专利名称：适用于磁共振设备中的测力计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测力计以及用于纟喿作测力计的方法，所述测力计尤其适用于在磁共振(MR)设备中检查测试人员或患者。尤其 地，在医疗诊断和运动科学的领域中需要执行所述检查。
背景技术：
锻炼不同肌肉群是运动医学和心血管医学领域中用于4企查肌 肉机能经常使用的方法。被称作31P-MRS方法(磷-31核》兹共振波 谱法)的是适合的4企查方法，在该方法中，在》兹共振i殳备中局部地 测量受刺激肌肉中的血流量。因此，可量化地测量月几肉中的能量代 谢物(诸如磷酸肌酸、无机磷酸盐或三磷酸腺苷)。借助于31P-MRS 方法，还可以记录锻炼小腿肌肉时的能量代谢物。最初，当锻炼肌 肉至某一禾呈度时石粦酸月几酸减少，直到月几肉中的供氧升到4义通过氧4b 代谢就可满足增加的能量需求这样的程度。在这种情况中，磷酸肌 酸分解(breakdown)达到平#^状态。如果由于供血血管中的狭窄 导致血流量(以及因而导致供氧)不能增加到满足需求时，磷酸肌 酸会逐渐减少。由于许多部件必须用非4失,兹金属和/或木材或塑津+材料制造以 使装置可以以无伪差(artefact-free )方式操作且正确地发挥作用(例 如，在》兹共振断层X光:^聂影装置中)，因而测力计在强石兹场中的使 用是有问题的。另外，用于测量装置参数(诸如力和行程(travel)) 的传感器和缆线必须-皮设置成4吏它们不会造成测量伪差。此外，还设定驱动装置(例如，可为踏板)运动而必须要克服的阻力。而且， 在测力计运4亍时，如果可在测量过禾呈中^殳定、测量、或计算(并因 而调节)功输出的话，将是有益。当使用测力计时，测试人员或患 者在设定的频率下克服预定的阻力，其中踏板的偏斜角和摩4察力也 起到重要的作用。频率通常是由节拍器给出的，并且力是借助于压电(piezo)才支术测量的。在市场上可购得的在;兹场外部才喿作的测力 计中，在运行过程中，如果测试人员未保持频率或倾斜角时，借助 于适合的电子或机械装置通过反馈控制系统自动地重新调节力设 定值。仅当这种反馈控制系统正常工作时，使用测力计才有意义。 当前在市场上可购得的适用在MR "i殳备中的测力计不包括这样的反 々贵控制系统。而且，在市场上可购4寻的测力计中，由于驱动装置运 动过程中的摩擦阻力使得测量结果以非线性方式被篡改(falsified )， 因而不能可靠:l也计算出测量i吴差。发明内容因此本发明的目的是l是供一种改进的测力计，和/或改进的测力 计装置，其优选克力良了以上所述的缺点。该目的通过本发明权利要求中描述的特征得以实现。本发明基于以下基本概念提供一种尤其适用于在磁共振设备 中检查测试人员或患者的测力计。为了设定活塞/气缸的阵列运动， 测试人员或患者必须在驱动装置上施加可预设的特定的力。这基本 上会4吏得活塞和气缸相对于4皮此移动。用以克力良活塞/气缸阵列所带 来阻力所需的力是可控制或可调节的，在驱动装置的运动中尤为如 此。这可通过专业人员人工地进行或借助于例如来自指令电脑程序 的适当指令来进行，其中，所述指令基本上基于测得数据的评估。
优选地，所述电脑程序也自动地控制该操作。优选地，力的范围由 专业人员人工;也 文变，之后在相应的范围内自动i也调节。由于在本 发明中摩擦损失已最小化为可忽略的数值，测试人员对功输出或性 能的评估是非常简单的。通过至少在相对运动过程中，在活塞/气缸 阵列中的活塞与气缸之间提供緩冲垫(优选为气垫)可基本上避免 摩擦损失。冲全查测力计中使用的所有部件在MR i殳备中的适用性，并且测 力计优选由非铁磁性材料(诸如塑料或木材)构成，而且还仅由不 会在各个部件上造成金属磨损的工具对其进4于加工。由活塞/气缸系统的意义上的气动系统产生必须;陂克月l的或祐: 施加在驱动装置上以将其i殳定在运动中的阻力或力。除压缩空气 (其为优选的)之外，还可使用所有类型的流体。优选地，使用可 压缩的流体。活塞一皮构造成使得窄气垫形成在活塞与气缸之间，该 气垫使得摩擦减小到在功输出的计算中可将其忽略不计的程度。