Устройство для диагностики костей Советский патент 1992 года по МПК A61B5/05 A61B8/08 

te/

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в ортопедии, травматологии, в спортивной и космической медицине, при сортировке пострадавших при массовых катастрофах, а также в вете- ринарии для экспресс-диагностики целостности костей in vivo методом звукопроводимости.

Известно устройство для определения механических характеристик костного ве- щества без вторжения, содержащее вибрирующий датчик звукового диапазона, противовес, фиксирующее устройство конечности и регистрирующую импедансную головку. В данном устройстве конечность с исследуемой костью закрепляют в фиксирующем устройстве, за не менее чем пять минут до исследования противовесом пережимают мягкую ткань под вибрирующим датчиком для того, чтобы она не изме- няла свою эластичность во время исследования. После этого подают колебания от вибрирующего датчика в выступ исследуемой кости, а на другом ее выступе импедансной головкой регистрируют ре- зультирующую движущую силу и ускорение, отражающие эластичность исследуемой кости, как показатель ее качества.

Однако данное устройство не позволяет автоматически проводить исследования на резонансной частоте кости с использованием сигнала воздействия наименьшей амплитуды, что позволяет резонансный метод, а это снижает точность результатов иссле- дования. Кроме того устройство громоздко, при его использовании требуется фиксация конечности (или другой части тела) для проведения исследований ее костей, требуется не менее пяти минут предварительного пе- режатия мягких тканей. Все это не позволяет использовать это устройство в качестве портативного экспресс-диагностика целостности костей.

Наиболее близким по технической сущ- ности к изобретению является устройство для прижизненной оценки состояния костной ткани, содержащее вибратор, связанный через усилитель звука (далее усилитель) с выходом звукогенерагора (далее генера- тора), кристаллический датчик (далее датчик) и двухканальный осциллоскоп (далее регистратор), первый канал которого подключен к датчику, а второй к выходу усилителя. В указанном устройстве исследуемое предплечье устанавливают вертикально на вибратор, датчик располагают на шиловидном отростке локтевой кости. Вибратор приводится в действие электрическими колебаниями генератора, усиленными усилителем. На регистраторе, на первый канал

которого подается сигнал от датчика, а на второй-от усилителя, регистрируют частоту максимального по амплитуде сигнала, т.е. резонансную частоту, произведение которой на длину исследуемой кости, которую определяют экспериментально, является информативным параметром, уменьшение которого свидетельствует о наличии заболевания, например остеопороза.

Однако известное устройство имеет громоздкий регистратор и при его использовании требуется специальная ориентация части тела, например конечности с исследуемой костью, что не всегда возможно, при травмированности пациента. Это снижает точность результатов исследования, при этом затрачивается время на закрепление конечности. Кроме того, устройство имеет несколько органов управления на генераторе для перестройки его частоты и на регистраторе для выбора частотного и амплитудного диапазонов измерения, на что также затрачивается время. На точность оценки состояния кости с помощью данного устройства влияет то, что ч асть тела с исследуемой костью ориентируется вертикально и давит на вибратор собственной тяжестью и нестабильным усилением мышц пациента. Это сказывается на мощности механических колебаний, передаваемых вибратором кости и в конечном итоге на регистрируемую датчиком и регистратором результирующую силу, Все это не позволяет использовать известное устройство в качестве экспресс-диагностика целостности костей в нестационарных условиях и в случаях обширной травмированности пациента.

Цель изобретения - повышение точности результатов путем контроля усилия прижатия и регулировки режима тестирующего воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем соединенные последовательно генератор,усилитель, вибратор и через диагностируемую кость датчик и регистратор, генератор выполнен в виде генератора качающейся частоты звукового диапазона, усилитель содержит автомат регулирования усиления, вибратор содержит датчик амплитуды механических колебаний вибратора, который соединен с входом автомата регулирования усиления, кожух и корпус с возможностью их взаимного перемещения, пружину между ними, для создания пережатия мягких тканей пациента, привод, соединенный с выходом усилителя, толкатель, приводимый в движение приводом, включатель и выключатель генератора качающейся частоты для установления нижнего и верхнего пределов значений

усилия пережатия мягких тканей пациента, датчик содержит кожух и корпус с возможностью их взаимного перемещения, пружину между ними для создания пережатия мягких тканей пациента, шток для передачи механических колебаний от кости, преобразователь механических колебаний в. электрический сигнал, соединенный механически с штоком, включатель и выключатель индикатора для установления нижнего и верхнего пределов значений усилия пережатия мягких тканей пациента, а регистратор содержит вольтметр, соединенный входом с преобразователем датчика, соединенный с ним блок управления выбором ди- апазона измерения амплитуды части сигнала от вибратора, прошедшей через диагностируемую кость и воспринятую датчиком, подключенные к выходу вольтметра индикатор амплитуды сигнала датчика, усиленной вольтметром, и пиковый детектор, выход которого подключен к входу генератора качающейся частоты, и подключенный к управляющим входам генератора качающейся частоты, блока управления и пикового детектора формирователь с контактом, расположенным на кожухе вибратора.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг, 2 - конструктивная схема вибратора; на фиг. 3 - конструктивная схема датчика.

