УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАВЫКОВ ХОДЬБЫ У ДЕТЕЙ С ДЕТСКИМ ЦЕРЕБРАЛЬНЫМ ПАРАЛИЧОМ И С ЗАБОЛЕВАНИЯМИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR FORMING MOTOR SKILLS OF WALKING IN CHILDREN WITH INFANTIAL CEREBRAL PALSY AND WITH DISEASES OF THE LOCOMOTOR SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к такой области медицины как физиотерапия, а именно к приспособлениям, помогающим ходить пациентам или людям с ограниченными возможностями в движении, и может быть использовано, например, для обучения ходьбе и/или реабилитации детей с диагнозом детский церебральный паралич (ДЦП) и заболеваниями опорно-двигательного аппарата.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство [RU2131232С1, опубл. 10.06.1999] для физиотерапии детского церебрального паралича путем формирования начальных пассивных двигательных навыков ходьбы у ребенка, содержащее детский комбинезон с левой и правой стопой, в который ребенок помещается в передний «комбинезон», навешиваемое спереди на плечи физиотерапевта. Физиотерапевт при ходьбе может руками осуществлять ребенку синхронные принудительные движения рук или ног, характерные для ходьбы.
К недостаткам устройства можно отнести то, что во-первых, при его использовании возможно ограничение функциональных возможностей (непригодность для выработки у пациента активных двигательных навыков ходьбы и двигательных навыков согласованного движения между руками и ногами), во-вторых возможна скованность движений за счет сложного конструктивного решения - наличие в конструкции 17 деталей и в третьих - возможно применение только под конкретный размер, рост и вес (индивидуальный) одного пациента.
Известно устройство для физиотерапии детского церебрального паралича путем формирования двигательных навыков ходьбы у ребенка [RU2272609 C2, опубл. 27.03.2006], которое содержит детский комбинезон с левой и правой стопой, а также дополнительно содержащее взрослый комбинезон, выполненный со стопами, имеющими верхние части для ног ребенка, причем взрослый комбинезон на верхней части каждой стопы снабжен приспособлением для фиксации одноименной, левой и правой, стопы детского комбинезона, в области каждой голени установлен фиксатор для крепления одноименной голени детского комбинезона, а в области плечевого пояса размещены нагрудные ремни для поддержки в выпрямленном состоянии туловищной части детского комбинезона, при этом рукава детского комбинезона снабжены наружными, в области запястья, стержнями, с помощью которых физиотерапевт во взрослом комбинезоне осуществляет ручное управление маятникообразным движением рук ребенка в детском комбинезоне.
К недостаткам данного устройства можно отнести, во-первых, длительный интервал одевания и снятия комбинезона (составляет 30-40 мин), во-вторых при использовании возможно нарушение стереотипа движения верхних конечностей, который осуществляется маятникообразным движением рук ребенка тренером-терапевтом. Устройство состоит из системы ремней, выполненных из полипропилена, что при длительном использовании приводит к натиранию и соответственно не регулярным тренировкам. А при длительных тренировках может привести к усилению влияния шейного тонического симметричного рефлекса.
средства
Ближайшим техническим решением является устройство для формирования двигательных навыков ходьбы у детей с детским церебральным параличом (ДЦП) и с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, раскрытое в [RU2698987 C1, 02.09.2019), включающее  для фиксации ребенка к взрослому человеку и возможности осуществления одновременной локомоции взрослого и ребенка; при этом упомянутые средства содержат щитки с рукоятками, выполненные с возможностью их закрепления на передней поверхности бедра каждой ноги взрослого человека, и поясничный пояс взрослого, выполненный с возможностью его соединения со щитками; причем перпендикулярно к свободным концам рукояток при помощи разъемного соединения прикреплены навстречу друг другу ручки, при этом концы ручек выполнены с возможностью установки на них съемной защитной цепочки.
