Устройство для исследования нервно-мышечной системы Советский патент 1993 года по МПК A61B5/16 

w

Ј

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для исследования нер-. вно-мышечной системы, содержащее формирователь стимулирующих импульсов, соединенный с блоком раздражающих электродов, усилитель биопотенциалов, соединенный с отводящими электродами. регистратор и блок питания, блок задержки, датчик интенсивности движения и кнопку включения. Регистратор выполнен трехка- нальным, при этом блок питания через кнопку включения соединен с регистратором и входом блока задержки, выход которого соединен с управляющим входом формирователя стимулирующих импульсов, датчик интенсивности движения через усилитель соединен с первым каналом регистратора, со вторым каналом которого соединен выход усилителя биопотенциалов. Цель изобретения - определение фазоопережающих свойств механизма пресинаптического торможения. 2 з.п. ф-лы. 12 ил.

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и может быть, в частности использовано для изучения фазовых характеристик сложных систем управления спинного мозга при нейрокибернетических исследованиях.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является прибор для измерения скрытого периода двигательной реакции, (фиг.11), содержащий измеритель 1 времени реакции, фоторегистратор 2. блок 3 нанесения раздражения, фотодатчик 4, усилитель &сигналов фотодатчика, два триггера 6 и 7. усилитель импульсов 8, схему 9 автоматического управления фоторегистратором, схему 10 подготовки прибора к эксперименту усилитель 11 биопотенциалов, датчик Т2 экспериментатора. Сущность первого способа работы заключается в нанесении кожно-механического раздражения на сухожилие специальным устройством (молоточком), в которое вмонтирована электрическая контактная пара, подключенная к триггеру 6, замыкающаяся при ударе (фиг.11). При этом триггер 7 опрокидываете что вызывает перевод усилителя 8 импульсов в нормальный усилительный режим с помощью второго триггера 7, который при этом также опрокидывается. Измеритель 1 времени реакции, начинает действовать. Сущность второго способа заключается в нанесении испытуемому электрического раздражения, путем подключения напряжения к соответствующей мышце ноги, раздражение которой вызывает коленный рефлекс. Нанесение электрического раздражителя одновременно с включением измерителя времени реакции осуществляется блоком 3 нанесения раздражителя, срабатывающего при опрокидывании триггера. В ответ на действие раздражителя испытуемый отдергивает ногу, на которой укреплен

00

кэ VI

фотодзтчик 4, освещенный точечным источником света. В результате изменения освещенности фотодатчика при его освещении в неравномерном световом потоке возникает электрический сигнал, используемый после усиления в усилителе 5 для вторичного опрокидывания второго триггера 7. Измеритель 1 времени реакции прекращает свое действие, Прибор позволяет измерять не только скрытый период коленного рефлекса, но и скрытый период его биопотенциального компонента. С этой целью в приборе установлен усилитель 11 биопотенциалов. С помощью переключения режимов обеспечивается возможность измерения временного сдвига между биопотенциальным компонентом двигательной реакции и самой двигательной реакцией (отдергиванием ноги). При этом сигнал первой реакции используется для опрокидывания первого и второго триггеров, а сигнал второй реакции - для вторичного опрокидывания этих триггеров.

Недостатком прототипа является то,что определяется только временная разность между длительностью механической реакции tpeaxu мех. и длительностью биопотенциальной компоненты Треакцпотенц. В виде Л (фиг. 12). Прототип не в состоянии оценить фазовый сдвиг между раздражением и рефлекторным механическим движением с одной стороны и раздражением и биопотенциалом с другой стороны. Это объясняется тем, что в прототипе происходит реагирование на движение ноги только в момент на- чрла движения, т.к на ноге установлен фотодатчик, на который падает луч света. Дальнейшее движение ноги не регистрируется. Не оценивается также амплитуда движения. Следовательно, прототип не в состоянии производить исследование фазовых процессов, где одновременно изменяется как амплитуда, так и интервал между последующими импульсами. Определение разности фаз рефлекторного ответа необходимо для расшифровывания внутреннего состояния сложных нейронных механизмов управления движениями и, в частности, фа- зоопережающих свойств механизма преси- наптического торможения. Этот механизм является наиболее эффективным видом торможения в центральной нервной системе и одновременно наименее изученным. Поэтому с помощью прототипа невозможно провести исследование сложнейшего механизма управления центральной нервной системы - механизма пресинаптическо- го торможения.

Целью предлагаемого устройства является определение фазоопережающих

свойств механизма пресинаптического тор- можения.

Это достигается путем определения разности фаз рефлекторных механических

движений и рефлекторных биопотенциалов спинного мозга по отношению к фазе синусоидально модулированного по амплитуде входного раздражающего воздействия. Иными словами, с помощью предлагаемого

устройства представляется возможным определить фазовые отставания или опережения, создаваемые механизмом пресинаптического торможения. Для этого в предлагаемом устройстве раздражение

5 наносится непосредственно на оголенный нерв в виде синусоидально модулированных по амплитуде видеоимпульсов, а выходные рефлекторные биопотенциалы отводятся непосредственно от поверхности

0 спинного мозга в виде потенциалов до- рзальной поверхности. Механические ре- фдекторные движения задней конечности животного регистрируются непрерывно (а не дискретно, как у прототипа), причем ре5 гистрируется не только фазовая разность, но и интенсивность ответной реакции и зависимость фазовой разности от частоты огибающей и интенсивности раздражающего воздействия, способного в силу своих

0 мощностных факторов активировать как

тонкие, так и толстые нервные волокна и

исследовать вклад механизмов управления

и коррекции в создание фазовой разности.

