Устройство для исследования механических свойств мышцы Советский патент 1991 года по МПК A61B5/103 

Изобретение относится к медицинской технике к устройствам для исследования и регистрации механической активности мышц человека и животных, в частности сердечной мышцы, может быть использовано в физиологии, фармакологии и кардиологии и является усовершенствованием устройства по авт. св. № 1560093.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов исследований путем имитации режима убывания величины переменной составляющей постнагрузки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений на элементах устройства.

На фиг. 2 использованы следующие обозначения: А - импульсное напряжение на выходе электростимулятора; Б - напряжение на выходе измерителя силы сокращений мышцы; В - напряжение на выходе измерителя перемещений конца мышцы; Г- напряжение на выходе блока интегрирования; Д - напряжение на выходе второго сумматора; Е - напряжение на выходе первого компаратора; Ж - величина сопротивления первого ключа (н - низкое, в - высокое); Ui и U2 напряжения на выходах источников опорных сигналов; 3 - напряжение на выходе блока дифференцирования; И - напряжение на выходе второго компаратора; К - напряжение на выходе формирователя короткого импульса; Л - напряжение на выходе триггера; М - величина сопротивления первого дополнительного ключа; Н - величина сопротивления второго дополнительного ключа.

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 также электроды 5 и 6 электростимулятора 7. Один конец мышцы соединен с датчиком 8 силы сокращений мышцы. Другой конец мышцы 4 соединен с рычагом 9. установленным с возможностью вращения в подпятнике 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. фотодиод 19). оптический

канал которой перекрывается экраном 20, закрепленным на рычаге 9.

Электронный блок 21 устройства содер- , жит первый компаратор 22, первый вход

которого соединен с выходом измерителя 8 силы сокращения мышцы 4, а второй вход - с источником 23 опорного сигнала Ui. Выход первого компаратора 22 соединен с управляющим входом первого ключа 24.

0 Выход измерителя 17 перемещения конца мышцы 4 соединен с входом пикового детектора 25. выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 26.

Ключ 24 включен между выходом пико5 вого детектора 25 и нулевой шиной устройства.

Выход второго сумматора 26 соединен с первым входом первого сумматора 28, второй вход которого соединен с источником 29

0 опорного сигнала Ua. Выход сумматора 28 соединен с обмоткой 14 задатчика 12 механических деформаций.

В качестве источников 23 и 29 опорного сигнала использованы резисторы, соответ5 ственно 30 и 31, подключенные к выходу источника постоянного напряжения.

Выход измерителя 17 перемещения конца мышцы 4 соединен также с входом интегрируемого элемента 27, выход которо0 го соединен с первым входом второго сумматора 26.

Интегрирующий элемент 27, например, содержит конденсатор 32 и резистор 33, составляющие RC-цепь. Конденсатор 32 мо5 жет быть выполнен переменным. Резистор 33 включен последовательно в цепь первого входа сумматора 26. Для обеспечения идентичности сопротивлений в цепях первого и второго входов сумматора 26 , юследова0 тельно второму входу сумматора 26 включают резистор 34.

Выход измерителя 17 перемещений конца мышцы соединен, кроме того, с входом дифференцирующего элемента 35, вы5 ход которого соединен с одним входом второго компаратора 36, первый вход которого соединен с нулевой шиной устройства, а выход - с входом формирователя 37 коротких импульсов. Выход формирователя 37 со0 единен с S-входом триггера 38, R-вход которого соединен с выходом электростимулятора 7, а выходы - с управляющими входами первого и второго дополнительных ключей 39 и 40. Ключ 39 включен между

5 первым входом сумматора 26 и обкладкой конденсатора 32, другая обкладка которого соединена с нулевой шиной устройства. Ключ 39 имеет нормально разомкнутые контакты. Ключ 40 включен между одной обкладкой конденсатора 32 и нулевой шиной

устройства и имеет нормально замкнутые контакты.

Устройство для исследования механических свойств мышцы работает следующим образом.

Испытуемый препарат 4 миокарда 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 28 подается с источника 29 опорное напряжение U2, примерно равное 0,5 Ро - половине ожидаемого максимального значения напряжения на выходе измерителя 8 силы сокращений, соответствующего максимуму Ро изометрической силы, развиваемой исследуемым препаратом 4.

Под действием сигнала с выхода сумма- тора 28 в обмотке 14 задатчика 12 механи- ческой деформации возникает соответствующий ток, катушка 13 втягивается в зазор 16 магнита 15, рычаг 9 поворачивается по часовой стрелке и упирается в ограничитель 11. Усилие, действующее на рычаг 9. соответствует 0,5 Ро.