К недостаткам известного вышеописанного устройства можно отнести то, что:
- во-первых, набедренные щитки и пояс выполнены «мягкими» и не ортопедической формы (покрывают менее 80% бедра), т.е. не повторяющими рельеф тела человека, что приводит к неравномерной нагрузке на всю конструкцию, а при длительном использовании к некомфортному состоянию взрослого человека; также значительная часть нагрузки ложится на рукоятки, что приводит к быстрому выходу ее из строя;
- во-вторых, в устройстве не предусмотрена индивидуальная регулировки под параметры конкретного ребенка (по росту ребенка, длине рук ребенка и ширине плечевого пояса);
- в-третьих, ручки, предназначенные для ребенка, установлены только в одном положении, исключая варианты хвата;
- в-четвертых, фиксация на взрослом осуществляется при помощи ремней и не имеет жесткой конструкции (крепления), набедренные щитки постоянно сползают с ног взрослого человека, что приводит к постоянной остановке тренировочного процесса;
- в-пятых, при расположении ручек навстречу друг другу, основное давление на кисть приходится на возвышение большого пальца, что приводит к дискомфорту и усталости кистей рук ребенка; при этом кисть испытывает значительное давление и вибрации.
Таким образом, существует потребность в создании усовершенствованного устройства для выработки активных двигательных навыков ходьбы и двигательных навыков согласованного движения рук и ног у пациентов с ДЦП и с заболеваниями опорно-двигательногоаппарата с более легкими формами заболевания.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основу изобретения поставлена задача разработки усовершенствованного тренировочного устройства для формирования двигательного стереотипа у пациентов с дефицитом локомоторных функций нижних и верхних конечностей.
Техническим результатом является повышение продолжительности, эффективности, безопасности и комфортности, а также уменьшение трудоемкости и сложности физиотерапии детей с детским церебральным параличом и нарушениями опорно-двигательного аппарата.
Еще одним техническим результатом является возможность управления органами и функциями в организме человека сигналами от головного мозга, реализуемого в виде двигательных взаимодействий анализаторных систем и познавательных процессов.
И еще одним техническим результатом является возможность регулирования частоты, длины шагов и темпа ходьбы за счет демонстрации изображения на покрытии поверхности, по которой ходит взрослый и ребенок.
Поставленная задача достигается тем, что, как и известное предлагаемое устройство для формирования двигательных навыков ходьбы у детей с детским церебральным параличом и с заболеваниями опорно-двигательного аппарата включает набедренные щитки, выполненные с возможностью закрепления их на каждой ноге взрослого человека и поясничный пояс взрослого, соединенный со щитками, при этом на каждом щитке установлены рукоятки с ручками для хвата ребенка.
Новым является то, что набедренные щитки и поясничный пояс для взрослого выполнены ортопедической формы (формы повторяющей анатомический рельеф соответствующей части тела взрослого человека), причем набедренные щитки и пояс соединены между собой специальным шарниром, обеспечивающим устойчивость (стабилизацию) упомянутых рукояток, которые установлены на щитках с возможностью их регулировки по высоте и длине относительно места крепления.
При этом набедренные щитки выполнены с возможностью их закрепления, как с левой, так и с правой стороны бедра каждой ноги взрослого.
Предпочтительно, что набедренные щитки и пояс выполнены из термопластичного материала, придающего им жесткость, например, выполнены из вспененного ПВХ пластика.
Кроме того упомянутые рукоятки имеют эргономичную форму: состоят из двух частей, каждая из которых, выполнена из куска цельной трубы: одна основная часть, параллельная горизонтальной плоскости, одним концом закреплена на набедренных щитках, при этом другой ее конец выполнен изогнутым вверх под углом; и вторая часть, закреплена на конце первой, перпендикулярно ей, таким образом, чтобы концы второй части одной рукоятки были направлены навстречу концу второй части другой рукоятки и параллельно ребенку, что обеспечивает возможность установки на них упомянутых ручек, обращенными в сторону ребенка и возможности удобного захвата ребенком.
При этом ручки установлены на концах второй части рукояток с возможностью их перемещения и фиксации по ширине плечевого пояса ребенка.
Причем для формирования двигательного стереотипа у пациентов с дефицитом локомоторных функций нижних и верхних конечностей, устройство содержит лазерный модуль, представляющий собой два лазера, расположенных на концах рукояток по направлению движения.
Дополнительно для управления лазерным модулем оно содержит WiFi Bluetooth модуль, который располагают на задней части ортопедического пояса.
К эргономичным рукояткам (их второй части) крепятся ручки с фиксирующим кольцом.
