Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Поболь Игорь Леонидович Сергеенко Сергей Егорович Смягликов Игорь Петрович Татур Вадим Георгиевич Заровская Анна Валентиновна Бродко Вячеслав Георгиевич Мармыш Андрей Геннадьевич Аносов Виктор Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека, состоящий из тензосистемы в виде двух эластичных стелек для правой и левой стоп с тензопреобразователями, устройства обработки и хранения данных, состоящего из двух блоков сбора данных для левой и правой стоп, блока регистрации данных, накопителя информации и устройства для считывания данных с накопителя в компьютер, отличающийся тем, что тензопреобразователи выполнены на основе интегральных чувствительных элементов с твердым центром, на который передается давление стопы, блок регистрации данных имеет разъем для подключения стандартного накопителя информации, а для считывания данных с накопителя в компьютер используется стандартное устройство считывания. 103842014.10.30 2. Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стандартного накопителя информации используется портативная карта памяти -карта для многократной записи и хранения информации. 3. Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стандартного устройства для считывания данных с накопителя в компьютер используется высокоскоростной стандартный интерфейс .(56) 1. Описание системыфирмы,. - , 1996. 2. Патент 33742007. Предлагаемая полезная модель относится к медицинскому приборостроению и предназначена для диагностики и коррекции опорно-двигательной системы человека. Комплекс используется для оценки эффективности и выбора тактики консервативного и оперативного лечения нарушений опорно-двигательного аппарата, выбора и индивидуальной подгонки ортопедических стелек при деформации стоп и позвоночника, диабете,ревматоидных и других заболеваниях суставов нижних конечностей, корректировки осанки и стереотипа ходьбы, оценки функциональности ортопедической коррекции. Известна система с измерительными стелькамифирмы 1 (США),в которой матричные измерительные элементы, выполненные в виде стелек с датчиками давления, соединены с ЭВМ через блок обработки и хранения данных. Недостатком этой системы является малая точность (погрешность измерения не менее 33 ) диагностики опорно-двигательной функции человека. В выходной сигнал каждого отдельно взятого измерительного элемента вносят дополнительную погрешность остальные элементы этой стельки. Кроме того, в системе не предусмотрена возможность исключения из анализа некорректных шагов, например шагов, на которых пациент случайно пошатнулся. Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является комплекс электронно-механический для диагностики патологии стоп 2, состоящий из системы тензопреобразователей (эластичные стельки для стандартной обуви для правой и левой стоп с распределенными по поверхности ячейками с датчиками давления), двух модулей преобразования и первичной обработки информации для правой и левой стоп соответственно,каждый из которых содержит устройство выбора датчиков (входной мультиплексор),масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь и модуль накопления информации и сопряжения с персональной электронно-вычислительной машиной. Модуль преобразования и первичной обработки информации содержит микроконтроллер на базе однокристальной микроЭВМ. Оцифрованные значения, поступающие в микроконтроллер от системы тензопреобразователей, подвергаются цифровой коррекции для устранения конструктивного разброса начальных смещений и крутизны преобразования тензопреобразователей, которые являются следствием некорректных шагов. Датчики давления установлены в ячейках и соединены посредством электрических проводов, а тензопередаточной средой является низкомодульной полимер. Недостаток такой тензосистемы заключается в том, что на выходной сигнал каждого датчика влияет разница степени сжатия низкомодульного полимера в зависимости от расположения нагрузки относительно центра датчика, что вносит погрешность в результат регистрации распределения давления. Вторым существенным недостатком является низкая плотность расположения датчиков из-за необходимости формирования ячеек с низкомодульным полимером, площадь которых должна превышать площадь датчиков не менее чем в 1,5 раза с целью минимизации дополнительной погрешности, вносимой низкомодульным полимером, что ограничивает количество датчиков при уменьшении размера стелек тензосистем, а также минимальный размер стелек. Приведенная погрешность регистрации давления составляет 20 . Недостатком также является сравнительно высокое 2 103842014.10.30 энергопотребления комплекса, обусловленное необходимостью питания каждого датчика током величиной около 1 мА для обеспечения заданной точности регистрации. Задачами полезной модели являются создание диагностического комплекса опорно-двигательной системы человека, позволяющего уменьшить погрешности измерений, расширить размерный ряд стелек за счет увеличения плотности расположения датчиков давления,упростить технологию изготовления тензосистемы и снизить энергопотребление комплекса. Задача решается использованием новой элементной базы для изготовления тензосистем. Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека содержит тензосистему, состоящую из двух эластичных стелек для правой и левой стоп с тензопреобразователями, выполненными на основе интегральных чувствительных элементов с твердым центром, на который передается давление стопы, устройства обработки и хранения данных, состоящего из двух блоков сбора данных (для левой и правой стоп), блока регистрации данных с разъемом для подключения стандартного накопителя информации и стандартного устройства для считывания данных с накопителя в компьютер, причем в качестве стандартного накопителя информации используется портативная карта памяти-карта для многократной записи и хранения информации, а в качестве стандартного устройства для считывания данных с накопителя в компьютер используется высокоскоростной стандартный интерфейс . Чувствительный элемент датчика давления, как и в прототипе, представляет собой мембрану, выполненную из кремния по интегральной технологии. В отличие от прототипа размер мембраны меньше (44 мм по сравнению с 66 мм в прототипе) и имеет твердый центр - концентратор нагрузки, на который передается давление стопы без передаточной среды. Новый чувствительный элемент имеет более высокую чувствительность по давлению и в четыре раза большее сопротивление интегральных тензорезисторов, что, соответственно, снижает потребляемый датчиком ток до 0,2 мА. Это позволяет увеличить плотность расположения датчиков,уменьшить минимальный размер стелек, расширить ряд типоразмеров с трех до десяти, с большей точностью расположить датчики под интересующими с медико-биологической и анатомической точки зрения областями стопы человека, а также снизить не менее чем в два раза (с 20 до 10 ) приведенную погрешность регистрации, повысить надежность и технологичность тензосистем за счет отсутствия низкомодульного полимера и снизить энергопотребление комплекса. От тензосистемы результат измерения передается на устройство обработки и хранения данных, состоящее из двух блоков сбора данных (для левой и правой стоп) и блока регистрации данных с разъемом для подключения стандартного накопителя информации, например портативной карты памяти-карты. Блок регистрации данных содержит дисплей, две клавиши управления комплексом. При помощи клавиш управления и дисплея проводится оценка функционального состояния комплекса и управление им. В отличие от прототипа комплекс использует высокоскоростной интерфейсвзамен 232 у прототипа, а также стандартный дляформат 16-32 для накопителя информации. Это позволяет использовать для считывания данных в компьютер высокоскоростное стандартное устройство для записи и считывания данных с носителя по интерфейсу , что улучшает технические характеристики комплекса, делает комплекс более удобным и гибким для использования, а также более экономичным. На фиг. 1 изображено поперечное сечение чувствительного элемента тензопреобразователя. На фиг. 2 изображена блок-схема комплекса для диагностики опорно-двигательной системы человека. Чувствительный элемент датчика давления 4 представляет собой мембрану 1, выполненную из кремния по интегральной технологии, и имеет твердый центр 2 - концентратор нагрузки, на который передается давление стопы через контактную площадку 3. Комплекс содержит две стельки для левой 6 и правой 7 стоп соответственно. На каждой стельке может располагаться 24 тензопреобразователя 5 (48 в тензосистеме). Стельки соединены соответственно с левым 8 и правым 9 блоками сбора данных, которые подключены к блоку регист 3 103842014.10.30 рации данных 11 с элементом питания 10. Блок регистрации данных 11 имеет разъем для подключения стандартного накопителя информации 12. Стандартное устройство считывания данных 13 передает данные, которые обрабатываются при помощи оригинального программного обеспечения 14, в компьютер. Компьютер не входит в состав комплекса. Комплекс для диагностики опорно-двигательной системы человека работает следующим образом. Система тензопреобразователей 5 на основе интегральных чуствительных элементов с твердым центром 4 (далее тензосистема) выполнена в виде двух отдельных функционально идентичных каналов, вмонтированных в две стельки, левую 6 и правую 7. На каждой стельке может располагаться 24 тензопреобразователя (48 в тензосистеме). Стельки располагаются в обуви пациента и подключаются соответственно к левому 8 и правому 9 блокам сбора данных. Тензосистема преобразует механическое давление стоп в аналоговый дифференциальный электрический сигнал, амплитуда которого прямо пропорциональна давлению на тензопреобразователи. Электронное устройство обработки информации включает следующие конструктивные узлы два одинаковых блока сбора данных (правый и левый), которые закрепляются на голенях пациента и подключаются к блоку регистрации данных 11 посредством шлейфов блок регистрации данных, размещаемый на поясе испытуемого. Блок регистрации данных использует элементы питания 10 с напряжением 4,5 В. Блоки сбора данных проводят последовательный опрос тензопреобразователей тензосистемы, преобразуют аналоговый сигнал от тензопреобразователей в цифровую форму,проводят компенсацию начальных смещений тензопреобразователей и нормируют их коэффициент преобразования. Блоки также проводят автоматическую настройку коэффициентов преобразования тензопреобразователей в процессе градуировки. Откорректированные значения по последовательному каналу связи поступают в блок регистрации данных. Блок регистрации данных содержит разъем для подключения накопителя данных 12 на базе мультимедийнойкарты, представляющей собой энергонезависимый сменный блок памяти большой емкости (от 512 МБ до 1 ГБ) с возможностью перезаписи информации. Данные, получаемые от блоков сбора данных, поступают на накопитель 12. Затем накопитель вставляется в высокоскоростное стандартное устройство считывания данных 13 по -интерфейсу (картридер), которое подключается к -порту компьютера. Так обеспечивается полный доступ (чтение/запись) к накопителю данных. Блок регистрации данных содержит дисплей и две клавиши управления. На дисплее отражается функциональное состояние комплекса готовность к работе, список неисправностей, градуировочные поправочные коэффициенты и значения зарегистрированных данных в бинаром коде, а также рабочий режим, выполняемый комплексом в данный момент времени. Данные о распределении давления по поверхности стелек тензосистемы обрабатываются и анализируются с помощью оригинального программного обеспечения 14. Фиг. 1 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4