На фиг.1 представлена структурная схе5 ма устройства; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема тензоусилителя; на фиг.З - конструкция тензодатчика; на фиг.4

-конструкция раздражающего эпектрода; на фиг.5 - амплитудно-модулированные ви0 деоимпульсы раздражения поступающие на блок раздражающих электродов; на фиг.б - конструкция тензодатчика в сборе; на фиг.7

-конструкция отводящего электрода; на фиг.8 - принципиальная электрическая схе5 ма модулятора высокочастотных импульсов и детектора и фильтра; на фиг,9 - иллюстрация преобразования радиоимпульса в видеоимпульс с помощью детектора и фильтра; на фиг. 10 - иллюстрация фазовой разности

0 между раздражением, биопотенциалами и механическим движением стопы: на фиг.11

-структурная схема прототипа; на фиг.12 - иллюстрация регистрации временного сдвига реакции Д у прототипа.

5 Устройство для исследования нервно- мышечной системы содержит формирователь 1 стимулирующих импульсов, блок 2 раздражающих электродов, усилитель 3 биопотенциалов, отводящие электроды 4, регистратор 5, блок б питания, блок 7

задержки, датчик 8 интенсивности движения кнопку 9 включения, усилитель 10, элемент захвата 11, пружина 12 растяжения, диск 13, тензодзтчик 14, кронштейн 15, генератор 16 модулированных импульсов, модулятор 17 высокочастотных импульсов, детектор и фильтр 18. ограничители 19, основание 20, болты 21, паз 22. Животное (кошка) располагается на основании 20. Оголенный спинной мозг путем ламинэкто- мии, т.е. удаления мышц спины и мозговых оболочек подготавливается к эксперименту. Отводящие электроды 4 располагаются следующим образом. На поверхности мозга располагается активный электрод (слева), а под кожей крепится индифферентный электрод (фиг. 1). Блок 2 раздражающих электродов располагается на оголенном нерве (например, подколенном). Нерв крепится в пазах (фиг.4) на серебряных шинах и прижимается к шинам с помощью крышки путем закручивания винта. Ведро животного фиксируется ограничителями 19. Элемент 11 захвата располагается на дистальном конце стопы и через пружину 12 растяжения соединяется с диском 13. который прижимает дисковый тензодатчик 14 перпендикулярного действия силы к кронштейну 15(фиг.1). С помощью регулировочного болта 21 устанавливается начальное натяжение пружины. Кронштейн 15 крепится непосредственно на основании 20. Нижний конец пружины 12 растяжения крепится к диску 13 и проходит через центральное отверстие тензодатчика 14 и через отверстие в кронштейне 15. Регистратор 5 трехканаль- ный и может быть использован типа Н-327- ЗП. Тензодатчик 14 представляет из себя резиновый цилиндр с выемкой по окружности (фиг.З). В выемку укладывается констан- танов-ый провод в виде двойной бифилярной намотки. Обмотка тензодатчика 14 в сборе (фиг.6) содержит 4 или 8 отдельных тензодатчиков, показанных на фиг.З. Обмотка тензодатчика 14 включается в качестве сопротивления Р в одно из плеч электрического моста усилителя 10 (фиг.1 w 2). С выхода детектора и фильтра 18 снимается серия амплитудно-модулированных видеоимпульсов раздражения (фиг.5). Блок задержки 7 соединяется с блоком 2 раздражающих электродов через генератор модулированных импульсов 16, модулятор высокочастотных импульсов 17 и детектор и фильтр 18. Активный электрод отводящего электрода 4 выполнен в виде усеченного наконечника, к верхнему концу которого подпаивается провод, заканчивающийся штеккером (фиг.7). Индифферентный электрод отводящего электрода 4 выполнен в виде серебряного диска, обшитого марлей. Марля смачивается раствором Рингера. К диску подпаивается провод, заканчивающийся штеккером. Модулятор высокоча- 5 стотных импульсов 17 выполнен в виде предварительного генератора, собранного на транзисторе Тр и колебательном контуре I2C2, и выходного каскада, собранного на мощной генераторной лампе типа ГУ-29 и 0 колебательного контура ЫбСеС (фиг.8). Выходной каскад выполнен по 2-х тактной схеме. Необходимость использования мощной генераторной лампы типа ГУ-29 вызвана тем, что для активации самых

5 высокопороговых нервных волокон требуются мощные выходные видеоимпульсы, которые получаются на выходе этой лампы. Детектор и фильтр 18 выполнены на диодном мостике Д. емкости Сд и резисторе Р

0 (фиг.8). Датчик интенсивности движения 8 представляет из себя тензодэтчик 14 перпендикулярного действия силы (фиг.З и 6) расположенный между прижимным диском 13 и кронштейном 15. Тензодатчик при рас5 тяжении пружины 12 натяжения прижимается диском 13 к кронштейну 15. Под действием приложенного усилия со стороны стопы происходит изменение сопротивления тензодатчика 14.

