DE8909993U1 - Calf muscle ergometer for NMR spectroscopy - Google Patents

Calf muscle ergometer for NMR spectroscopy

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Description

—&igr;*—···· Nome: Wadenmuskulatur-Ergometer zur NMR-Spektroskopie—&igr;*—···· Nome: Calf muscle ergometer for NMR spectroscopy

Zweck: Abgestufte ergometiische Belastung der Wadenmuskulatur zur gleichzeitigen Messung von 31P - und 1H- Nuklear- Magnetische - Resonanz-Spektren.Purpose: Gradual ergometric loading of the calf muscles for simultaneous measurement of 31 P and 1 H nuclear magnetic resonance spectra.

Aufgabe: In der Nuklear-Magnetischen-Resonanz -Spektroskopie ( NMRS ) werden hohe Anforderungen an die Homogenität des Magnetfeldes gestellt. Daher soll das Ergometer keine metallenen Bauteile sowie etektrisc&s Leitungen enthalten, die durch !ndukticssströme magnetische Stärfelder verursache» können. Weiterhin soll das Ergometer kompatibel zu der NMR- Ganzkörperanlage der Firma Sieff&iis ( Magnetom) und in kurzer Zeit ( max. S min ) auf- \md abbaubar sein. Die anstott'ilsch&fi Abzt-isnngen dar Patienten wis Körpsnluige, FuSgrcße ar.a sollen durch individuelle Einstellung berücksichtigt werden.Task: In nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMRS) high demands are placed on the homogeneity of the magnetic field. Therefore, the ergometer should not contain any metal components or electrical cables that could cause strong magnetic fields through inductive currents. Furthermore, the ergometer should be compatible with the NMR whole-body system from Sieff&iis (Magnetom) and be able to be set up and dismantled in a short time (max. 5 minutes). The patient's specific requirements such as body size, foot size , etc. should be taken into account by individual settings.

Stand der Tesrtjjjifc DL" auf dem medizinischen Cerätemarkt erhältliche;. Ergometer «iftd gj-äB^ütelSs weder &igr;&tgr;&kgr; Uli- o*W leltuagäfei noch baulich für die Verwendung in Gaiizkiirperan!a?en und zur indiv^ue-kn einstellung geeignet.According to the test results, the ergometers available on the medical device market are neither robust nor structurally suitable for use in wheelchairs and for individual adjustment.

Lösung der Aufgabe: Im nachstehenden 1st al.: Konstruktion eines neuen Wadenmuskulatur - Ergometers beschriebe^ -v#lches nurikunststoffteilen besteht und auf einem Magnetom-Patiententisch schneit auf- und abgebaut bzw. individuell eingestellt werden kann.Solution to the task: In the following , the construction of a new calf muscle ergometer is described, which consists only of plastic parts and can be easily assembled and disassembled or individually adjusted on a Magnetom patient table.

Durch die kontratition der Wadenmuskulatur wird bei einer Plantarflexion des Fußes ( Schwenkbev-egung des Fußes mit dem Fußgelenk als Drehachse) ein Gegengewicht um eine definierbare Höhe angehoben und gesenkt. Hierbei kann die Belastung stufenweise durch die Veränderung des Gegengewichtes und die Vorgabe einer Kontraktionshäufigkeit eingestellt werden. Aus dem Produkt von der Anzahl der Hübe pro Zelteinheit v. dem Gegengewicht G, der Hubhöhe Ü ind dem Hebelverhältnis L/l ist die äußere Muskelleistung'berechenbar. Vor. während und nach der Belastung können die entsprechenden Stoffwechselveränderungen mit Hilfe einer Oberflächenspule 9 gemessen werden.Through the contraction of the calf muscles, a counterweight is raised and lowered by a definable height during plantar flexion of the foot (swivel movement of the foot with the ankle as the axis of rotation). The load can be adjusted gradually by changing the counterweight and specifying a contraction frequency. The external muscle power can be calculated from the product of the number of strokes per tensile unit of the counterweight G, the stroke height U and the lever ratio L/l. The corresponding metabolic changes can be measured before, during and after the load using a surface coil 9.