空 气罐i殳在压缩空气入口与气缸之间，以<吏可在<壬<可时间(甚至是在 测量过程中)无才及地控制和调节空气压力。电脑控制的控制系统优 选用于该用途，在形成法拉第笼的MR设备的外部操作所述控制系 统。因此，为了不影响测量结果，在MR管的内部或靠近于MR管 不存在电子器件。控制模块包括压力传感器和压力调节器以及具有 合适软件的电脑。具体可通过气釭中的压力、活塞潜没到气缸中的深度以及脚底 (plantar)弯曲的频率来调节训练月几肉的功输出。活塞潜没到气缸 中的实际深度是测量得到的，这将在实施例的描述中更详细地进行 解释。频率是由提供不同频率的节拍器给出的，从而测试人员或患 者在:^喿作测力计时应跟随节拍器的节拍。除频率和空气压力以外， 活塞潜没到气缸中的深度最好也是无极可变的。合适的程序基于设
定参数计算在期望的功输出(以瓦特或瓦特数为单位)下的各种参数。在作为踏板测力计的测力计另 一优选实施例中，测试人员或患 者优选在测量过程中面朝上躺下，用两条带子将其脚部缚于踏板。 而且，在小腿区域和肩膀处设置辅助的带固定件以避免运动伪差。 上月支的固定件可调节为患者的身长，以-使得脚底弯曲可分别进4亍到 预定停止点和膝关节的完全伸展。测量线圏直接放置在待测量的肌 肉或肌肉群下方，优选放置在小腿的肌肉下方。为了使得测量结果 最佳，将小腿放在测量线圏的中间以使得小腿与测量线圈之间的距 离最小。优选地，为了使用测量信号的位于小腿下方中心处的强度 并因而减少测量时间，仅测量一条小腿。由于不会有来自于第二条 小腿的测量伪差影响结果，因此这是更有利的。测力计的另一优选实施例是臂测力计，其中，臂测力计的机构 与踏板测力计的机构相对应。取代腿部肌肉，将待测量的臂肌肉(例 如上臂或前臂肌肉)放在相对于测量装置的适当位置中。在本实施 例中，测试人员或患者可处于立姿、坐姿或躺姿中。
在下面描述中，将参照附图基于示例性优选实施例描述本发明。图1示出了^4居本发明的装置的实施例的示意图；图2a示出了根据本发明装置的活塞/气缸阵列的实施例的示意图2b示出了根据本发明装置的活塞/气缸阵列的实施例的示意 '性截面图；以及图3示出了借助于根据本发明装置的旋转角轮和弯曲梁测量距 离的实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出了用作5餘板测力计1的测力计的优选实施例的示意性 透视图。测力计1的部件包括非铁磁性材料以允许在MR装置中使 用测力计。在底^反2上，驱动装置(在作为，著斧反测力计的该优选实 施例中为踏板3)基本上通过一个或一对轴承销4滑动地设有夹具 5,其中夹具5牢固地附于底4反2。驱动装置才艮据待测量的身体部位 或待训练的肌肉而改变，并优选被设计成当驱动装置偏斜时使得待 测量或待诊断的肌肉必须已被训练。例如，驱动装置可被设计成使 得基本上所期望的肌肉或肌肉群已通过已知训练方式得以训练，所 述已知训练方式诸如蝶泳、卧推、双臂屈伸、坐式高拉背训练、腿 伸直、大腿后屈运动、腿内收运动、举腿(leg pressing)和/或拉力 胸前十字交叉(cable cross )。因而，驱动装置的其它实施例是例如 从重量训练中得知的手柄、环和其它装置。优选地，待测量的月几肉 基本上静止i也平访文在测量单元或测量线圈上。因此例如，在，l^反测 力计的情况中，踏板3从踝关节处操作以便于保持小腿尽可能静止 在测量线圈的顶部上。驱动装置优选可附于待测量的测试人员或患 者身体部位的中心，以使得由设在测量线圏固定器6中的测量线圏 才是供的结果尽可能地准确(concise )。气动活塞/气缸阵列7 i殳在驱 动装置(诸如踏板3)与底板2上的夹具之间，以使得当测试人员 或患者偏移驱动装置时，活塞20相对于气缸21移动。活塞/气缸阵 列7的气动施加的压力构成了测试人员或患者操纵踏板3时的阻力 或力。3喬板3优选包括止挡件，用于保护活塞20免于撞到气缸21 的底部上。因此，可避免对于活塞/气缸阵列7的损坏。 在用作臂测力计的根据本发明测力计的另 一优选实施例中，利 用待测量的臂的肌肉来操作测力计。待测量的肌肉以与结合踏板测 力计所述的方式相4以的方式#皮定^f立。