前庭功能实验设备

前庭功能实验设备是能分别以直线加速度、角加速度、科里奥利加速度或此数者之组合，严格按一定强度、方向和持续时间刺激人体前庭器官的实验设备。用于前庭功能研究、飞行人员医学选拔与鉴定、飞行错觉及运动病的防治等工作中。
巴兰尼(Bárány)转椅于1907年问世，至今仍是检查前庭功能的基本设备。以后在此基础上不断有所创新和发展。尤其是随着各种高性能飞行器的出现，空间定向障碍和运动病问题愈加引起重视，前庭功能实验设备的种类乃日益繁多，性能日趋完善，用途也更加广泛。理想的实验设备应具有以下性能：
❶能精确控制动态性能并记录各种参数及生理心理反应。
❷可准确固定受试者在设备上的位置，特别是头部相对于旋转轴的位置，以控制前庭器官受刺激的部位和受力方向。
❸能产生自低于反应阈限到高出人体耐受范围的各种角加速度值，以及≥180 °/s的角速度值。角速度和角加速度应能精确控制。能由加速旋转平稳过渡到恒速旋转。恒速旋转时，其速度变化应小于反应阈限。
❹设备运转噪声小(<40dB)，能提供严格控制的声、光环境，为研究前庭与其他感受器相互关系创造条件。也可根据需要排除外源性声、光和气流干扰。
❺有足够数量的导电环。导电环要求屏蔽良好，电噪声水平低，接触电阻变化小于0.001Ω。
❻设备接地良好，有在任何转速下均能快速(如0.2～0.3s)停止转动的刹车装置和其他安全装置。
❼摆动型设备应能精确控制摆辐和摆角，具有较短的启动及制动时间。以下列举几种不同类型的设备。
多性能转椅 这种转椅除可产生定值的角加速度和角速度刺激外，还可在绕Z轴旋转的同时，提供头部在额状平面或矢状平面作倾斜运动的条件，使受试者受到科里奥利加速度刺激。有一种转椅的角速度范围为1～225°/s，角加速度为0.0001～90°/s²，在额状面和矢状面的倾斜角均为±45°，倾斜运动速度可变。靠背和脚蹬可调至与水平面平行，备受试者取仰卧位旋转时用。转椅上还可临时装上笼罩，用以研究前庭受刺激条件下的视觉功能。实验时，通过30个导电环记录十几种生理指标和几种物理参数。
离心机型转椅 系将活动座椅安装在能精确控制角速度和角加速度的低矮转台的导轨上，导轨从转台中心向外伸展1m，座椅的朝向、姿态(正位、前后或左右倾斜等)和在导轨上的位置均可调整。受试者身体由安全带固定在座椅上，头部由头托固定在所要求的位置上。座椅也能在一定范围内作摆动运动。因此，可有选择地对指定的半规管和耳石器作单独或复合刺激。例如，座椅距转台中心1m，受试者取端坐姿势，在转台加速旋转阶段水平半规管和耳石器受到刺激，恒速旋转时则只有耳石器受刺激。转台可作顺时针和逆时针方向旋转。最大角速度达300°/s。角加速度为0～20°/s²，而当座椅处在转台中心时则可达40°/s2。转椅装有导电环，供记录用。

图1 离心机型转椅

虚线部分表示可调座椅已被固定于导轨臂架的远端

起落转椅 转椅在绕Z轴旋转的同时还可作上下垂直运动，受试者可端坐或仰卧在座椅上，角速度为1～1620°/s，角加速度为0.01～720°/s²，上下垂直位移范围5～50cm，速度5～50cm/s，线加速度0.2～5m/s²。这种转椅可用于研究前庭对阈下、阈值及阈上刺激的反应以及同时出现垂直方向振动时的前庭反应。
同步逆转转椅 这种转椅系安装在小离心机臂架上（或转台台面的近边缘处）。座椅带有笼罩。工作时，臂架（或转台）和座椅按相反方向同步旋转，使座椅上受试者的面部始终朝向某一固定方向。这样，受试者可不受角加速度刺激，却只受到方向不断变化的径向加速度刺激。本设备用于研究耳石器功能。
视动转椅 座椅安装在可控制倾斜度的底座上，其外罩以直径和高度均为2m左右的圆筒状笼罩，筒内壁绘有黑白相间、宽窄一致的垂直条纹。圆筒和座椅的旋转方向、角速度、角加速度可分别调控。当座椅或圆筒分别旋转或两者同时旋转时，都产生视动刺激。用于研究飞行错觉、前庭与视觉及本体感受器的相互关系，以及进行飞行人员前庭功能训练等。有些视动转椅的笼罩是多边形的，有的利用光投影刺激视觉，有的座椅和笼罩通过万向框架作2自由度的旋转。
秋千转椅 希洛夫(Хилов)1933年最先应用四柱秋千产生的线加速度检查飞行学员前庭功能。六十年代研制成功液压拖动四柱秋千转椅，系于四柱秋千上又安装转椅。主要技术性能是：秋千臂长4m，摆动周期4s，座椅从初始位置摆动到最大升高点(1m)需40s，制动时间60s，座椅转速1～180°/s，旋转方向可逆。秋千和转椅既可单独运转，也可同时运转。受试者可采取端坐或仰卧姿势。使用本设备可分别或合并刺激耳石器、半规管。
慢旋转房 美国海军航空航天医学研究所的大型慢旋转房是一个直径6m，可分隔成若干小室，配备实验仪器和生活设施的房间，安装在长达21m的水平导轨形台座上。台座连同房间由一75千瓦电机带动平稳旋转。利用这种设备，可以产生科里奥利加速度、直线加速度和角加速度，或同时产生这几种加速度作用于人体。当慢旋转房以每分钟1周的转速转动时，对前庭器官只有极微弱影响；以每分钟10周的转速转动时，则相当于处在惊涛骇浪中的前庭刺激。慢旋转房可同时容纳6人连续运转实验一个月，也可用于研究在人工重力条件下长时间生活时的前庭功能等。

图2 慢旋转房

空间定向训练器 是美国空军航空航天医学院在转椅基础上逐步发展成功的设备。以具有四个自由度的动态模拟座舱为例，舱体既能绕自身Z轴作正、反方向旋转，也能沿半径为1.5m的固定圆周轨道运动。座舱还可调成同水平面成±30°，或绕Z轴侧转±90°的位置。座舱内仪表和驾驶杆等与单座喷气歼击机相同。舱体对外遮光。舱外实验者和舱内受试者都能操纵座舱运动。可用于飞行人员错觉体验、仪表飞行训练等。