На вход компаратора 22 подается опорное напряжение UL по величине составляющее 1-43% от Ро.

Подбором величины емкости конденса- тора 32 устанавливается требуемое значение убывания величины переменной составляющей постнагрузки, например, 20% от U1, т.е. 0,1 Ро.

Включают электростимулятор 7, на электроды 5 и 6 подается импульс напряжения U (фиг. 2). В ответ на воздействие импульса препарат 4 начинает развивать нарастающее механическое напряжение. Соответственно увеличивается напряжение на выходе датчика 8 силы сокращения, Это напряжение Б подается на регистратор и на вход компаратора 22, на другом входе которого действует напряжение UL Когда напряжения на входах компаратора 22 сравняются, на его выходе появляется высокое напряжение Е. которое приводит ключ 24 из состояния низкого в состояние высокого сопротивления, т.е. в разомкнутое состояние. Подготавливается возможность нарастания напряжения на выходе пикового детектора 25.

В рассматриваемый период времени, пока напряжение В на выходе датчика 17 перемещения конца препарата 4 равно ну- лю, на выходе дифференцирующего элемента 35 напряжение также равно нулю. То есть напряжение на обоих входах компаратора 36 равны нулю, на его выходе действует нулевое напряжение, при этом и на выходе

формирователя 37 короткого импульса ДРИ- ствует высокое напряжение I риггер 38 импульсом А электростимуляторя 7, действовавшим на его R-входе. приведен в состояние высокого напряжения Л на одном его выходе. Этим напряжением ключ 39 приведен в состояние низкого сопротивления (замкнут), т.е. конденсатор 32 подключен к входу сумматора 26, а ключ 40 низким напряжением на другом выходе триггера 38 переведен в состояние высокого сопротивления (разомкнут).

С дальнейшим ростом механического напряжения препарата 4 его сила превысит усилие, действующее на рычаг 9 со стороны задатчика 12, заданное величиной напряжения U2. Препарат 4 начинает укорачиваться, увлекая за собой рычаг 9 против часовой стрелки. При этом начинает увеличиваться напряжение В на выходедатчика 17 перемещения конца препарата 4 Напряжение В пропорционально укорочению длины препарата 4, подается на регистратор, на вход интегрирующего элемента 27 и на вход пикового детектора 25. При этом нарастающее напряжение Г на выходе интегрирующего элемента 27 вследствие заряда емкости 32 будет отставать от нарастания напряжения на выходе пикового детектора 25, фактически повторяющего напряжение В. То есть на входах сумматора 26 действуют разные по величине непряжения, а на его выходе появится нарастающее от нуля напряжение Д, действующее на входе сумматора 28, на другом входе которого действует постоянное напряжение U2.

С появлением и нарастанием напряжения на выходе 17 перемещения конца препарата 4 оно поступает также на вход дифференцирующего элемента 35, на выходе которого появляется напряжение 3, пропорциональное первой производной от напряжения В, т.е. нарастающее при росте скорости нарастания напряжения В и убывающее при уменьшении скорости нарастания напряжения В.

При увеличении напряжения 3 на входе компаратора 36 при сохранении нулевого напряжения на другом входе этого компаратора, на его выходе появится высокое напряжение (и), которое будет действовать до тех пор, пока при уменьшении скорости нарастания напряжения В на выходе датчика 17 перемещения напряжение 3 на выходе блока дифференцирующего элемента 35 не станет опять равным нулю, т.е. нулевому напряжению на другом входе компаратора 36.

В рассмотренный период, как видно по кривой Б, происходит спадание напрржения на выходе датчика 8 силы сокращения от достигнутого значения 0,5 Ро, т.е. обеспечивается режим убывания переменной составляющей постнагрузки. Постоянная времени убывания определяется величиной конденсатора 32, задающей разность напряжений на входах сумматора 26. К концу этого периода напряжения В и Г на входах сумматора 26 сравниваются по величине.

После момента, когда прекратится нарастание напряжения В на выходе датчика 17, что соответствует моменту максимального укорочения препарата 4, напряжение В будет примерно постоянным. Как сказано выше, в этот момент напряжение и на выходе компаратора 36 будет снижено с высокого уровня до низкого, благодаря этому перепаду формирователь 37 короткого импульса выдает импульс К, который, действуя на S-входе триггера 38, перебросит его в состояние низкого напряжения на одном выходе (л) и высокого на другом. При этом ключ 39 перейдет в состояние с высоким сопротивлением (М) и отключит конденсатор 32 от входа сумматора 26, а ключ 40 перейдет в состояние низкого сопротивления, начнется разряд конденсатора 32 через ключ 40 до нулевого напряжения, что подготавливает конденсатор 32 к следующему циклу сокращения препарата 4.

