Устройство для исследования механических свойств мышцы Советский патент 1990 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования и регистрации механической активности мышц человека и животных, в частности сердечной мышцы, и может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов при минимальных нагрузках на препарате миокарда путем исключения влияния шумов в канале измерения силы.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство для исследования механических свойств мышцы содержит корпус 1, камеру 2 с питательным раствором 3 и размещенной в ней исследуемой мышцей 4 В камере 2 размещены электроды 5, 6 электростимулятора 7. Один конец мышцы 4 соединен с датчиком 8 силы сокращений мышцы, другой - с рычагом 9, установленным с возможностью вращения (подпятник 10) на корпусе 1, на котором закреплен также регулируемый ограничитель 11 угла поворота рычага 9.

С рычагом 9 соединен задатчик 12 механической деформации для создания нагрузки на мышцу, представляющий собой цилиндрическую катушку 13 (закрепленную на рычаге 9) с обмоткой 14 и постоянным магнитом 15, в кольцевом зазоре 16 которого перемещается катушка 13.

С рычагом 9 соединен также датчик 17 перемещения конца мышцы, включающий оптронную пару (светодиод 18 и фотодиод 19), оптический канал которой перекрывается экраном 20, закрепленным на рычаге 9.

Электронный блок 21 устройства содержит компаратор 22, первый вход которого соединен с выходом измерителя 8 силы сокращения мышцы 4, а второй вход - с источником 23 опорного сигнала. Выход компаратора 22 соединен с управляющим входом ключа 24, выполненного, например, на транзисторах. Ключ 24 включен между выходом пикового детектора 25 и нулевой шиной. Выход датчика 17 перемещения конца мышцы соединен с входом пикового детектора 25 и первым входом сумматора 26. Второй вход сумматора 26 соединен с выходом пикового детектора 25, а выход - с первым входом второго сумматора 27, второй вход которого соединен с вторым источником 28 опорного сигнала, а выход - с обмоткой 14 задатчика 12 механической деформации для создания нагрузки на мышцу 4.

В качестве сумматоров 26 и 27 используются дифференциальные усилители. При необходимости в выходные цепи датчика 8 силы сокращения мышцы, сумматора 27 и датчика 17 перемещения концы мышцы могут быть дополнительно включены усилители сигналов (не показаны). Рычаг 9 с закреп0

0

ленными на нем катушкой 13 и экраном 20 выполняются с минимально возможным весом.

В качестве регистратора (не показан)

сигналов с выходов датчика 8 силы и датчика 17 перемещений используется четырех- канальный самописец постоянного тока с прямолинейной шкалой типа Н3024-4.

Устройство для исследования механических свойств мышцы работает следующим образом.

Испытуемый препарат миокарда 4 помещается в камеру 2 с перфузирующим питательным раствором 3 и жестко крепится одним концом к штоку измерителя 8

силы сокращений, другим - к рычагу 9. Перед началом исследования на вход сумматора 27 подается с источника 28 опорное напряжение Ui. Под воздействием сигнала с выхода сумматора 27 в обмотке 14 задатчика механической деформации на мышцу 4 возникает соответствующий ток, катушка 13 втягивается в зазор 16 магнита 15, рычаг 9 поворачивается по часовой стрелке и упирается в ограничитель 11. Усилие, действующее при этом на

5 рычаг 9, соответствует величине напряжения Ui. Величина Ui перед началом исследований устанавливается примерно равной половине ожидаемого максимального значения напряжения на выходе измерителя 8 силы, соответствующего максимуму

0 Р0 изометрической силы, развиваемой исследуемой мышцей 4.

На вход компаратора 22 подается опорное напряжение U2, по величине составляющее 1-3% от ожидаемого максимального значения напряжения (Р0) на выходе изме5 рителя 8 силы сокращений.

Включается стимулятор 7, на электроды 5, 6 подается импульс напряжения. В ответ на воздействие импульса стимулятора 7 мышца 4 начинает развивать механическое на0 пряжение, которое нарастает. Соответственно увеличивается напряжение на выходе датчика 8 силы сокращений мышцы 4. Это напряжение подается на регистратор и на вход компаратора 22. Когда напряжения на входах компаратора 22 сравня5 ются, на выходе компаратора возникнет высокое напряжение, которое переводит ключ 24 в состояние высокого сопротивления, т.е. в разомкнутое состояние. Подготавливается возможность нарастания напряжения на выходе пикового детектора 25. С дальнейшим увеличением напряжения мышцы ее сила превысит усилие, действующее на рычаг 9, заданное величиной напряжения Ui. Препарат начнет укорачиваться, увлекая за собой рычаг 9 против часовой

5 стрелки. При этом начнет изменяться (увеличиваться) напряжение на выходе датчика 17 перемещения конца мышцы. Этот сигнал пропорционален изменению (в данном случае укорочению) длины мышцы 4, он пода0

ется также на регистратор, на вход сумматора 26 и на вход пикового детектора 25. При этом напряжение на выходе пикового детектора 25 повторяет напряжение на его входе, т.е. на обоих входах сумматора 26 действует одинаковое увеличивающееся напряжение, а напряжение на выходе сумматора 26 пока равно нулю. В рассматриваемый период времени происходит укорочение препарата миокарда при постоянном напряжении, т.е. изотоническое укорочение.

