Способ определения давления на межпозвоночные диски Советский патент 1992 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицине, биомеханике спорта и физической деятельности.

Известен прямой способ измерения нагрузок на позвоночник путем введения а межпозвоночный диск катетера, соединенного с манометрическим датчиком для измерения внутридискового давления.

Однако такой способ может привести к травмированию межпозвоночного диска, а еще хуже - к травмам спинного мозга испытуемого.

Цель изобретения - уменьшение трав- матичности способа,

Поставленная цель достигается одновременным измерением становой силы при

интрагастральном зондировании и сканированием пупочной области тела с использованием компьютерного томографа, при этом определяют внешнюю силу, действующую на позвоночник, внутрибрюшное давление, определяют геометрические размеры сечения туловища и межпозвоночных дисков, по которым с использойанием механико-математического моделирования определяют нагрузки на позвоночник (давление на межпозвоночные диски), далее выполняют такие измерения при различных величинах становой силы, сопоставляют значения нагрузки на позвоночник со световой плотностью томограмм, строят калибровочный график по световой плотности

2

v|

О

СО

томограмм и определяют уровень давления на хрящевую ткань (давление на межпозвоночные диски) при различных условия нагрузки.

На фиг.1- представлена схема реализации способа; вид в сагиттальной плоскости; вид во фронтальной плоскости; на фиг.2 - действие сил и моментов на элементы позвоночника на уровне La-Ls; на фиг.З - сечение туловища (томограмма) на уровне L2-La; на фиг.4 - калибровочный график изменения световой плотности томограмм (межпозвоночных дисков) в зависимости от давления, действующего на эти диски.

Способ осуществляют следующим образом (фиг.1).

Испытуемому 1 вводят в тело желудка электропроводный датчик давления (датчик давления с кабелем-зондом вводят через ротовую полость и пищевод). Изменение давления в желудке осуществляют на приборе (полидигестограф) 2, подсоединенном к зонду 3. Испытуемый .находится в сканирующей зоне действия компьютерного томографа А и прикладывают усилие к рукоятке станового динамометра 5. При этом одновременно осуществляют измерение внутрибрюшного давления (при помощи датчика и измерительного прибора), становой силы (посредством динамометра), выполняют сканирование на уровне La-La.

Таким образок., получают величину внутрибрюшного давления, величину становой силы и томограмму среза туловища на уровне La-La.

Нагрузку на элементы позвоночника, в частности давление на межпозвоночный -диск(О), рассчитывают из соотношения действующей на него результирующей силы (R) к опорной поверхности диска (f).

(1)

Величину результирующей силы (R) определяют из решения уравнения сил, действующих на элементы позвоночника:

R Q + M F-p,(2)

где М - мышечное усилие мышц-выпрямителей позвоночника, определяемое из уравне- ния моментов:

M-I+ F.p-S Q.a,(3)

где I - плечо действия .мышц-выпрямителей позвоночника (определяется по томограммам);

р - внутрибрюшное давление (определяется по данным полидигестографа);

F - площадь сечения туловища на уровне L.2-L3 (определяется по томограммам);

S - плечо действия силы внутрибрюш- ной поддержки (определяется по томограммам);

Q -становая сила (сила, развиваемая на

становом динамометре);

а - плечо действия становой силы относительно оси исследуемого элемента позвоночника (определяется по томограммам). Опорная поверхность диска La-La (f) и

площадь сечения туловища на уровне Lz-U определяются по томограмме, полученной при сканировании туловища на уровне в момент мышечного напряжения. По этой же томограмме определяют плечо действия

силы мышц-выпрямителей позвоночника (I), плечо действия силы внутрибрюшной поддержки (S) и плечо действия становой силы относительно исследуемого элемента позвоночника (ядра диска Lz-La).

Таким образом,.в эксперименте определяют все необходимые параметры, позволяющие рассчитать нагрузку на элементы позвоночника. Формула, по которой определяют давление на межпозвоночный диск

имеет следующий вид:

D-Q-F-p Qa-F-p-S (} и f f + f .W

При анализе световой плотности томограмм, полученных при различных величинах

становой силы, развиваемой на динамометре, строят график зависимости: давление на диск, определенное по формуле (4) откладывают по оси абсцисс, а. по оси ординат - световую плотность межпозвоночного диска, наблюдаемую на соответствующих томограммах.

