servomotors 4 and the weight of the person does not exceed the moment of friction, the base plate I balance is in equilibrium. Otherwise, it oscillates, determined by the oscillations of the common center of gravity and the oscillations of the signal coming from the sensor. 7 to the servomotor 4. The friction moment and the gain factor of the amplifier 5 are chosen such that a person in an oscillating mode can maintain balance. Different parts of the gel are involved in the process of maintaining balance. The movement of each of them contributes to the movement of a common center of gravity and, consequently, to a change in the state of the oscillating support site. But Hack, as one of the sensors 7, through the signal selection unit 6, the amplifier 5 and the servomotors is connected to the reference area I, the movement of the body part to which the sensor is attached, acts on the oscillation of the reference area t. The magnitude of this effect is proportional to the gain of amplifier 5. In turn, oscillations of pad 1 through the circuit: platform I, test subject 7, signal selection block 6, amplifier 5, servomotors 4 influence the movement of the body part with the sensor. This goal is an additional feedback. Complexes of movements that, without including this feedback, allow the subject to maintain balance in the new situation are unacceptable. Habitual movements for the subject do not give the desired result, since there are states similar to the pathological states of the equilibrium regulation system (for example: clonus, Parkinson's disease, etc.). By adjusting the gain of amplifier 5, changing the phase of the signal with the help of signal selection block 6 and including various sensors 7 in feedback, it is possible to simulate different pathological states of the equilibrium regulation system. And since the same type of movement of the center of gravity can be carried out by different complexes of movements of different parts of the gel, the subject is forced to rebuild the work of the equilibrium regulation system 59 in order to maintain equilibrium. the ability to observe the process of internal adaptation of the equilibrium regulation system. The movements of the subject in the adaptation process are taken by the block 8 of the information output using sensors 7 and ten. second well. Thus, the proposed device provides information on the operation of the equilibrium regulation system in terms of the variable functions of parts of the system, which is of great interest when studying the pathology of the central nervous system, musculoskeletal system, as well as studying the adaptive capabilities system of equilibrium regulation under extreme conditions (for example, spacecraft, pilots, sportsmen), the invention Formula for investigating the static functions of a person, comprising An adapter with strain gauges mounted on a horizontal plane, a unit for issuing information and a braking device, characterized in that, in order to obtain information about the directionality of the internal adaptation processes of a person’s equilibrium regulation system, two servomotors are inserted in it, the shafts of which are attached to two opposite sides of the reference pads along its horizontal axis, connected in series motion sensors of different parts of the human body, a signal selection unit and an amplifier whose outputs are connected to a servo Oram. Sources of information taken into account in the examination 1, USSR Author's Certificate No. 306835, class A 61 B 5/10, 1971.

2. USSR author's certificate number 430842, cl. A 61 B 5/10, 1972 (prototype).