Одним из преимуществ предлагаемого технического решения является отсутствие фиксации ребенка к взрослому человеку, так как при фиксации ребенка возможно нарушение стереотипа движения (ходьбы) ребенка.
Специальные ортопедические набедренные щитки с рукоятками, с возможностью закрепления с левой и справой стороны бедра каждой ноги взрослого человека и ортопедический пояс для взрослого, с системой шарнирной фиксации с набедренными щитками, дает ребенку возможность точного и стабилизированного движения.
Можно продолжительно заниматься в этом тренажере (предлагаемом в настоящем изобретении устройстве), что не приводит к утомляемости родителей и самого ребенка, и находиться постоянно под контролем взрослого. Тренажер может быть приспособлен для наиболее удобной и безопасной работы исходя из физической особенностей ребенка.
Отсутствуют неудобные ремни, к которым закреплен ребенок в известном техническом решении (прототипе), что в свою очередь обезопасит от натирания. А для взрослого человека (родителей) предлагаемое устройство позволит находиться в естественном положении (вертикальном). За счет выполнения пояса ортопедической формы нагрузка более равномерно распределяется на поясницу.
За счеткольцевой фиксации ручек (ручки крепятся с эксцентриком (стяжка) и фиксирующим кольцом) на второй части эргономичных рукояток (прямой трубы) под углом 90 градусов во внутрь, т.е. обращенными  к ребенку возможно изменение положения рук по ширине и более равномерное распределение нагрузки на кисти и предплечья ребенка.
Ортопедические набедренные щитки и пояс для взрослого имеют гладкую, полукруглую форму для предотвращения потертостей кожного покрова тренера (взрослого) при эксплуатации для обеспечения оптимальной биомеханики.
Большое значение при ходьбе имеет согласованное движение верхних и нижних конечностей, так называемая "перекрестная координация", при которой вынос вперед правой ноги сочетается с выносом вперед левой руки, и наоборот. Перекрестная координация уменьшает вращательные движения туловища.
В предлагаемом устройстве для формирования двигательного стереотипа у пациентов с дефицитом локомоторных функций нижних и верхних конечностей, осуществляется также за счет лазерного модуля, представляющего собой два лазера, расположенные на первой части прямой трубы параллельной горизонтальной плоскости, на конце - изогнутой формы.
Для усиления эффекта и создания системы управления органами и функциями в организме человека сигналами от головного мозга, реализуемого в виде двигательных взаимодействий анализаторных систем и познавательных процессов, происходит демонстрация изображения на покрытии поверхности, по которой ходит взрослый и ребенок. Ребенок видит это изображение, и делает шаг в сторону изображения. Тем самым, мы можем регулировать длину шага, его скорость, закреплять речевые, логопедические знания и тренировать зрительные анализаторы. Управление лазерами осуществляет WiFi Bluetooth модуль, который запускает http сервер, к которому можно подключаться с любого устройства, например, телефона, имеющего браузер.
Предлагаемое в настоящем изобретении тренировочное устройство для формирования двигательного стереотипа у пациентов с дефицитом локомоторных функций нижних и верхних конечностей, предназначено для выработки шагового автоматизма в вертикальном положении, восстановления полноценного шага, рефлекса ходьбы у детей с проблемами центральной нервной системы и множественными нарушениями опорно-двигательного аппарата (ОДА) с раннего возраста.
Методика передвижения на тренировочном устройстве - построена на принципе экзоскелета.
Движение начинается с движения ноги взрослого, за счет чего происходит вынос руки ребенка вперед-вверх, и ребенок противоположной ногой делает шаг вперед и т.д.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ПОЯСНЯЕТСЯ ГРАФИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ
На фиг. 1 приведен чертеж общего вида заявляемого устройства.
На фиг. 2 приведен чертеж ортопедических набедренных щитков: а) вид с боку, б) вид спереди.
На фиг. 3 приведен чертеж ортопедического пояса для взрослого: а) вид спереди, б) вид с боку.
На фиг.4 приведен чертеж крепления, используемого для закрепления на набедренном щитке эргономичных рукояток с возможностью их регулировки по высоте и длине.
На фиг. 5 приведен внешний вид возможного для использования в настоящем изобретении крепления (фиг.4) типа WAKE.
На фиг. 6 приведен чертеж вида сбоку рукоятки для ребенка.
