FI101037B - Menetelmä nivelten ja niihin liittyvien lihasten toiminnan mittaamisek si - Google Patents

Description

101037

Menetelmä nivelten ja niihin liittyvien lihasten toiminnan mittaamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä nivelten ja 5 niihin liittyvien lihasten toiminnan mittaamiseksi, jossa mitataan elektromyografiällä (EMG) halutun alueen lihasten lihassähköaktiivisuutta.

Erilaisten nivelsairauksien syyt ovat suurimmalta osaltaan tuntemattomia ja niiden toteaminen objektiiviseβίο ti on useimmiten mahdotonta. Esim. lyhytaikainenkin selkäkipu näyttää johtavan vartalon lihastoiminnan laskuun, selän toiminnallisiin häiriöihin ja liikkuvuuden rajoituksiin. Hoidolla pyritään tavallisesti palauttamaan alentunut lihasfunktio ja parantamaan selän toiminnallista suo-15 jaa ja liikkuvuutta, jotta mekaaninen kuormitus ja kipua tuottavat ärsykkeet vähenisivät.

Nivelpotilaita tutkittaessa ja hoidettaessa joudutaan vaivan toiminnallisen tilan muutosta ja haitta-astetta arvioitaessa paljolti turvautumaan siihen vaikutelmaan, 20 joka vastaanottotilanteessa silmämääräisesti syntyy. Lääkärit ovat kautta aikojen subjektiivisesti pyrkineet analysoimaan potilaan toiminnallista haittaa arvioimalla esim. selän liikkeiden vaivattomuutta ja lihaksiston reaktioita. Toiminnallisesta tilasta on pyritty saamaan käsi-25 tys arvioimalla liikkuvuutta ja lihaksiston maksimivoimia. Selkäkipua on pyritty suhteuttamaan myös rangan rakennemuutoksiin ja ääriasennoissa määritettyihin liikerajoihin. Viime aikoina on mitattu vartalon vääntöjen maksimivoimia hoitotoimien tueksi.

30 Em. seikkojen vuoksi luotettava mittaus kivuliaal ta henkilöltä ei ole aivan yksiselitteistä eikä näistä mittauksista saada tietoa normaalitoimintojen sujuvuudesta eikä selän liikkuvuudesta yhtämittaisena tapahtumaketjuna, vaan ainoastaan ääriasentoja voidaan mitata.

35 Julkaisussa US-4,655,227 on esitetty eräs tun- 2 101037 nettu menetelmä. Kyseisessä julkaisussa on kyseessä matemaattisen mallin käyttö, jonka lähtöarvot muodostuvat selän kulmamittausten tuloksista. Eräs toinen tunnettu ratkaisu on esitetty julkaisussa US-4,971,069, mutta siinä 5 puolestaan ei ole yhtäaikaista selän liikkeiden ja lihas-aktiviteetin mittausta. Kolmannessa julkaisussa US-4, 664, 130 puolestaan on esitetty menetelmä, jossa saadaan tietoa vain lantion kallistumasta, mutta kyseisen julkaisun esittämällä ratkaisulla ei voida selvittää, missä suh-10 teessä kyseinen liike on lanneselän liikkuvuuteen. Kyseisten julkaisujen mukaiset menetelmät eivät mahdollista lanneselän liikkeen ja sitä ohjaavan selkälihaksiston reaktioiden välisen yhteyden dokumentointia. Tunnetuilla ratkaisuilla ei ole mahdollista suorittaa täsmällistä analysoin-15 tia ja dokumentointia liikkeen ja lihastoiminnan vuorovaikutuksesta eri nopeuksilla liikkuvien nikamaketjun eri osien välillä.

Aikaisemmin ei siis olla pystytty mittamaan liikkeen ja lihastoiminnan välisiä vuorovaikutuksia ja niiden 20 muutoksia esim. selkäsairauksien, kuten ischiaksen yhteydessä. Kokonaisliikkuvuuden ja lihasvoiman rinnalla vaikuttavaa kolmatta toiminnallisuuden osatekijää, eli motorista taitoa, eli koordinatiivista kykyä, ei ole tähän : mennessä voitu selän osalta mitata juuri ollenkaan.