Устройство состоит из (фиг, 1) генератора 1 качающейся частоты с входом и управ- ляющим входом, который может быть выполнен на основе последовательной цепочки, состоящей из генератора напряжения ступенчатой формы, устройства выборки хранения, вход управления которой является входом генератора 1, далее из генератора синусоидальных колебаний, управляемого напряжением, и управляемого делителя, вход управления которого является управляющим входом генератора 1. Устройство состоит также из усилителя 2, который подключен к выходу генератора 1, вибратора 3, который подключен к выходу усилителя 2, датчика 4 и регистратора 5, к входу которого подключен датчик 4, автомата 6 регулирования усиления, который может быть выполнен на канальном полевом транзисторе, подсоединенного к усилителю 2, датчика 7 амплитуды. При этом вибратор 3 электрически-связан с входом автомата 6 регулирования усилением и может быть выполнен в виде электромагнитного датчика 7 перемещения.

Регистратор 5 состоит из вольтметра 8, блока 9 управления усиления вольтметра, подсоединенных к выходу вольтметра 8 индикатора 10, например микроамперметра, и

пикового детектора 11, в качестве которого может быть применена цепочка из аналоговых схем детектора максимального уровня, с входом сброса, являющимся управляющим входом пикового детектора 11, интегратора, делителя, устройства выборки хранения, ключа с управлением от счетчика. Регистратор 5 состоит также из формирователя 12, выход которого подключен к управ0 ляющим входам генератора 1, блока 9 управления выбора диапазона и пикового детектора 11, выход которого подключен к входу генератора 1.

Вибратор 3 состоит из (фиг. 3) кожуха

5 13, корпуса 14, пружины 15 между ними, смонтированных в корпусе 14 привода 16, например электромагнитного, толкателя 17 и датчика 7 амплитуды, установленных на кожухе 13 включателя 18 генератора и вы0 ключателя 19 генератора, например концевых, через которые выход генератора 1 подключен электрически к входу усилителя 2 (фиг. 1). На кожухе 13 расположен и контакт 20 формирователя 12.

5 Датчик 4 содержит (фиг. 3) кожух 21, корпус 22, пружину 23 между ними, шток 24, преобразователь 25, например пьезоэлектрический, который связан механически с штоком 24 и электрически - с входом вольт0 метра 8 (фиг. 1), включатель 26 индикатора и выключатель 27 индикатора, например в виде концевых, которые установлены на кожухе 21, через которые индикатор 10 электрически подсоединен к выходу вольтметра

5 8 (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

Определяют визуально или по анамнезу травмированную кость или ее участок (в слу0 чае плоских костей). Исследователь берет в одну руку вибратор 3 за кожух 13 так, чтобы контакт 20 формирователя находился под указательным пальцем, в другую руку он берет датчик 4 за кожух 21. Вибратор 3 и