На фиг. 7 приведен чертеж общего вида ручки с фиксирующим кольцом и эксцентриком (стяжка) для ее перемещения на конце рукоятке.
На фиг. 8 приведена схема биомеханики движения ребенка при помощи лазерной модуля.
На фиг. 9 приведен общий вид расположения ребенка и взрослого при использовании предлагаемого устройства.
На фиг. 10 приведен вид используемого лазерного модуля.
На фиг.11 приведен вид используемого ESP32 WiFi Bluetooth модуля.
На фиг. 12 приведена структурная схема работы аппаратного обеспечения для осуществления тренировочного процесса.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
с
Предлагаемое устройство (фиг. 1 - фиг. 7) содержит: 1 - ортопедический пояс для взрослого; 2 - ортопедические набедренные щитки для взрослого; 3, 4 - шарнир (KINESIO шарнир универсальный); 5, 6 - эргономичные рукоятки; 7 - ручки; 8 - крепления эргономичных рукояток, с функцией регулировки их по высоте и длине; 9 - текстильная застежка для ортопедического пояса для взрослого; 10 - текстильные застежки для набедренного щитка для взрослого; 11 - отверстие для крепления шарнира; 12 - полукольцо D-образное для крепления текстильной застежки 9; 13 - мето крепления лазерного модуля; 14 - алюминиевая направляющая для перемещения по высоте с помощью крепления 8 эргономичной рукоятки 5 и 6; 15 - эксцентрик для фиксации ручки к эргономичной рукоятке; 16 - фиксирующее кольцо для регулировки ручек 7.
Ортопедические набедренные щитки 2 для взрослого выполнены из вспененного ПВХ пластика (164мм/190мм/5мм); направляющую 14 изготавливают из алюминиевой трубы PN 25 мм (фиг. 2) длиной 150мм; ортопедический пояс 1 для взрослого выполняют из вспененного ПВХ пластика (110 мм/980мм/5мм); для закрепления пояса и щитков 2 на бедре используют текстильные застежки (9 и 10) марки Velcro 50мм - одну для пояса (фиг. 3) и по две застежки для каждой ноги взрослого (фиг. 2); отверстия 11 для крепления на поясе 1 шарниром 3 и 4 выполняют диаметр 5мм; полукольцо D-образное 12 для застежки 9 выполняют из металла диаметром 3мм, шириной 50мм; в качестве крепления 8 используют крепления типа WAKE (фиг. 4 и 5); ручку 7 изготавливают из алюминиевого сплава (труба) диаметром 25мм, длинной 100мм; фиксирующие кольцо выполняют диаметром 25 мм; эргономичные рукоятки 5 и 6 имеют изогнутую форму со стороны крепления ручек под углом 27 градусов.
Эргономичные рукоятки 5, 6 и ручки 7 для ребенка изготавливают из цельной алюминиевой трубы PN 25 мм, например, алюминиевые трубы в соответствии с ГОСТ 18482-79, ГОСТ 18475-82, ГОСТ 23697-79. Алюминиевая труба обладает физико-химическими характеристиками, а именно прочность, износостойкость, упругость. Рукоятки выполнены, состоящими из двух частей: первая часть (прямая труба) с концом, загнутым вверх под углом 27 градусов, и второй части (прямой трубы), крепящейся перпендикулярно к концу изогнутой части под углом 90 градусов во внутрь.
Создание систем управления органами и функциями в организме человека сигналами от головного мозга, реализуемого в виде двигательных взаимодействий анализаторных систем и познавательных процессов в предлагаемом устройстве для формирования двигательного стереотипа у пациентов с дефицитом локомоторных функций нижних и верхних конечностей, осуществляется за счет лазерного модуля с коллимирующей линзой и токограничивающим резистором: (не показаны): два лазера красных 5 мВт, 3 вольта, длина волны: 650 нм (фиг. 10) [https://kulibin.su/catalog/radiodetali/svetodiody/drugoe_1/lazer-5v-650nm-5mvt-diametr-6mm-krasnyy.html?r1=yandext&r2=&ymclid=16216752856578340194700001].
Лазерный модуль, представляет собой два лазера, располагаемые на конце первой части каждой рукоятки.