0 Устройство для исследования нервно- мышечной системы работает следующим образом. При нажатии кнопки 9 включения

5 напряжение поступает на блок 7 задержки и через определенное время поступает на генератор модулированных импульсов 16. Выходной импульс поступает на обмотку

0 запуск модулятора высокочастотных импульсов 17 (фиг.1 и 8). Генератор на транзисторе Тр возбуждается и генерирует радиочастотные колебания частотой 30 мгГц, которые отводятся катушками связи

5 h и з. Высокочастотные колебания поступают на управляющие сетки генераторной лампы ГУ-29 и возбуждают мощные колебания в анодной цепи. Напряжение 400 В в положительной полярности поступает через

0 дроссель Др в анодную цепь. Мощные радиочастотные колебания блока 17 преобразовываются етектором и фильтром 18 в мощные видеоимпульсы (фиг.9) с амплитудной модуляц ей по синусоидальному закону

5 (фиг.5). Мощные видеоимпульсы с выхода блока 18 поступают на блок 2 раздражающих электродов и вызывают возбуждение нерва (например, подколенного} Потенциал действия нервного ствола поступает в спмнной мозг, преобразовывается сенсорной системой яресмкаптического торможений м регистрируется отводящими электродами 4. Усиленнее биоусилителем 3,

биопотенциалы спинного мозга регистрируются нэ регистраторе 5, который был предварительно приведен в действие нажатием кнопки 9 включения. Одновременно на второй канал регистратора 5 поступает модули- рованный сигнал раздражения с выхода блока 16. В результате одновременно на всех трех каналах регистрируется сигнал раздражения (второй канал), рефлекторные ответы нервного центра (третий канал) и двигательного аппарата (первый канал). Сравнивая время нарастания сигналов до максимального значения, можно определить фазовую разность огибающей регистрируемых процессов, фиг,10, а также производить расшифровывание строения еще неизученных сложных структур управления и коррекции спинного мозга. Измеряя время начала регистрации раздражающих сигналов и рефлекторных ответов нервных центров и мышц, можно определить латентные параметры. По величине лзтентности и фазовым соотношениям можно сделать вывод о строении нервных центров и нервных механизмов спинного мозга и изучить эти механизмы. Использование в качестве раздражающих видеоимпульсов позволяет изолировать объект исследования в пунктах стимуляции от земли и резко снизить помехи. Применение мощных видеоимпульсов позволяет исследовать как механизмы торможения, так и механизмы растормаживания спинного мозга. Использование тензодатчика 14 пер- пендикулярн ого действия силы значительно упрощает конструкцию системы преобразования механического усилия в электрический сигнал (блоки 12-15), .Наличие блока задержки 7 позволяет включать регистратор 5 с упреждением по отношению к пояз- лению импульса раздражения на выходе генератора 16 модулированных импульсов, что позволяет стабилизировать скорость движения ленты регистратора 5 к началу момента регистрации сигналов.

Эффект от применения устройства для исследований нервно-мышечной системы состоит в том, что с его помощью можно исследовать наиболее оптимальные режимы управления двигательным аппаратом. В частности, меняя нагрузочный режим, можно определить частоты раздражения, вызывающие наибольший амплитудный размах движения. Это позволяет установить оптимальные нагрузки, соответствующие раз- личным частотам управления. Кроме того перерезав спинной мозг (нервный ствол)

можно определить влияние регуляторных аппаратов спинного мозга на режим движения. Можно также установить, каким образом регуляторные аппараты спинного мозга оказывают демпфирующее влияние на двигательный аппарат. Отводя потенциалы до- рзальной поверхности, можно проследить, как осуществляется трансформация команд управления в нейронных каналах связи и как эта трансформация сказывается на режиме движения.

Формула изобретения

I

+f

рг JA

PS

-3M

Кпсрвопу каналу регистратора У

Фиг.2

Резиновый каркас

I

С&ребряные шины

Фиг.4J

Констан- тановая проволока

Фиг.З

Ппастпас- совый корпус

Желай дая нерва

Фиг. 5

вы ход к усилителю W ериг. 6

Штеккер

и.

Ин дифферент- 1

НЫУ

электрод

Пра&од

Серебряный л наконечник. CepeSряныидиск

V

Яорля

Фиг,7

Фиг 8

Мнт/льс с выхода ffffQKa W (генератор модулированных инпульсов)

уэ - tL столы

к блоку разлра- fop I жасвих элзктродов

Радиомуш „

ruuuuuityiy

с выхода ЯокаП ffinffuaomop бысо

инпульсой)

Фиг. 9

Фиг, ГО

Г

tpecrrtq. мехам

ft&fyffjire//

т

А Г

pt/2ff

Mejr0#i/v. реамция