5 датчик 4 устанавливают на эпифизы симметричной диагностируемой заведомо или предполагаемо здоровой кости пациента или на противоположные границы участка плоской кости (в случае исследования, на0 пример, черепа) симметричного исследуе-. мому заведомо или предполагаемо здоровый соответственно на толкатель 17 и шток 24, так чтобы травмированный участок проецировался на здоровой эталонной кос5 ти между ними. При этом положение участка тела пациента со здоровой эталонной костью произвольное, удобное для пациента, т.е. не требуется специальной его ориентации относительно вибратора 3 и датчика 4, что сокращает время диагностики и позволяет проводить ее при обширной травмиро- ванности. Прижимают вибратор 3 к телу пациента с таким усилием, чтобы колебания от генератора 1 качающейся частоты звукового диапазона через замкнутый под действи- ем подпружиненного пружиной 15 перемещения корпуса 14 относительно кожуха 13 включатель 18 и не разомкнутый выключатель 19 поступали через усилитель 2 на привод 16 вибратора 3. Этот факт кон- статируют на слух по звуковому излучению от вибратора 3 или тактильно по его вибрации, что позволяет производить диагностику в условиях зашумленности внешней среды. При этом усиление прижима вибра- тора 3, определяемое упругостью пружины 15 и моментом замыкания включателя 18, достаточно для того, чтобы безболезенно для пациента передавались механические колебания толкателя 17, приводимого в дви- жение приводом 16 через мягкую ткань в кость, а эластичность мягкой ткани во время исследования была постоянной и мягкая ткань не изменяла свою звукопроводимость, чтобы не влиять на точность измере- ния звукопроводимости кости за счет вариаций звукопоглощения. При увеличении усилия прижима вибратора 3 минимально необходимого уровня и достижения его порогового (например, болевого) значения срабатывает выключатель 19, электрическая цепь между генератором 1 и вибратором 3 разрывается, при этом пропадает звук от генератора и его вибрация и для проведения исследований ослабляют прижим вибратора 3. Таким образом, для тех же целей производят стабилизацию прижима датчика 4, для чего служат срабатывающие под действием взаимного перемещения корпуса 22 и кожуха 21, подпружиненного пружиной 23, включатель 26 и выключатель 27 индикатора 10. При достаточном усилии прижима датчика 4 через замкнутые включатель 26 и выключатель 27 индикатор 10 индицирует минимальную заметную для ис- следователя величину, но информационно не значимую. При увеличении усилия прижима датчика 4 под действием большого взаимного перемещения кожуха 21 и корпуса 22 выключатель 27 разрывает электриче- скую цепь между вольтметром 8 и индикатором 10, который тогда ничего не индицирует, что является сигналом для исследователя для уменьшения усилия прижима датчика 4. После этих манипуляций касаются указательным пальцем, не изменяя усилия прижима вибратора 3 и датчика 4, контакта 20 формирователя 12, Формирователь 12 вырабатывает сигнал калибровки устройства в виде импульса, который поступает на управляющий вход генератора 1, вынуждая его начать генерировать сигнал амплитудой большей, чем в начальный период, но минимально достаточной для диаг- ностики, не вызывающей болевых ощущений у пациента. Сигнал от генератора 1 через замкнутый включатель 18 и выключатель 19 поступает на вход усилителя 2, с выхода которого - на привод 16, который преобразовывает электрический сигнал в механические колебания толкателя 17. Датчик 7 амплитуды преобразовывает амплитуду механических колебаний толкателя 17 в электрический сигнал, который поступает на вход автомата 6 регулирования усиления, который автоматически управляет усилением усилителя 2 так, чтобы амплитуда механических колебаний толкателя 17 была постоянной и не зависела от усилий прижима его к телу пациента и от эластичности его мягких тканей. При этом отпадает надобность в предваряющем диагностику длительном пережатии мягких тканей. Импульс калибровки поступает с выхода формирователя 12 на упаравляющий вход блока 9 управления выбора диапазона, который, до этого управлял вльтметром 8 так, что тот имел минимальный коэффициент усиления, чтобы не реагировать на толчки и ускорения вибратора 3 и датчика 4 при их установке и стабилизации усилий их прижима к телу пациента. После прохождения импульса калибровки блок 9 управления переходит в следящий, режим, т.е. он управляет вольтметром 8 так, что имеет коэффициент усиления сигнала от датчика 4 такой, что индикатор 10 не зашкаливает и его показания находятся в последней трети его шкалы, для увеличения точности диагностирования. Импульс калибровки поступает также и на управляющий вход пикового детектора 11, который обнуляется с началом этого импульса. После окончания импульса калибровки пиковый детектор 11 производит выборку максимальных значений сигнала, поступающего на его входе выхода вольмет- ра 8, за каждый период качания частоты генератором 1 качающейся частоты, усреднение максимальных значений за несколько периодов качания частоты генератором 1 качающейся частоты, запоминание этой средней величины и после достижения ее уровня сигналом с выхода вольтметра 8 в последующий за усреднением период качания частоты генератором 1 выдает с выхода на вход генератора 1 управляющий сигнал постоянного уровня. После этого генератор 1 прекращает качание частоты своего выходного гармонического сигнала и на его выходе устанавливается сигнал постоянной

частоты. Эта частота соответствует резонансной частоте механической системы мягкая ткань- кость, т.е. наибольшей звукопроводимости. Этим заканчивается процесс калибровки устройства на эталонную заведомо (предполагаемо) здоровую симметричную исследуемой кость пациента, т.е. автоматически находится и поддерживается генератором 1 резонансная частота кости, автоматически выбирается и запоминается блоком 9 управления диапазон измерения вольтметром 8 амплитуды части сигнала от вибратора 3, прошедшей эталонную кость и воспринятую датчиком 4. После калибровки устройства по эталонной кости производят диагностику предполагаемо травмированной кости. Для этого вибратор 3 и датчик 4 устанавливают на симметричные здоровой эталонной кости эпифизы или на противоположные границы участка плоской кости с травмой симметричные здоровой, по которой производилась калибровка устройства, аналогично описанному. При этом положение участка тела пациента с диагностируемой костью произвольное, удобное для пациента, т.е. не требуется специальной его ориентации относительно вибратора 3 и датчика 4, что сокращает время диагностики и позволяет производить ее при обширной травмированности пациента. После того, как добьются стабильного оптимального усилия прижима вибратора 3 и датчика 4, как описано при калибровке, что подтверждается наличием звука и вибрации вибратора 3 и наличием показаний на индикаторе 10, производят анализ показаний индикатора 10. Анализ заключается в следующем. Если показания индикатора 10 находятся вблизи эталонных, найденных при калибровке устройства, т.е. в последней трети шкалы индикатора 10, констатируют, что диагностируемая кость здорова или име ется ушиб кости или мягких тканей. Если показания индикатора находятся во второй трети его шкалы, констатируют, что диагностируемая кость имеет трещину, размеры которой соответствуют величине показаний индикатора 10, т.е. чем меньше показания индикатора, тем больше трещина. Если no-s казания индикатора 10 находятся в первой трети его шкалы, то констатируют перелом диагностируемой кости, тяжесть которого соответствует показаниям идикатора 10, т.е. чем они меньше, тем тяжелее перелом. На этом заканчивается диагностика.