Из графика (фиг.4) видно, что световая плотность томограмм межпозвоночного диска находится в строгой зависимости от

уровня нагрузки того же диска.

Наблюдались подобные зависимости уровня световой плотности томограммы мышечной и костной тканей от уровня их на- пряжения, т.е. от уровня нагрузки.

Следовательно, по световой плотности томограмм можно определять уровень нагрузки в мышечной, костной и хрящевой тканях туловища, в частности давление на межпозвоночный диск L2-La при любых величинах проявляемой силы и в любых позах, принимаемых данным испытуемым.

Пример. Определение нагрузки на межпозвоночный диск . Испытуемый Т-в (вес 70 кг. рост 170 см), которому путем интрагастрального зондирования ввели датчик давления, проявлял становую силу в процессе сканирования с использованием компьютерного томогра- фа. Во время исследования получали значения внутрибрюшного давления, становой силы и геометрические размеры сечения туловища и элементов позвоночника на уровне.

По полученным экспериментальным значениям: внутрибрюшного давления (р 29.6 кПа, 0,3 кг/см2), площади сечения туловища на уровне La-La (608,5 см2), площади опорной поверхности диска (f 15см2), плеча действия внутрибрюшной поддержки позвоночника (S 8,3 см), плеча действия мышц-разгибателей позвоночника (I 6,5 см), развиваемому на динамометре усилию (Q - 130 кГ). плеча действия становой силы (а - 22 см), путем подставления в уравнение (4) названных значений определяли давление на межпозвоночный диск L2-L-3: 130 608,5 0.3 ,

О

1515

130 22 - 608.Е

15

0,3 8.3.

6,5

D - 10,29 МПа.

Рассчитанные таким образом нагрузки на элементы позвоночника сопоставлялись со световой плотностью томограмм, полученных при соответствующих нагрузках, и строился калибровочный график зависимости световой плотности томограмм от давления на диск (фиг.4). С использованием полученного калибровочного графика можно по световой плотности различных томо- рамм определять уровень нагрузки на элементы позвоночника при проявлении различной силы в различных позах, принимаемых испытуемым в процессе сканирования на томографе.

Формула изобретения

Способ определения давления на межпозвоночные диски, включающий создание

стандартных внешних нагрузок и последующие измерения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения травматичное™, при стандартных нагрузках измеряют внут- рибрюшное давление.определяют геомётрические размеры сечений туловища, позвонков и межпозвоночных дисков и световую плотность сечения дисков по рентгенограммам или томограммам, затем давление на межпозвоночные диски при

стандартных нагрузках рассчитывают по формуле

Q F р , Qa-Fр S D ,

где D -давление на межпозвоночный диск; Q - становая сила, развиваемая на становом динамометре;

р - внутрибрюшное давление; F - площадь сечения туловища на уровне l 2-l-3 по томограмме; f - опорная площадь диска между L2-L3; а - плечо действия становой силы относительно оси исследуемого элемента позвоночника по томограмме;

S - плечо действия силы внутрибрюШ- ной поддержки по томограмме;

I - плечо действия мышц выпрямителей позвоночника,

далее определяют давление по световой ( плотности томограмм при соответствующих нагрузках.

Изобретение относится к медицине, в частности к биомеханике спорта. Цель изобретения - исключение травматизма иссле- дования. При стандартной нагрузке измеряют внутрибрюшное давление/, определяют геометрические размеры сечения туловища, позвонков и межпозвоночных дисков и световую плотность сечения дисков по томографическим или рентгеновским снимкам, рассчитывают давление на межпозвоночные диски по формуле a -pFS .+ Q fl где D - давление на межпозвоночный диск; Q - становая сила, развиваемая на становом динамометре; р -1 внутрибрюшное давление; F - площадь сечения туловища на уровне по томограмме; f - опорная площадь диска между LZ и La; a - плечо действия становой силы относительно оси исследуемого элемента позвоночника по томограмме; S - плечо действия силы внутрибрюшной поддержки по томограмме; I - плечо действия мышц-выпрямителей позвоночника, выявляют при стандартных нагрузках зависимость световой плотности томограмм или рентгеновских снимков в сечении диска от давления ка межпозвоночный диск при различных условиях нагрузки. 4 ил.

$У./

&иг.2

сбе/подоя плотное/ль томограмм {$ (о/пн.&)

tf

I V V

3 4 Давление надисх№д,мл0 +

Мсход

20 60 100%#аеруз а( М

Фиг.4

Фиг.З