25 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ni velten ja lihasten liikkeiden mittausmenetelmä, jonka avulla edellä mainitut epävarmuustekijät voidaan suurelta osin eliminoida ja aikaansaada järjestelmä, jossa liikkeiden aikaiset toiminnalliset tapahtumat on muutettavissa 30 yksiselitteiseksi käyriksi ja numeroiksi.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että EMG-mittauksen kanssa samanaikaisesti suoritetaan mainitussa alueessa liikemittauksia ihoon kiinnitettyjen liikeanturien avulla, joiden tuloksia yhdistetään alueen 35 sisällä tapahtuvien liikkeiden selvittämiseksi, verrataan 3 101037 mittaustuloksia ennalta kerättyihin referenssiarvoihin, ja suoritetaan arviointi ko. alueen liikkuvuuden ja lihasten toiminnan häiriintymisestä erityisesti kivun seurauksena, ja että menetelmä on sellainen, että se käsittää vaiheen 5 toimivan lihaksen väsyvyyden määrittämiseksi lihassähkö-signaalin taajuussisällön muutoksien perusteella.

Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan nämä selän liikkeen aikaiset toiminnalliset tapahtumat muuttaa tiedoksi, jonka käsittely pelkästään havainnoimalla saa-10 tuun vaikutelmaan ja/tai sanalliseen kuvaukseen nähden on yksiselitteistä. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan samanaikaisesti seurata lihasten supistusvaihtelua ja selän liikkeen eri osatekijöitä, niiden määrää, nopeutta ja lihastoiminnan astetta ja ajoittumista liikkeeseen nähden.

15 On osoittautunut, että näissä tekijöissä on terveiden ja selkäsairaiden välillä suuria eroja, joiden aste voidaan määrittää mittaamalla. Toiminnallinen häiriö riippuu kudosten kipusignaalien ja hälytysmekanismien voimakkuudesta sekä liikkuvuuden muutoksista. Keksinnön avulla saatua 20 mittaustietoa voidaan käyttää potilaan tilan kuvaukseen ja muilla menetelmillä saadun tutkimustiedon täydennykseksi hoitotoimenpiteistä ja/tai esim. vakuutusasioista päätettäessä. Lisäksi potilaaseen kohdistettujen hoitotoimenpiteiden vaikutusta voidaan seurata ja mitata keksinnön mu-25 kaisella menetelmällä. Keksinnön mukainen menetelmä ei kuitenkaan ole diagnoosimenetelmä, vaan tapa kerätä tietoa diagnoosia varten. Diagnoosin ja hoitotoimenpiteiden suoritus kuuluu lääkärille, joka perustaa päätöksensä usean eri havaintomenetelmän perusteella, johon aina kuuluu po-30 tilaan tunnusteleminen ja haastatteleminen, ja jotka menetelmät eivät muodosta osaa nyt kyseessä olevasta keksinnöstä.

Keksinnön muille edullisille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaa-35 timuksissa on esitetty.

4 101037

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisesti selän liikkeitä mittaavia antureita, 5 kuvio 2 esittää selän liikkuvuutta terveellä ja selkävaivaisella henkilöllä, kuvio 3 esittää selkälihaksien tasasuunnattuja EMG-käyriä terveellä ja selkävaivaisella henkilöllä, ja kuvio 4 esittää kuviota 3 vastaavat EMG-raakasig-10 naalien käyrät.