Die mechanische Lösung der Aufgabe besteht in einer Vorrichtung, die aus zwei Hauptgruppen aufgebaut 1st: erstens einem Gegengewichtsträger 1 mit Gegengewichtsbehälter und Umlenkrollen sowie zweitens einer Fußwippe 2. Die Hauptgruppen sind durch zwei Gegengewichtsseile 3 miteinander funktionell verbunden und können auf dem Patiententisch 12 einer Siemens Magnetom-Anlage mit Hilfe von Sonderklemmen 33 je nach Größe des Patienten eingestellt und befestigt werden. ( Fig. 1 und Fig. 2)The mechanical solution to the problem consists of a device that is made up of two main groups: firstly, a counterweight carrier 1 with counterweight container and pulleys and secondly, a foot rocker 2. The main groups are functionally connected to one another by two counterweight cables 3 and can be adjusted and secured on the patient table 12 of a Siemens Magnetom system using special clamps 33 depending on the size of the patient. (Fig. 1 and Fig. 2)

Beschreibung der Anwendung: Die Wirkungsweise des Ergometers besteht darin, daß ein Patient in waagerechter Lage bei gestreckten Beinen durch Kontraktion der zu untersuchenden Wadenmuskulatur mit dem Fuß eine Wippe 22 bewegt, die mit einem einstellbaren Gegengewicht 8 belastet ist und die Anzahl der Fußbewegungen mit einem Hubzähler'festhält. An dem Gegengewichtsträger 1 sind die Umlenkrollen 34.44 und 48 befestigt, die das Gewichtsseil 3 von der waagerechten in dieDescription of the application: The ergometer works by a patient in a horizontal position with his legs stretched out, moving a rocker 22 with his foot by contracting the calf muscles to be examined, which is loaded with an adjustable counterweight 8 and records the number of foot movements with a stroke counter. The deflection rollers 34, 44 and 48 are attached to the counterweight carrier 1 and move the weight rope 3 from the horizontal to the

senkrechte Zugrichtung der beiden Gegengewichte 8 umlenken. Dieser Träger bzw. die Fußwippe 2 werden entsprechend der Körperlänge des Patienten vor dem Kopf bzw. an dem Fußende jeweils mit 4 Sonderklemmen 33 befestigt. Um die Fußwippe an die Fußgröße anzupassen, ist die Fußrolle 23/24 durch Lösen der Kugelschraube &eegr; 27 in der Nute 18 in der Höhe verstellbar. Ebenfalls kann die Drehachse der Wippe durch Lösen der Kugelmuttern 54-und Verstellen der Achsbolzen IS in der Kite 17 mit der Fußgelenksachse annähernd zur Deckung gebracht werden. Dadurch sind sowohl als blamedhaniäc!« virke&ilsn Drehmomente des Fußes und der Fußwippe als auch die Gewichtsbelastuag und die Muskelkraft zueinander proportional. vertical pulling direction of the two counterweights 8. This support or the foot rocker 2 is fastened in front of the head or at the end of the foot with 4 special clamps 33, depending on the length of the patient. In order to adapt the foot rocker to the size of the foot, the height of the foot roller 23/24 can be adjusted by loosening the ball screw 27 in the groove 18. The axis of rotation of the rocker can also be brought approximately into line with the ankle axis by loosening the ball nuts 54 and adjusting the axle bolts IS in the kite 17. As a result, both the effective torques of the foot and the foot rocker as well as the weight load and the muscle power are proportional to one another.

Die Hubhöhe des Gewichtes ist durch Festlegung des maximalen Drehwinkels &bgr; in einem optimalen Winkelbereich von 50° - 80 über die Begrenzungs seile 21 und 56 so gewählt, daß die winkelabhängige Kraftübertragung nur bis zu 1OX von der maximalen Kraftübertragung abweicht. Als Gegenhalt, für die von der Wippe abstossende Reaktionskraft während einer Kontraktion, dienen zwei Handgriffe 4, die über individuell verstellbare Haltebänder 5 mit der Drehachse der Fußwippt verbunden sind. Entsprechend der gewünschten Belastung sind die Gegengewichte mit einer Masse von 0.5 Kg bis 25 Kg variierbar. Dies entspricht bei einer Hubfrequenz &ngr; von 1 Hz, einer Hubhöhe H von 10 cm und einem maximalen Hebelverhältnis L/l von 2:1 einem einstellbaren Leistungsbereich von 1-52 Wate. Während einer Fußbewegung wird durch Drehung der Umlenkrolle 41 der Schalthebel 42 über den Anschlagbolzen 39 mitgenommen und dadurch der Hubzähleroei jedem vollständigen Hub um eine Einheit erhöht. Im Rücklauf schleift der Schalthebel ohne Schaltwirkung an dem Zähler vorbei. Die Hubhöhe der Gegengewichte 8 kann an der Skala 46 mit dem Markierstrich 47 kontrolliert werden.The lifting height of the weight is selected by setting the maximum angle of rotation β in an optimal angle range of 50° - 80 using the limiting cables 21 and 56 so that the angle-dependent force transmission only deviates by up to 1 OX from the maximum force transmission. Two handles 4, which are connected to the axis of rotation of the foot rocker via individually adjustable straps 5, serve as counterhold for the reaction force repelling the rocker during a contraction. The counterweights can be varied with a mass of 0.5 kg to 25 kg depending on the desired load. With a stroke frequency v of 1 Hz, a lifting height H of 10 cm and a maximum lever ratio L/l of 2:1, this corresponds to an adjustable power range of 1-52 watts. During a foot movement, the switching lever 42 is driven over the stop bolt 39 by turning the deflection roller 41, thereby increasing the stroke counter by one unit with each complete stroke. During the return stroke, the switching lever drags past the counter without any switching effect. The lifting height of the counterweights 8 can be checked on the scale 46 with the marking line 47.