Управление осуществляет ESP32 WiFi Bluetooth модуль (фиг.11), который располагают на задней части ортопедического пояса в корпусе для РЭА, размеры 80х120х56мм, тип корпуса прямоугольный материал пластик АБС (не показан).
Структурная схема работы аппаратного обеспечения показана на фиг. 12, где TL-1 - телефон; ESP32 - микроконтроллеров с низким энергопотреблением, представляющей собой систему на кристалле с интегрированным Wi-Fi и Bluetooth контроллерами; http сервер -протокол передачи данных; Power Bank - внешний аккумулятор; timer - в заданный момент времени выдающий определенный сигнал, либо включающий/выключающий изображение на лазерных модулях.
Устройство работает следующим образом.
Шаг 1. Тренер-терапевт (взрослый) надевает на себя специальные ортопедические набедренные щитки 2 и пояс 1 (фиг.1 и 6).
Шаг 2. Взрослый закрепляет пояс 1 и набедренные щитки 2 на левую и правую ногу при помощи текстильных застежек (фиг. 3).
Шаг 3. Далее взрослый фиксирует эргономичные рукоятки 5 и 6 слева и справа (регулируя их по высоте до 15 см и длине вперед и назад до 20 см с помощью крепления 8).
Шаг 4. Затем ручки 7 регулируются c помощью эксцентрика 15 и фиксирующего кольца 16 на рукоятках по ширине плечевого пояса ребенка до 10 см влево и вправо, для удобного хвата ребенка (фиг. 9). Ребенка располагают между эргономичными рукоятками 5 и 6 и тренером-терапевтом (фиг. 9). Ребенок держится за ручки 7.
Далее осуществляется настройка (калибровка) лазерного модуля под длину шага ребенка.Для усиления эффекта и создания системы управления органами и функциями в организме человека сигналами от головного мозга, реализуемого в виде двигательных взаимодействий анализаторных систем и познавательных процессов, происходит демонстрация изображения на покрытии поверхности, по которой ходит взрослый и ребенок. Ребенок видит это изображение, и делает шаг в сторону изображения. Управление лазерным модулем осуществляет ESP32, который запускает http сервер, к которому можно подключаться с любого устройства (телефон TL-1), имеющий браузер, и выбирать какие настройки установить. Тем самым, можно регулировать длину шага, его скорость, закреплять речевые, логопедические знания и тренировать зрительные анализаторы (фиг. 8).
Далее начинаются плавные шаговые движения ногой взрослого человека (тренером-терапевтом), к которым привыкает ребенок. Тренер-терапевт дает предупреждающую команду идти вперед, и начинает идти вперед, с соблюдением мер предосторожности. Перемещения осуществляются по закону «перекрестной координации», при которой вынос вперед правой ноги тренера-терапевта сочетается с выносом вперед левой руки ребенка, и наоборот и все это сопровождается демонстрацией изображения на поверхности по которой шагает ребенок и взрослый.
Нагрузка всегда должна быть на ортопедические набедренные щитки и поясничный пояс тренера-терапевта, к которому зафиксированы эргономичные рукоятки для ребенка. Ребенок не должен висеть на тренировочном устройстве, а пробовать совершать шаговый движения самостоятельно, пробовать стоять, при этом начать ощущать безопасность и испытывать защищенности.
Предлагаемое устройство позволяет по сравнению с известным устройством (прототипом) расширить лечебные функциональные возможности устройства, повысить эффективность, безопасность и комфортность, а также уменьшить трудоемкость и сложность физиотерапии детского церебрального паралича и детей с нарушениями опорно-двигательного аппарата. Ребенок (пациент) чувствует себя не только более безопасно, но и более комфортно и заинтересованно, эффективность обучения и/или реабилитации возрастает. В отличие от известных устройств предлагаемое устройство позволяет вырабатывать двигательные навыки координированных движений рук и ног, обеспечивая при этом синхронность движения противоположных рук и ног. Задействовать системы управления органами и функциями в организме человека сигналами от головного мозга, реализуемого в виде двигательных взаимодействий анализаторных систем и познавательных процессов. Обучение может проводиться длительное время или непрерывно, или циклично, с остановками на перерыв. Устройство позволяет регулировать частоту, длину шагов и темп ходьбы за счет демонстрации изображения.