Kuviossa 1 on esitetty ristiluun 1 liikkeitä jatkuvasti rekisteröivä anturi 2 (esim. kulma-anturi) kiinnitettynä esim. teipillä henkilön ristiluun kohdalle. Vastaavasti toinen jatkuvatoiminen anturi 3, joka voi olla 15 liike- tai kiihtyvyysanturi, on kiinnitetty haluttuun sel-käkohtaan 4, tässä tapauksessa lannerangan yläosaan. Anturi 3 mittaa kiinnityspisteensä 4 kokonaisliikettä ylävartalon alueella. Vähentämällä anturin 3 mittaamasta liikkeestä ristiluuanturin 2 mittaama liike, saadaan jatkuvana 20 prosessina selville selkärangan mekaaninen toiminta kehon eri asennoissa (a - c) anturien välisellä osuudella, tässä tapauksessa lannerangan alueella.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaista menetelmää varten kehitetyn laitteen avulla saatua käyrästöä, 25 jossa vasemmanpuoleinen käyrästö A esittää terveen ja oikeanpuoleinen selkävaivoja potevan henkilön selän liikkuvuutta. Vaakasuuntainen akseli on aika-akseli ja pystyakselilla esitetään liikkeen laajuus. Kuten kuviossa 1 on esitetty, toteutetaan tässä selän taivutus- ja ojennussyk-30 Iin seurantaa lanneselän alueella mittaamalla liike samanaikaisesti ristiluun (käyrät 5a ja 5b) ja lanneselän yläosan (käyrät 6a ja 6b) alueella. Näiden liikkeiden erotus 7a,7b edustaa lanneselän taipumaa (venytysastetta, jos on käytetty venymäanturia) normaaliasentoon, eli pystyasen-35 toon nähden; myös liikenopeudet voidaan määrätä halutuilta 5 101037 alueilta.

Samanaikaisesti, kun mitataan kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti selän liikkuvuutta, mitataan keksinnön mukaisesti sinänsä tunnetulla tavalla esimerkkitapauksessa lanneselän 5 lihastoiminta elektromyografian (EMG) avulla. Tämä tehdään käytännössä kiinnittämällä EKG- tai vastaavan tyyppisiä heikkoja sähkövirtoja mittaavia antureita potilaan iholle, lihasten päälle. Kuviossa 3 on esitetty (kuvapuoliskot A ja B kuten kuviossa 2) rekisteröityjen EMG-signaalien talo sasuunnattujen verhokäyrien, elektromyografien, muodossa lihasten sähköinen aktiviteetti taivutus- ja ojennussyklin aikana. Vaaka- akselilla juoksee aika ja pystyakselilla EMG-signaalien teho. Havaitaan terveellä henkilöllä lihaksen supistuminen 8a ja 9a taivutuksen ja vastaavasti ojen-15 nuksen aikana, sekä niiden välillä selvä relaksaatiovaihe (rentoutuminen) 10a. Käyrästöön laite on myös piirtänyt kuviota 2 vastaavat lanneselän kokonaisliikkuvuuskäyrät 12a ja 12b, jotka voidaan verrata näiden käyrien ajoittuminen lihassupistuksiin nähden, esim. kohdissa 11a ja 11b. 20 Keksinnön eräs sovellutusmuoto käsittääkin vaiheen, jossa selän taipumisarvot ja vastaavat lihassähkösignaalit muodostavat keskenään vertailukelpoisen kokonaisuuden ajoittumisen kannalta.

