Устройство для биомеханических исследований Советский патент 1983 года по МПК A61B5/10 

Изобретение относится к медицине и предназначено для изучения кинематических особенностей крупных суставов человека.

Известен гониометр, содержащий проксимальную и дистальную шины, шарнир Гука с тремя потенциометрическими датчиками, установленными на осях шарнира, причем два из них выполнены спаренными. Данный гониометр позволяет регистрировать только угловые перемещения в суставе в трех взаимно перпендикулярных плоскостях при выполнении испытуемым различных двигательных актов, в том числе ротацию, что обусловлено выполнением шарнира гониометра в виде шарнира Гука tl Однако с помощью гониометра невозможно регистрировать все движения смежных сегментов сустава и, следовательно, определить траекторию мгновенной оси вращения сустава.

Целью изобретения является регистрация сложных пространственных движений крупных суставов при выполнении различных двигательных актов.

Дпя достижения поставленной цели устройство для биомеханических исследований, содержащее проксимальную и дистальную опорные шины, шарнир Гука

с вилкой, причем на осях шарнира Гука устсцновпены три потенциометрических датчика, содержит дополнительный шарнир Гука с двумя установленными на его осях потенциометрическими датчиками, вилка которого жестко соединена с диртальной опорной шиной, и одноосный шарнир, соединенный с шарнирами Гука И состоящий из двух тяг и

10 оси, на которой установлен потенциометричёский датчик, при этом вилка шарнира Гука имеет дополнительную ось, образующую с опорной шиной вращательную пару, а на дополнительной

15 оси расположен третий пот.енциометрический датчик.

На фиг.1 изображено устройство для биомеханических исследований, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид спереди,20на фиг.3 - графическое определение мгновенного центра вращения тела.

Устройство содержит кронштейн 1, установленный на проксимальной опорной шине 2, к которому прикрепляется

25 корпус потенциометрического датчика 3. Вилка 4 проксимального шарнира Гу ка осью 5 соединена с осью потенциометрического датчика 3 и вращается относительно проксимальной опорной ши30ны 2. Потенциометрический датчик 6,

неподвижно прикреплен корпусом к илке 4 проксимального шарнира Гука, а ось потенциометрического датчика 6 соединена с осью 7 крестовины 8, которая вращается относительно вилки 4-. . На другой оси 9 крестовины 8 вращается тяга 10 с закрепленными на ней потёнциометрическими датчиками 11 и 12, Ось потенциометрического датчика 11 соединена с осью 9 крестовины 8,Ось AQ похенциометрического датчика 12 соединена с осью -13 .одноосного шарнира.

К уголку- 14 дистальной шины 15 неподвижно прикрепляется вилка 16 дополнительного (дистального) шарнира Гуна с установленным на ней потенциометрическим датчиком 17, причем ось последнехх) соединена с осью 18 крестовины 19.- Крестовина 19 образует посредством оси 18 одну вращательную пару с вилкой 16, а посредством оси 20 20 - в сорую вращательную пару с тягой 21. Корпус потенциометрического датчика 22 закреплен на тяге 21, а его ось соединена с осью 20 крестовины 19.25

Проксимальная опорная шина 2, вилка 4 с осью 5, крестовина 8 с осями 7 и 9 и тяга 10 образуют шарнир Гука с дополнительной вращательной степенью подвижности. Таким образом, 30 потенциометрические датчики 3, 6 и 11 измеряют три взаимно перпендикулярные угловые перемещения Цр, Ч и устройства относительно шины 2.

Вилка 16, крестовина 19 с осякн з5 18 н 20 и тяга 21 образуют дополнительный шарнир Гука. Потенциометрические датчики 17 и 22 изг-еряют два взаимно перпендикулярные перемвй ения ь устройства отно- дд ситвльно шины 15.

Тяги 10 и 21 с осью 13 образуют простую вращательную пару. Причем ось потенциометрического датчика 12, прикрепляемого к тяге 10, соединена с осью 13. Потенциометрический дат- чик 12 измеряет угол , между тягами 10 и 21. .

Каяудай Потенциометрический датчик подключается к одному каналу регистрируювдаго прибора, например светолу- 50 чевого осциллографа, по известной схеме.

Устройство работает следующим образом.55

опорные шины 2 и 15 эластичными ремйями прикрепляются к соответствукадим сегментам исследуемого сустава с латеральной стороны. Затем испытуе май совершает заданные движения. Потенциометрические датчики устройства измеряют движения в исследуемом суставе, что фиксируется на ленте светолучевого осциллографа в виде шести графиков.

Обрабатывая эти графики, определя ют значения всех шести измеряемых параметров для любого момента времени.

Далее условно помещаем начало О осей ОХ, ОУ и OZ системы координат каждую либо точку, например, в центр проксимальноге шарнира Гука. Затем р помощью математических вычислений определяют координаты точек В и С ,(см. фиг. 1) .. --

YB Evsin4o-22-sin{ifp-b« ; -sin Ч4 xsln« Evcos fo-г2cos()lx

.COSЧ5,

sin4o-E2sin(4o + 4V)l. sin4. - cos 4-5- Е Y cos Ч-о- ЕЗ- cos (о+ t). 2в E s j n Фд - Ег- s i n (Чоч- 4) cos Ч- ;

YC ц. s i пЧ-о- E. s i n (fo- %) M72: ,)J-sin f..sin45.rE,

xcosVEz cosrifoH-if ) -гз,.sin(V )J. cosVb-sinVg. cos44 . Xc e.-.s i n V b- i n ( ) - РЗ cos Ч, xtos ( Чг- %- %)J s i n ifn . cos coslf-E2cos(4o-b4i)-B3cos43.sin(42 -Ч -4p)sin45-e3sin V3cos44cos45, Zt, CB.-sin 4o-82sih-(,)-E,cos Чзх cos( cos V 3Sin sin/4,

где Чог %f 2 3%- 5 регистрируемые угловые перемещения, (фиг.1 и 2) 2 - длина тяги 10;

22- длина тяги 21;

23 базовое расстояние.

Дальнейшая математическая обработка проводится без значительных отличий от уже существующих методов на основании законов теоретической механики с помощью ЦВМ. Графическая иллюстрация представлена на фиг.З 1для наглядностиВЗЯТ случай плоскопараллельного движения), где В и С - точки устройства, (фиг.1), в и с - положение тек же точек после некоторого достаточно малого перемещения; ВДВ - мгновенный центр вращения исследуемого сустава.

Таким образом, получают ряд последовательных положений мгновенной оси врасоения сустава и строят ее траекторию.

Формула изобретения

Устройство для биомеханических исследований, содержащее проксимальную и дистальную опорные шины, шарнир Гука с вилкой, причем на ося шарнира Гука установлены три потенциометрическйх датчика, отличающеес я тем, что, с целью регистрации сложных-пространственных движений крупных суставов при выполнении различных двигательных актов, устройство содержит, дополнительный шарнир Гука с двумя установленными на егр

осях .потенциометрическими датчиками, вилка которого жестко соединена с дистальной опорной шиной, и одноосный шарнир, соединенный с шарнирами Гуна и состоящий из двух тяг и оси, на которой установлен потенциометрический датчик, при этом вилка шарнира Гука имеет дополнительную ось, образующую с опорной шиной вращательную пару, а на дополнительной оси р;асположен третий потенциометрический датчик ,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 719608, кл. А 61 В 5/10, 1977.