Предлагаемое устройство имеет один орган управления - контакт формирователя, который расположен под указательным пальцем руки исследователя, держащей вибратор. Для управления устройством необходимо лишь раз коснуться контакта формирователя пальцем. При этом калибровка прибора и качество отстройки его от артефактов контролируется исследователем визуально по показаниям индикатора и по наличию вибраций вибратора или звукового сигнала от него, т.е. методика работы с устройством проста. Это сокращает время, необходимое для диагностики. Применение

0 дозированного индицируемого с блокировкой пережатия мягких тканей, покрывающих эталонную, диагностируемую кости, вибратором и датчиком исключает предварительную подготовку мягких тканей (пере5 жатие), что сокращает время диагностики и не требует специальной ориентации частей тела пациента. Это позволяет применять устройство безболезненно для пациента в случае его обширной травмированности.

0 Кроме того, использование в регистраторе и его индикаторе маломощных миниатюрных элементов позволяет реализовать устройство в портативном варианте с автономным питанием, что позволяет сократить частоту

5 применения рентгенодиагностики, вредной для костного мозга и других быстроделя- щихся клеток организма пациента и исследователя, и применение ультразвуковых устройств с неадекватным природному и

0 вредным воздействием на организм пациента. Портативность устройства позволяет применять его в нестационарных условиях, что способствует также простота методики работы с ним. Воздействие на пациента,

5 адекватное природному, допороговой мощности позволяет применять прибор для диагностики детей и беременных женщин без ограничений.

Формула изобретения

0

1, Устройство для диагностики костей, содержащее соединенные последовательно генератор, усилитель, вибратор и датчик, соединенный с регистратором, отличаю щ5 е е с я тем, что, с целью повышения точности результатов путем контроля усилия прижатия и регулировки режима тестирующего воздействия, генератор выполнен в виде генератора качающейся частоты и содержит

0 включатель и выключатель генератора качающейся частоты, которые включены последовательно между выходом генератора качающейся частоты и входом усилителя, который содержит автомат регулирования

5 усиления, вибратор содержит датчик амплитуды, который соединен с входом автомата регулирования усиления, регистратор содержит вольтметр, соединенный с ним блок управления, подключенные к выходу вольтметра генератор и пиковый детектор, выход

которого подключен к входу генератора качающейся частоты, формирователь, выход которого подключен к управляющим входам генератора качающейся частоты, блока управления и пикового детектора, а вибратор выполнен из кожуха и корпуса с возможностью из взаимного перемещения, имеет пружину между ними, толкатель и привод, электрически соединенный с выходом усилителя, а датчик содержит кожух и корпус с возможностью их взаимного перемещения,

0

имеет пружину между ними, шток и преобразователь, электрически соединенный с входом вольтметра, и включатель и выключатель индикатора, электрически последовательно соединенные между выходом вольтметра и индикатором.

2. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что оно содержит контакт, расположенный на кожухе вибратора и электрически соединенный с входом формирователя.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в ортопедии, травматологии, при сортировке пострадавших для экспресс-диагностики целостности костей методом звукопроводимости. Устройство, содержащее соединенные последовательно генератор 1, усилитель 2, вибратор 3 и через диагностируемую кость датчик 4 и регистратор 5, выполнено так, что генератор 1 генерирует колебания частоты максимальной звукопроводимости, определяемой автоматически регистратором 5, усилитель с автоматической регулировкой усиления поддерживает стабильную амплитуду колебаний вибратора 3, конструкции вибратора 3 и датчика 4 таковы, что они функционируют при их прижатии к телу пациента только при дозируемом индицируемом усилии, регистратор 5 автоматически калибрует устройство по эталонной здоровой кости и проводит диагностирование исследуемой относительно здоровой, управление устройством сенсорное с одним контактом, узлы устройства и связи между ними позволяют быстро осуществлять диагностику без специального ориентирования тела пациента при обширной его травмированное™. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. СП с

ФигЧ

i

i

ФигЗ