Havaitaan, että terveeltä henkilöltä mitattu käy-25 rästö poikkeaa selvästi alaselän kipua potevan henkilön käyrästöstä lihassupistusten generoimassa EMG-signaalissa (kohdat 8b ja 9b) , rentoutumisvaiheen 10b pituudessa ja tasossa, ja supistusten ajoittumisessa (11b) liikkeeseen nähden. Lisäinformaatiota lihasten toiminnasta saadaan 30 tutkimalla EMG-raakasignaalit sellaisenaan aika-amplitu-diakselilla (kuvio 4) . Signaalien taajuussisällön (esim. nopean Fourierin muunnoksen FFT avulla) määrityksellä voidaan tarkasti luonnehtia lihassolujen toiminnallisen tilan muutosta ja väsyvyyttä. Käyttämällä useampia mittauskana-35 via voidaan keksinnön mukaisella menetelmällä verrata eri 6 101037 selkälihasosien toimintaa. Kuvion 4 A-signaali on mitattu hyvin aktivoituvasta terveestä lihaksesta, ja B-signaali toimintahäiriöisestä lihaksesta selkävaivan yhteydessä. Havaitaan, että vaikka amplitudi molemmissa signaaleissa 5 saattaa olla samansuuruinen, paljastuvat taajuussisältöön liittyvät erot signaalikäyrissä myös silmin nähtävällä tavalla, eli EMG-signaaliin vaikuttavien terveiden ja toimivien lihassolujen suurempi lukumäärä näkyy selvästi. Keksinnön mukaisen menetelmän puitteissa on myös mahdollista 10 määrittää toimivan lihaksen väsyvyyden lihassähkösignaalin taajuussisällön muutoksien perusteella.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on siten mahdollista em. käyriä muodostamalla ja tutkimalla varmistaa mittaustulosten korrelointi keskenään ja potilaasta tehty-15 jen havaintojen kanssa siten, että keksintö muodostaa luotettavan tiedonkeruumenetelmän lihaskiputapausten diagnoosi- ja seurantamenetelmää varten. Keksinnön mukainen menetelmä ja sitä toteuttamaan rakennettu laitteisto soveltuu siten selkäpotilaiden tutkimusta ja hoitoa harjoittavien 20 laitosten rutiinivälineeksi. Menetelmän suoritusta ja mittaustulosten tulkintaa voidaan nopeuttaa ja helpottaa siten, että tietokone automaattisesti tulkitsee mitattuja arvoja ja käyriä ja suhteuttaa ne normaalimateriaalin vas-Ϊ taaviin arvoihin. Eri käyrät voidaan tulostaa sellaise- 25 naan, taulukoituna tai normaalikäyrästön päälle piirrettyinä .

Asiantuntijajärjestelmää muistuttavasti käyrät voidaan mitattujen poikkeamien perusteella varustaa sanallisin kommentein. Tällainen järjestelmä on laajennettavis-30 sa mittamaan ja huomioimaan myös muita signaaleja, ja sillä voidaan yhdistää eri mittausten tulokset halutuiksi vertailutuloksiksi, esim. mittaussignaalien ajoittumisen, taajuussisällön, amplitudin jne. suhteen.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri 35 sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerk- 7 101037 keihin, vaan että ne voivat vapaasti vaihdella jäljempänä esitettyjen patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä keksintö soveltuu lihasten toiminnan ja liikkeen tarkkailuun missä tahansa osaa kehoa ja myös eläimissä, jossa tarvit-5 tavat mittaukset ovat mahdollisia ja tarkoituksenmukaisia tehdä.

Claims (4)

101037

1. Menetelmä nivelten ja niihin liittyvien lihasten toiminnan mittaamiseksi, jossa mitataan elektromyogra- 5 fiällä (EMG) halutun alueen lihasten lihassähköaktiivi-suutta, tunnettu siitä, että EMG-mittauksen kanssa samanaikaisesti suoritetaan mainitussa alueessa liikemittauksia ihoon kiinnitettyjen liikeanturien (2, 3) avulla, joiden tuloksia yhdistetään 10 alueen sisällä tapahtuvien liikkeiden selvittämiseksi, verrataan mittaustuloksia ennalta kerättyihin re-ferenssiarvoihin, ja suoritetaan arviointi ko. alueen liikkuvuuden ja lihasten toiminnan häiriintymisestä erityisesti kivun seu-15 rauksena, ja että menetelmä on sellainen, että se käsittää vaiheen toimivan lihaksen väsyvyyden määrittämiseksi lihassähkö-signaalin taajuussisällön muutoksien perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että tarkkailtava alue on lanneselän alue.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, ' tunnettu siitä, että lanneselän liikettä eli tai vutusta ja ojentamista mitataan lannerangan yläosaan (4) 25 ja ristiselkään (1) sijoitettujen liikeanturien (2, 3) de-tektoimien liikkeiden erotuksena koko liikkeen ajalta.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheen selän taipumisarvojen ja vastaavien lihassähkösignaalien 30 muodostamiseksi keskenään vertailukelpoisiksi ajoittumisen kannalta. 101037