Устройство для пассивной лечебной гимнастики с использованием нитинолового привода

Реабилитация является важнейшей областью медицины, так как от качества и своевременного ее проведения зависит степень восстановления утраченных функций и возвращения в трудовую деятельность. Нарушения движений рук является наиболее значимой проблемой для пациента из-за большого значения в обеспечении ежедневной жизненной активности и самообслуживания. Также недостаточное восстановление функций рук приводит к невозможности возвращения в трудовую деятельность.
Полезная модель относится к области медицины, в частности, к аппаратам для пассивной лечебной гимнастики, также может использоваться для проведения реабилитации верхних конечностей посредством механотерапии.
Известно «Устройство для разработки подвижности плечевого сустава» [RU 2653811 С], применяемое для реабилитации опорно-двигательного аппарата верхних конечностей.
Устройство включает в себя: основание, снабженное роликами для перемещения; сиденье пациента, размещенное на основании; вертикальную стойку, выполненную регулируемой по высоте; электронный блок управления, прикрепленный к основанию; пульт управления, электрически соединенный с электронным блоком управления; первый реверсивный мотор-редуктор, электрически соединенный с соответствующим выходом электронного блока управления; первую и вторую штанги; второй реверсивный мотор-редуктор, электрически соединенный с соответствующим выходом электронного блока управления; первый и второй датчики угла поворота; роторы, жестко связанные с выходными валами соответственно первого и второго реверсивных мотор-редукторов, а их электрические выходы подключены к соответствующим входам электронного блока управления; два регулятора положения, снабженные каждый угловой шкалой с фиксатором и прикрепленные с разных сторон к сиденью пациента; узел размещения здоровой руки, установленный на одном из регуляторов положения и состоящий из подлокотника с установочным штырем и его фиксатором; узел размещения разрабатываемой руки, образованный третьей штангой, в средней части которой имеется лоток, а на концах данной штанги размещены соответственно локтевой упор и рукоятка; Г-образный рычаг, один конец которого механически связан со вторым мотор-редуктором, а другой его конец соединен с третьей штангой. Один конец первой штанги кинематически связан с выходом первого реверсивного мотор-редуктора, а другой ее конец через шарнир соединен с одним концом второй штанги, на другом конце которой размещен второй реверсивный мотор-редуктор.
Недостатком данного устройства является большие габаритные параметры, усложняющие взаимодействие между пациентом и реабилитационным устройством. Также устройство предназначено для сидячего взаимодействия с пациентом, что снижает область использования устройства для отдельных групп пациентов.
Известно «Экзоскелетное устройство для реабилитации рук» [RU 175852 U1], представляющее два идентичных рычажных механизма, расположенных зеркально, каждый из которых через последовательно соединенные шарниры связан через траверсу со стойкой. Оси первого и второго шарниров ориентированы на центр сустава плеча, третий шарнир соединен со вторым, и, кроме того, с первым выходным звеном рычажного механизма четвертый шарнир соединен с первым, первое выходное звено рычажного механизма соединено с плечом через поддерживающий элемент и со вторым выходным звеном через шарнир, ось которого соосна оси локтевого сустава, все шарниры оснащены активными приводами. Активные приводы установлены соосно осям шарниров, ось третьего шарнира соосна оси первого выходного звена, а оси первого и второго шарнира расположены в диапазоне углов от 85-95°.
Недостатком данного устройства является его большие массагабаритные размеры, усложняющие взаимодействие между пациентом и устройством. Большие габариты влекут за собой невозможность использования для лежачих больных, что сужает зону использования и методические возможности.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является «Экзоскелет локтевого сустава» [RU 179188 U1]. Устройство предназначено для лечения контрактур преимущественно локтевых суставов с помощью методики механотерапии. Устройство состоит из корпуса в виде кольца, выполненного с возможностью закрепления на плече, и корпуса в виде кольца, выполненного с возможностью закрепления на предплечье, причем кольца жестко соединены между собой двумя нитиноловыми проволоками с Г-образной первоначальной формой и двумя нитиноловыми проволоками с прямой первоначальной формой, находящимися в термоэлектроизоляционных оболочках попарно - по две проволоки разной первоначальной формы, при этом две нитиноловые проволоки, имеющие Г-образную первоначальную форму, в первоначальном положении экзоскелета находятся в деформированной прямой форме; источника электрического тока; управляющего электрической нагрузкой устройства, служащего для подачи тока от источника электрического тока на нитиноловые проволоки. Нитиноловые проволоки играют роль движителя устройства.