活塞/气缸阵列7的气动施加的压力是从连接于气缸21的压缩 空气入口供应的。优选地，空气罐8被设在测力计1与压缩空气入 口之间。空气罐8被设计成使得在活塞/气缸阵列7处施加的空气压 力可通过控制装置(下面将更详细地进行描述)被控制或被调节， 并且还确保当驱动装置(例如，踏板3)偏斜时不会由反压力产生 高或短期载荷峰值。待施力p的力在50 N至900 N的范围内、或在 100N至800N的范围内、或在200N至700N的范围内、或在300 N至600 N的范围内，并且对于健康的测试人员来说优选约为600 N，而对于有问题的身体部位的移动受限制的患者来说优选约为300 N。测力计l优选包括控制装置，其传感器和附随的包皮电缆可,皮 设置在磁共振设备的检查室中。控制装置的电子控制部位于磁共振 设备的检查室的外部。控制装置调节活塞/气缸阵列7处的空气压 力，进而调节施加在活塞20上的压力，该压力构成测试人员或患 者为使驱动装置(例如，踏板3)偏斜所需施加的力。该控制装置 优选包括用于控制和/或处理已采集数据的电脑和电脑程序。由设在活塞20处的一个或几个传感器才丸行待施加在驱动装置 的力的测定，所述传感器将机械变形转换为电信号或电阻改变。优 选地，应变指示器23用于该用途。在应变指示器的区域中，活塞/ 气缸阵列7的活塞20的直径小于气缸导向中的。而且，至少在应 变指示器的区域中，活塞20可为中空的。在优选实施例中，活塞 20的弹'性才莫凄tJ里想i也为3,000 N/mm2。
尤其是在运行期间，将驱动装置或踏板3设定为运动所需的阻 力或力可被控制或调节。阻力或力可基于测试人员或患者的诊断过 程中测得的信号被自动或电地调节或例如被人工地控制。此外，活-波此移动时在它们之间形成气垫。由于该气垫的存在， -使得摩纟察阻 力变为可忽略不计的，因此测定4直相当禾呈度地更为4青确。活塞/气缸 阵列7在活塞20与气缸21之间包4舌0.02 mm至0.05 mm之间的间 隙、或0.03 mm至0.05 mm之间的间隙、或0.02 mm至0.04 mm之 间的间隙、或0.03 mm至0.04 mm之间的间隙，优选;也，该间隙大 约为0.035 mm。此外，在作为踏板测力计的优选实施例中，提供了固定件，诸 如用于测试人员的脚、小腿和肩膀的带固定件，所述固定件也可被 调节至测试人员或患者的身长。在作为臂测力计的另 一优选实施例中，提供了相应的固定件， 例如，所述固定件用于测试人员或患者的手或前臂。为了测量驱动装置的运动距离，包括至少一个应变指示器的碳 弹簧(carbon spring )平行于气压缸21而i更置。因此，关于驱动装 置的运动(例如，踩踏运动)的结论可以是其为应变指示器的输出 信号的函数。碳弹簧被设刮 数，并且弹簧在该弹簧行程的范围内操作图2a示出了活塞/气缸阵列7的示意图，并且图2b示出了该活 塞/气缸阵列7的截面图。优选地根据经受检查的是患者还是测试人 员，可借助于适配器22在上述范围内改变由测试人员或患者施加 的力的范围。所述改变是通过〗吏用环绕活塞20的适配器22将直径 适应于气缸中的活塞牢固地附于气缸21或活塞20而#1行的。优选 地，适配器22一皮S走柠于所述部位。
图3示出了借助于旋转角轮32和弯曲梁31测量距离。当驱动 装置偏斜时，弯曲梁31偏斜并且驱动装置行进的距离被确定。为 此目的，旋转角轮32附于用作轴线的偏心转动销34，并且旋转角 專仑32由于驱动装置(例如，踏j反3)的偏杀牛而移动，进而佳:得弯曲 梁31偏斜。这样， 一端牢固地附于固定装置30的弯曲梁31偏斜。 至少一个应变指示器33被设在弯曲梁31处，从而将弯曲梁31的 变形转变为电信号。本发明还包括组合了以上所述不同实施例的特征的实施例。
权利要求
1.一种测力计，尤其用于在磁共振设备中检查测试人员或患者，所述测力计包括至少一个驱动装置，基本可移动地设置；至少一个气动活塞/气缸阵列(7)，其中，所述驱动装置设置在活塞(20)或气缸(21)处以实现移动，并且所述活塞(20)与所述气缸(21)之间气动地施加的压力构成由所述测试人员或患者偏移所述驱动装置所需的阻力或力，其特征在于，尤其在运行过程中，用于设定所述驱动装置运动的所述阻力或力可被控制或调节。