Отключение конденсатора 32 от входа сумматора в этот период времени необходимо, чтобы исключить его влияние на режим изометрического (при постоянной длине препарата 4) снижения активной силы препарата. Сила сокращения препарата 4 начинает уменьшается, препарат стремится к удлинению, несколько удлинится, а результате чего несколько уменьшится напряжение В на выходе датчика 17 перемещения. Так как напряжение Г на выходе пикового детектора 25 остается при этом постоянным, то на входах сумматора 26 опять появится разность потенциалов, напряжение Д на его выходе будет нарастать. Это вызовет уменьшение силы тока на выходе сумматора 28, т.е. в катушке 14, несколько уменьшится соответственно усилие, действующее на препарат 4 со стороны связанного с катушкой 14 рычага 9 задатчика 12 деформации. , То есть уменьшение усилия самого препарата 4 компенсируется соответствующим уменьшением усилия, действующего на препарат 4 со стороны за датчика 12 механической деформации. Это обеспечивает режим изометрического снижения активной силы исследуемого препарата за счет обратной связи в канале: датчик 17 перемещения конца препарата - сумматор 26 - сумматор 28 - катушка 14 - рычаг 9. При соответствующем достаточно большом коэффициенте усиления в указанном канале обратной связи изменение длины препарата не превысит, например 0,5% от длины препарата.

Наличие в данный период времени емкости 32 на входе сумматора 26 вносило бы соответствующее постогнной времени блока 27 интегрирования дополнительную разницу в напряжениях на входах сумматора 26 и нарушало бы изометрический режим.

В течение рассматриваемого периода (пока величина напряжения на кривой В (Г) остается практически постоянной) происходит снижение активной силы препарата 4 до

значения, при котором напряжение Б на одном входе компаратора 22 приравнивается к значению действующего на другом входе этого компаратора напряжения U1. На выходе компаратора 22 (кривая Е) устанавливается низкое значение напряжения, ключ 24 переходит в открытое состояние (кривая Ж). Начинается обнуление выходного напряжения пикового детектора 25 через ключ 24. Напряжение Г на входе сумматора

26 снижается до нуля, напряжение Д на входе сумматора 26 также уменьшается, увеличивается ток в катушке 14, растет усит лие от рычага 9 на препарат 4, уже не имеющий активной силы, он удлиняется,

уменьшается напряжение В на другом входе сумматора 26 и так далее, пока препарат 4 не удлинится до исходного состояния. Рычаг 9, поворачиваясь по часовой стрелке, ложится на ограничитель 11.

Формула изобретения

Устройство для исследования механических свойств мышцы по авт. св. № 1560093, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверн, :ти результатов исследования путем имитации режима убывания величины переменной составляющей постнагру,зки, в него дополнительно введены интегрирующий элемент, выход которого подключен к первому входу

второго сумматора через первый дополнительный ключ, и дифференцирующий элемент, вход которого соединен с выходом измерителя перемещения конца мышцы, а выход - с одним входом второго компаратора, другой вход которого соединен с нулевой шиной устройства, а выход - с входом введенного формирователя короткого импульса, выход которого соединен с S-входом введенного триггера, R-вход которого соединен с выходом электростимулятора, а выходы - с управляющими входами дополнительных ключей, второй из которых подключен параллельно интегрирующему элементу.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в физиологии, фармакологии, кардиологии. Изобретение направлено на повышение эффективности исследований путем имитации режима убывания переменной составляющей постнагрузки в процессе укорочения исследуемого препарата. Устройство содержит камеру 2 с питательным раствором 3, электродами 5, 6 электростимулятора 7 и исследуемым препаратом 4, к одному концу которого присоединен шток датчика 8 силы сокращения, а к другому - рычаг 9 задатчика 12 механической деформации. С рычагом 9 связан датчик 17 перемещения конца исследуемого препарата 4. Электронный блок 21 устройства содержит пиковый детектор 25, сумматоры 26 и 28, компаратор 22, ключ 24, источники опорных напряжений 23 и 29. В устройство введены интегрирующий элемент 27. дифференцирующий элемент 35, дополнительные компаратор 35 и ключи 39, 40, формирователь 37 короткого импульса и триггер 38. 2 ил. Ј / О сл о о 00 00 S3