Способ определения жесткости и демпфирования мышцы человека Советский патент 1990 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в спорте для оценки параметров моделей двигательного аппарата человека.

Цель изобретения - повышение точно- .сти.

Способ осуществляется следующим образом.

Измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы. Укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела и в процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров. Определяют управляющие моменты

между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы. Вычисляют силу тяги мышцы и по величине силы тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы определяют жесткость и демпфирование.

Пример 1. Определяли жесткость и демпфирование прямой мышцы бедра испытуемого Н.М. (рост 183 см, вес 78 кг) при пробеге 8 и 32 % времени цикла.

Испытуемый бежал по специальной дорожке с вмонтированной в нее тензомет- рической платформой. Синхронно регистрировались опорные реакции и координаты пяти маркеров на теле испытуемого с поСП 00

о о

00

о

мощью фотограмметрических камер. Маркеры устанавливались на проекции поперечных осей вращения плюсне-фалангового, голеностопного, коленного, тазобедренного и плечевого суставов.

По зарегистрированным характеристикам движения (координатам маркеров и опорным реакциям) с помощью ЭВМ вычислялись управляющие моменты в суставах и суставные углы. По углам в суставах с использованием эмпирических уравнений регрессии вычислялись удлинения L и плечи тяги d мышц:

d -3,63975+ 0,12107 к -0,00043 к : LI 11,8-0,0397у -0,00015 y:v ; L2 12,0+0,106v r-0,0001 L Li+ L2,z

где ,VT - углы в коленном и тазобедренном суставах;

LI и L2 - удлинения прямой мышцы бедра, вызванные изменением угла в коленном и тазобедренном суставах соответственно; L -.полное удлинение прямой мышцы бедра.

По росту и массе испытуемого с использованием уравнений регрессии определялись массы, моменты инерции относительно главных центральных осей звеньев тела, положения центров масс на продольных осях звеньев. Затем вычисляют параметры геометрии масс бедра испытуемого; масса бедра -2,649 + 0,1463 X 78 + +0,0137Х 183 11,3 кг; положение центра масс на продольной оси бедра -2,42 + +0,038Х 78 + 0,135 X 183 25,3см; главный центральный момент инерции относительно сагиттальной оси бедра -3557 + 31,7 Х78+ 18,61Х 183 2321,2 кг/см ; главный центральный момент инерции относитель но фронтальной оси бедра -3690 + 32,02Х 78 + 19,24 X 183 2328,5 кг-см ; главный центральный момент инерции относительно продольной оси бедра -13,5 + 11,3 X 78-2,28 X 183 1285,1 кг -см .

-

Значения по формуле

усилий мышц вычислялись

(t)-2 Mi-i(t)

Fii(t)- -

S«ijWA

ij

где t - время;

i - номер мышцы;

j - номер степени свободы тела человека;

Fij(t) - сила тяги мышцы; Mj(t)-управляющий момент в суставе; 2 Mj-i(t) - условное обозначение суммы моментов, вызванных действием мышц,

обслуживающих несколько степеней свобоы, включая данную, и определенных на предыдущем шаге;

Aij площадь физиологического поперечника мышцы (табличная величина); а ij(t) - плечо тяги мышцы.

Величины площади физиологического поперечника отдельных головок 4-главой мышцы бедра равны, наружная широкая

мышца 0,0148; внутренняя широкая мышца 0,0046; промежуточная широкая мышца 0,0088; прямая мышца 0,0054.

В таблице приведены результаты промежуточных расчетов.

Коэффициент жесткости определялся

как отношение изменения силы мышцы к изменению ее длины;

20

tga 93857 Н/м.

L32 - U

Коэффициент демпфирования определялся как отношение изменения силы к изменению скорости изменения длины 25 мышцы:

шД , ,25765 Н С/м. V32 - VB

30Положительный эффект подтвержден

результатами экспериментального исследования, показавшими, что способ позволяет определить биомеханические свойства любой мышцы или группы мышц в любом

движении человека. Таким образом, предлагаемый способ более точен по сравнению с известным.

40

45

50

55

,

Формула изобретения

Способ определения жесткости и демпфирования мышцы человека путем воздействия на мышцу и регистрации силы опорной реакции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы, укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела, в процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, определяют управляющие моменты между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы, вычисляют силу тяги

мышцы и по величине сила тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы

определяют жесткость и демпфирование мышцы.

Изобретение предназначено для оценки параметров моделей двигательного аппарата человека. Цель изобретения - повышение точности. Измеряют массу и длину тела человека, вычисляют массы, моменты инерции и положения центров масс сегментов тела, движущихся под действием мышцы, укрепляют маркеры на исследуемых сегментах тела. В процессе движения человека синхронно регистрируют координаты точки приложения силы опорной реакции и координаты маркеров, определяют управляющие моменты между сегментами и углы между сегментами, вычисляют изменение длины, скорость изменения длины и плечо тяги мышцы, определяют площадь физиологического поперечника мышцы, вычисляют силу тяги мышцы и по величине силы тяги, изменения длины и скорости изменения длины мышцы определяют жесткость и демпфирование. Синхронная регистрация координат точки приложения силы опорной реакции и координат маркеров, измерение и вычисление ряда параметров позволяет определить биомеханические свойства любой мышцы или группы мышц в любом движении, что приводит к повышению точности.