2. —种测力计，尤其用于在》兹共振i殳备中4全查测试人员或患者， 所述测力计包>^:至少一个驱动装置，基本可移动地i殳置；至少一个气动活塞/气缸阵列(7)，其中，所述驱动装置 -没置在活塞(20)或气缸(21 )处以实现移动，并且所述活塞 (20)与所述气缸(21 )之间气动地施加的压力构成由所述测 试人员或患者偏移所述驱动装置所需的阻力或力，其特征在于，所述活塞(20)和所述气釭(21)的尺寸^皮制定为^吏得 成气垫。
3. 根据权利要求1所述的测力计，其中，基于诊断所述测试人员或患者的过程中来自反馈 回3各的测得信号，自动或电子地调节或控制所述阻力或力。
4. 根据权利要求1 、 2或3所述的测力计，其中，所述驱动装置为，l^反(3)或手柄。
5. 根据权利要求4所述的测力计，其中，所述测力计进一步包括 用于测试人员或患者的脚部、小腿和肩膀的带固定件。
6. 根据权利要求4或5所述的测力计，其中，用于所述测试人员的肩膀的所述带固定件可^皮调 节至所述测试人员的身长。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，所述活塞/气缸阵列(7)在所述活塞(20)与所述 气缸(21 )之间包4舌至少0.02 mm且至多0.05 mm的间隙。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，所述测力计的所述部件包含非4失,兹性材冲牛。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，所述驱动装置包括止挡件，所述止挡件保护所述 活塞(20)免于撞到所述气缸(21)的底部上。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，通过测量所述气釭(21)中的或所述压缩空气入 口中的空气压力来确定待施加到所述驱动装置的力。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，通过所述活塞处的至少一个应变指示器来确定待 施加到所述驱动装置的力。
12. 根据权利要求11所述的测力计，其中，在所述应变指示器的区域中所述活塞的直径小于 所述气缸导向中的。
13. 才艮据权利要求11所述的测力计，其中，至少在所述应变指示器的区域中所述活塞(20) 是中空的。
14. 才艮据前述4又利要求中4壬一项所述的测力计，其中，所述活塞(20 )的弹性模数理想地为3,000 N/mm2。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，利用石灰弹簧来才丸4亍所述驱动装置的移动距离的测 量，所述碳弹簧包括平行所述气压缸而设置的至少一个应变指 示器。
16. 根据权利要求15所述的测力计，其中，所述碳弹簧被设计成 使其在较长弹簧行程中显示出弹性常数，并且所述弹簧在所述 范围内操作。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，所述距离是 借助于弯曲梁(31 )确定的，所述弯曲梁由于驱动装置的移动 而偏杀牛。
18. 根据权利要求17所述的测力计，其中，旋转角轮(32)牢固 地附于用作轴线的偏心转动销(34),并且所述旋转角4仑4皮设 置得-使其由于所述驱动装置的偏杀+而移动，进而〗吏得所述弯曲 梁(31 )偏斜。
19. 才艮据4又利要求17或18所述的测力计，其中，所述弯曲梁(31 ) 的一端借助于固定装置(30 ):被牢固地连4妻并且在与所述固定 装置相距一定3巨离处偏4+。
20. 才艮据;f又利要求17、 18或19所述的测力计，其中，至少一个应 变指示器(33 )设置于所述弯曲梁(31 ),从而所述弯曲梁(31 ) 的变形被转换为电信号。
21. 4艮据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，所述驱动装 置以位于中央的方式附于待测量的测试人员或患者的身体部位。
22. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，通过借助于 环绕所述活塞(20)的适配器(23)改变附于所述气缸(21) 或所述活塞(20)的且直径适应于所述气缸(21 )中的活塞来 改变由所述测试人员或患者所施加的力。
23. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计，其中，对于健康的 测试人员来"i兌，待施加于所述驱动装置的力高达约600N,而 只寸于患者来"i兌-里想i也约为300 N。
24. —种测力计装置，包括才艮据前述权利要求中任一项所述的测力 计，其中，所述装置进一步包括压缩空气入口以及设在所述 压缩空气入口与所述测力计之间的空气罐(8)。
25. 根据权利要求24所述的包括测力计的测力计装置，其中，所述空气罐(8)被设计成使得施加于所述活塞/ 气缸阵列(7)的空气压力可^皮控制或^皮调节，并且确保当所 述驱动装置偏斜时不会由反压力产生高或短期的载荷峰值。
26. 才艮据冲又利要求24或25所述的测力计装置，其中，所述装置进一步包括控制装置，所述控制装置的 传感器和附随的包皮电缆被设置在所述》兹共振设备的检查室 中，并且所述控制装置的电子控制部位于所述》兹共振i殳备的所 述才全查室的夕卜部。
27. 根据权利要求26所述的测力计装置，其中，所述控制装置调节所述活塞/气缸阵列(7)处的空 气压力，进而调节施加在所述活塞(20)上的压力，所述压力 构成观'J试人员或患者为使得所述驱动装置偏斜而必须施加的 力。
28. 4艮据4又利要求26或27所述的测力计装置，其中，所述控制装置包括用于控制和/或处理已采集的数 才居的电脑和电脑禾呈序。
29. —种用于操纵测力计的方法，具体用于操纵磁共振设备中的根 据片又利要求l、 7或8的测力计的方法，包4舌以下步艰钇4是供至少一个可移动的驱动装置；提供至少一个气动活塞/气缸阵列(7)，其包括将所述驱 动装置布置在所述活塞(20)或所述气缸(21 )处，并且通过 操纵所述驱动装置并在所述活塞(20 )与所述气缸(21 )之间 提供气动地施加的压力而产生将由所述测试人员或患者克月良 的阻力或力，其特征在于，尤其在运^f亍过程中，控制或调节用于i殳定所述驱动装置 运动的所述阻力或力。
30. —种用于操纵测力计的方法，具体用于操纵磁共振设备中的根 据4又利要求2、 7或8的测力计的方法，包4舌以下步艰艮提供至少一个可移动的驱动装置；提供至少一个气动活塞/气缸阵列(7),其包括将所述驱 动装置布置于所述活塞(20)或所述气缸(21)，并且通过才喿 纵所述驱动装置并在所述活塞(20 )与所述气缸(21 )之间才是 供气动地施加的压力而产生将由所述测试人员或患者所克月良 的阻力或力，其特征在于，在运4亍过程中或在所述活塞(20)和所述气缸(21 )相 对于4皮此移动时在它们之间形成气垫。
31. 根据前述权利要求中任一项所述的测力计、测力计装置和/或 方法在医疗"^断和运动科学中的^吏用，尤其是用于PNMR方 法。
全文摘要
本发明涉及具体地适用于在磁共振设备中检查测试人员或患者的测力计。该测力计包括基本可移动地设置的至少一个驱动装置以及至少一个气动活塞/气缸阵列(7)。所述驱动装置设置于活塞(20)或气缸(21)，并且活塞(20)与气缸(21)之间气动地施加的压力构成待由测试人员或患者通过操纵驱动装置而克服的阻力或力。设定驱动装置运动(尤其是在操作期间)所需的阻力或力可被控制和/或调节，并且活塞(20)和气缸(21)的尺寸被制定为使得在运行过程中或在它们相对于彼此移动时在它们之间形成气垫。基于在诊断测试人员或患者的过程中来自反馈回路的测得信号可调节和/或自动或电子地控制操纵驱动装置所需的阻力或力。
文档编号A61B5/22GK101163449SQ200680013534
公开日2008年4月16日 申请日期2006年4月20日 优先权日2005年4月20日
发明者安德烈亚斯·格赖纳, 迈克尔·朔克 申请人:迈克尔·朔克;安德烈亚斯·格赖纳