В определенный момент, соответствующий состоянию препарата миокарда 4, напряжение в нем начинает уменьшаться. При этом усилие, развиваемое мышцей 4, становится меньше продолжающего действовать на рычаг 9 усилия от опорного напряжения Ui, при этом мышца 4 стремится удлиниться. Сигнал с выхода датчика 17 перемещения койца мышцы стремится уменьшиться, в результате чего несколько уменьшается напряжение на входе сумматора 26. При этом напряжение на втором входе этого сумматора не уменьшается, так как при уменьшении напряжения на входе пикового детектора 25 напряжение на его выходе остается постоянным, т.е. на входах сумматора 26 возникает разность напряжений, которая усиливается в сумматоре 26 {являющемся дифференциальным усилителем) и подается на вход сумматора 27. На выходе пикового детектора 25 действует постоянное напряжение, соответствующее максимальному значению изотонического укорочения препарата.

Растущее напряжение на входе сумматора 27, взаимодействуя в сумматоре с постоянным напряжением Ui на входе этого сумматора, обеспечивает уменьшение тока в обмотке 14, что уменьшает усилие, действующее на рычаг 9 со стороны задат- чика 12 для создания нагрузки на мышцу 4. Таким образом, уменьшение усилия самой мышцы 4, действующего на рычаг 9, компенсируется соответствующим уменьшением усилия на рычаг 9 от задатчика 12 механической деформации. Это обеспечивает изометрическое снижение активной силы исследуемого препарата 4 при его постоянной длине. Как показано выше, происходит это за счет возникновения обратной связи в канале: датчик 17 перемещения - сумматор 26 - сумматор 27 - задатчик 12 механической деформации.

Практическое постоянство длины мышцы 4 на уровне максимального изотонического укорочения обеспечивается выбором коэффициента усиления в указанном канале обратной связи по перемещению конца мышцы. При соответствующем большом коэффициенте усиления изменение длины не превышает 0,5% длины мышцы 4.

0

На выходе датчика 8 силы сокращения мышцы 4 напряжение уменьшается, т.е. падает напряжение и на входе компаратора 22. В момент, когда напряжения на входах компаратора 22 станут равными, . на выходе компаратора установится низкое напряжение. Ключ 24 переходит в состояние низкого сопротивления, т.е. замыкается, обеспечивая «сброс напряжения на-выходе Q пикового детектора 25. Напряжение на входе сумматора 26 уменьшается, уменьшается напряжение на его выходе, т.е. и на входе сумматора 27. При этом ток в обмотке 14 на выходе сумматора 27 увеличивается, усилие на рычаг 9 от задатчика 12 растет, 5 рычаг 9 поворачивается по часовой стрелке и упирается в ограничитель 11.

Далее весь цикл работы повторяется. Таким образом, максимальное укорочение мышцы 4 и момент его наступления определяются непосредственно по сигналу величины перемещения с выхода датчика 17.

Так как канал измерения силы не включен в цепь канала измерения перемещения, то шумы, возникающие в канале 5 измерения силы, не влияют на точность исследования процессов укорочения мышцы, особенно в области малых нагрузок.

Формула изобретения

Устройство для исследования механических свойств мышцы, содержащее камеру с питательным раствором, электростимулятор с размещенными в камере электродами, задатчик механической деформации, датчик перемещения конца мышцы, датчик силы, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выводом первого источника опорного сигнала, а выход - с управляющим входом ключа, один выход которого соеди0 нен с выходом пикового детектора, другой - с шиной нулевого потенциала,второй источник опорного напряжения и первый сумматор, выход которого соединен с управляющим входом задатчика механической деформации, отличающееся тем, что,

5 с целью повышения достоверности результатов исследований при минимальных нагрузках на препарате миокарда путем исключения влияния шумов в канале измерения силы, в него введены регулятор ограничения угла поворота, упирающийся в одно из плеч рычага, которое одним концом закреплено с возможностью поворота вокруг своей оси, а другое плечо размещено в камере с питательным раствором, причем одно из плеч соединено с помощью

5 штока с цилиндрическим стаканом постоянного магнита задатчика механической деформации, второй сумматор, вход пикового детектора соединен с выходом датчика перемещения и первым входом второго сумма5

0

71560093g

тора, второй вход которого соединен с вы-вого сумматора, второй вход которого соеходом пикового детектора, выход второгодинен с выводом второго источника опорсумматора соединен с первым входом пер-ного сигнала.

Изобретение относится к медицинской технике, к устройствам для исследования и регистрации механической активности мышц человека и животных, особенно миокарда, и может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии. Использование изобретения обеспечивает расширение диапазона исследований в области низких нагрузок мышцы и повышение точности исследований. Устройство содержит камеру 2 с питательным раствором 3 и исследуемой мышцей 4, электростимулятор 7, датчик 8 силы сокращения мышцы, датчик 17 перемещения конца мышцы, задатчик 12 для создания нагрузки на мышцу и электронный блок 21, обеспечивающий поддержание оптимального физиологического режима исследования мышцы. 1 ил.