Zum leichteren Ein- und Ausbau des Ergometers in die Nuten des Patiententisches sind die Sonderklemmen 33 etwa 15 mm kürzer als die Tischnuten. Hierdurch können die Sonderklemmen mit den Fußplatten tfOund 50 senkrecht in die Nuten eingeführt und durch Verschieben bis zum Anschlag in die Spannstellung gebracht werden.To make it easier to install and remove the ergometer from the grooves of the patient table, the special clamps 33 are about 15 mm shorter than the table grooves. This means that the special clamps with the foot plates tfO and 50 can be inserted vertically into the grooves and brought into the clamping position by sliding them as far as they will go.

Alle Einzelteile, einschließlich Schrauben und Hubzähler sind aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff. Sie sind daher entsprechend der nötigen Festigkeit dimensioniert und zusammengesetzt.All individual parts, including screws and stroke counters, are made of electrically non-conductive plastic. They are therefore dimensioned and assembled according to the necessary strength.

In den vorliegenden Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 6 ist jeweils die Einstellung zur Messung der linken Wade dargestellt. Zur Belastung der rechten Wade wird die Fußrolle aus dem linken Zwischenraum 58 In den rechten Zwischenraum S9 montiert. In the drawings Fig. 1 to Fig. 6, the setting for measuring the left calf is shown. To load the right calf, the foot roller is mounted from the left gap 58 into the right gap S9.

Der Vorteil des Wadenmuskulatur-Ergometers besteht in der abstufbaien Belastung der Wadenmuskulatur bei individueller Einstellung auf Patienten während gleichzeitig stattfindender Spektroskopie-Messungen in einem NMR-Ganzkörpersystem. Die biochemischen Muskelstoffwechselverätiderungen können so in Abhängigkeit von dynamischer und statischer Muskelarbelt verfolgt werden.The advantage of the calf muscle ergometer is the gradual loading of the calf muscles with individual adjustment to the patient while simultaneously taking spectroscopy measurements in an NMR whole-body system. The biochemical muscle metabolism changes can thus be monitored depending on dynamic and static muscle work.

Flg. 1 : Seitenansicht des kompletten Ergometers mit Oberflächenspule l) und Patientenbein Fig. 1 : Side view of the complete ergometer with surface coil l ) and patient leg

Flg. 2 : Ansicht von oben auf die gesamte Vorrichtung mit den Händen und Beinen eines Patienten Fig. 2 : Top view of the entire device with the hands and legs of a patient

Flg. 3 : Seitenansicht der Fußwippe in den beiden Endstellungen mit maximalem Drehwinkel &bgr; Fig. 3: Side view of the foot rocker in the two end positions with maximum angle of rotation &bgr;

Flg. 4 : Ansicht der Fuftwippe von vorne
Flg. S : Frontansicht des Gewichtsträgers mit Gewichten
Flg. 6<: Ansicht von oben auf den Gewichtsträger Fig. 4: Front view of the foot rocker
Flg. S : Front view of the weight carrier with weights
Fig. 6<: Top view of the weight carrier

Zusammenstellung der Positionen:Summary of positions:

1 Geyengewlchtsträger komplett1 Geyen weight carrier complete

2 Fußwlppe komplett2 foot rocker complete

3 Gegengewlchtssell3 Counterbalance

4 Handgriff4 Handle

5 Halteband mit Verst ti !schlaufe5 Retaining strap with reinforcing loop

6 Scliwenköse6 Scliwenköse

7 Geyenyewlchlsmasse 0 Gegengewicht7 Geyenyewl mass 0 Counterweight

9 Oberflächenspule9 Surface coil

10 Zentrum der Spule10 Center of the coil

ti Empfindliches Meßvolumenti Sensitive measuring volume

12 Patlententlsch12 Patients

13 Patient13 Patient

14 Drehachse der Fußwippe14 Rotation axis of the foot rocker

15 Achsbolzen15 axle bolts

16 Lagerständer16 storage racks

17 Nute fllr Achsbolzen IS17 Slot for axle bolt IS

18 Nute fUr Rollenachse18 grooves for roller axle

19 Sellun.lenkrolle 2&OHgr; Verbindungsleute19 Sellun.steering roller 2&OHgr; connecting people

21 Begicnzunessell21 Beginzunessell

22 Fußwippe22 Foot rocker

23 RollfMiaclise23 RollfMiaclise

24 Fußrolle24 Foot roller

25 Montagehllfebohrung25 Mounting hole

26 Montagestlft26 Assembly tools

27 Kugelschraiibe27 Ball screw

20 Lagerschraube20 bearing screw

29 Zwlsclienschelbe29 Zwlsclienschelbe

30 Patlententlschnute30 patient snouts

31 Nute fUr Patlententlschlelste31 slots for patient release lock

32 Achse fllr Sonderklemmung32 axis for special clamping

33 Sonderklemmung33 Special clamping

34 Seilumlenkrolle34 Rope pulley

35 Lagerschraube35 Bearing screw

36 Gegengewlcht.sständer ( links )36 Counterweight stand (left)

37 Verbindungswinkel37 connecting angles

30 Gegengewichtsständer ( rechts )30 Counterweight stand (right)

39 Anschlagstift39 Stop pin

40 Schalthebelachse40 Shift lever axle

41 Seilumlenkrolle41 Rope pulley

42 Schalthebel42 gear lever

43 Hubzahler43 stroke counter

44 Seilhaken44 rope hooks

45 Tragband des Gegengewichtes45 Counterweight carrying strap

46 Skala zur Kontroll« der Hubhöhe46 Scale for checking the lifting height

47 Marklerstrich47 Marklerstrich

48 Sellumlenkrolle48 Sellum pulley

49 Achsbolzen49 Axle bolt

50 Grundplatte des Gegengewlchtsträgers50 Base plate of the counterweight carrier

51 Sellbefestlgungsschraube51 Seat fixing screw

52 Sellbefestlgungsschraube52 Seat fixing screw

53 Sellbefestlgungsschraube53 Seat fixing screw

54 Kugelmutter54 Ball nut

55 Kugelschraube55 Ball screw

56 Begrenzungsseil56 Boundary rope

57 Patlententlschlelste mit Nute57 Patlent lock with groove

58 Fußrollenraum links58 Castor space left

59 Fußrollenraum rechts59 Castor space right

60 Grundplatte60 Base plate

Claims (1)

&bull; · il ·&bull; · il · SchutzensprUchesProtection claim Anspruch 1 : Wadenmuskulatur-Ergometer dadurch gekennzeichnet, daß es aus Kunststoff besteht, daß eine schwenkbare Fußwippe 22 mit zwei Gegengewlchtss«Jen 3, die über die Seilumlenkrollen 34 und 48, die drehbar an zwei Gegengewichtsträgern 1 angebracht sind, mit den Gegengewichten 8 fest verbunden ist, und die Schwenkbewegung in eine meßbare senkrechte Hubbewegung der Gegengewichte umgelenkt, und die Anzahl der Hübe mit einem Hubzähler 43 festgehalten wird. Claim 1 : Calf muscle ergometer characterized in that it consists of plastic, that a pivoting foot rocker 22 with two counterweights 3, which are firmly connected to the counterweights 8 via the cable deflection rollers 34 and 48, which are rotatably attached to two counterweight carriers 1, and the pivoting movement is deflected into a measurable vertical lifting movement of the counterweights, and the number of strokes is recorded with a stroke counter 43. Anspruch 2 : Wadenmuskulatur-Ergometer nach Anspruch i dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Schwenkbewegung der Fußwippe 22 durch Einstellen der Länge der Begrenzungsseile 21 und 56 veränderlich ist. Claim 2: Calf muscle ergometer according to claim 1, characterized in that the size of the pivoting movement of the foot rocker 22 can be changed by adjusting the length of the limiting ropes 21 and 56. Anspruch 3 : Wadenmuskulatur-Ergometer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Hubzähler 43 durch ein Schleppen des Schalthebels 42 nur in eine Richtung betätigt wird. Claim 3: Calf muscle ergometer according to claim 1, characterized in that the stroke counter 43 is actuated by dragging the switching lever 42 in only one direction. Anspruch 4 : Wadenmuskulatur-Ergometer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenachse 23 in der Nute 18 und der Lagerbolzen 15 in der Nute 17 verstellbar sind. Claim 4 : Calf muscle ergometer according to claim 1, characterized in that the roller axis 23 is adjustable in the groove 18 and the bearing bolt 15 is adjustable in the groove 17. Anspruch 5 : Wadenmuskulatur-Ergometer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenköse 6 durch ein in der Länge verstellbares Halteband 5 und Handgriff 4 zur Aufnahme der Rückstoßkraft kraftschlUssig verbunden sind. Claim 5: Calf muscle ergometer according to claim 1, characterized in that the pivoting eyelet 6 is connected in a force-locking manner by a length-adjustable retaining strap 5 and handle 4 for absorbing the recoil force.
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