Недостатком данного устройства являются то, что нитиноловые проволоки с памятью формы используются на изгиб, поэтому работает только участок, который сгибается/разгибается по радиусу. Это приводит к необходимости использования проволоки большого сечения, что влечет за собой большое энергопотребление и длительное время охлаждения.
Предложено устройство для пассивной лечебной гимнастики с использованием нитинолового привода, состоящее из упругих элементов, звеньев, элементов, закрепляемых на плече, предплечье и запястье соединенных между собой нитиноловой проволокой с памятью формы с одной стороны и упругим элементом с другой, где нитиноловая проволока и упругий элемент могут приводить звенья устройства в движение за счет нагрева и охлаждения нитиноловой проволоки с памятью формы, причем нитиноловый привод работает на растяжение/сжатие по принципу мышц - антагонистов.
Задачей, на которую направлено устройство, является повышение выходных усилий устройства, уменьшение энергопотребления, вольт-амперных характеристик и времени охлаждения.
Данная задача решается за счет того, что нитиноловая проволока в устройстве работает не на изгиб, а на растяжение/сжатие и за счет этого работает на протяжении всей своей длины. При таком использовании проволоки можно значительно уменьшить ее сечение, вследствие чего уменьшаются вольт-амперные характеристики при нагреве, и уменьшается время, требуемое для охлаждения.
Техническим результатом является повышения выходных усилий, уменьшение времени охлаждения проволоки.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 показан общий вид устройства, без нитиноловой проволоки.
На фиг. 2 показан вид сверху на устройство.
На фиг. 3 показан вид справа на устройство.
На фиг. 4 показан укрупненный вид на расположение нитиноловых проволок с памятью формы.
На фиг. 5 показан узел закрепления нитиноловых проволок с памятью формы в зажимном контакте.
На фиг. 6 показан изометрический вид сзади.
На фиг. 7 показан способ закрепления устройства на руке человека.
Устройство состоит из пластиковых полуколец 1, 2; 4, 5, закрепляемых на плече, соединенных между собой лентой-липучкой 3, 6 соответственно. Элементов 8, 9; 11, 12, закрепляемых на предплечье, соединенных между собой лентой - липучкой 10, 13 соответственно. Элементов 14, 15 закрепляемых на запястье, связанных между собой лентой-липучкой 16. Данные элементы предназначены для регулирования размера устройства под индивидуальные габариты руки пациента. Элемент 17 в количестве 8 штук и элемент 18 в количестве 4 штук приклеиваются к прорезиненной перчатке (перчатка на фиг. не показана) и закрепляются на пальцах (Фиг. 1).
Элементы 1, 5; 2, 4; 8, 12; 9, 11 связаны между собой восемью металлическими прутками 19 диаметром 5 мм для жесткости конструкции (Фиг. 1).
Через элементы 1, 5, 8 (Фиг. 1) проходят две, не связанные между собой нитиноловые проволоки 22, 23 (Фиг. 2) диаметром 0,4. Данные проволоки предназначены для работы по сгибанию локтевого сустава. Через элементы 2, 4, 7, 8, 9 проходят упругие элементы 20 (Фиг. 3), предназначенные для разгибания локтевого сустав, они являются антагонистами проволок 22, 23 (Фиг. 2).
Через элементы 8, 12, 14, 17, 18 (Фиг. 1) проходят четыре не связанные между собой нитиноловые проволоки 24, 25, 26, 27 диаметром 0,4 мм по одной на каждый палец. Каждая из этих проволок предназначена для сгибания одного из пальцев руки. Через элементы 9, 11, 15, 17, 18 проходят упругие элементы 20, каждые два из которых предназначены для разгибания одного из пальцев руки (Фиг. 3), они являются антагонистами проволок 24, 25, 26, 27.
Концы нитиноловых проволок 22-27 закрепляются способом, изображенном в узле А (Фиг. 4). Каждая из проволок завязывается узлом и зажимается между двумя элементами 25, 26, таким образом обеспечивается контакт по линии (Фиг. 5). Элементы 25, 26 в сборе запрессовываются в элемент 2 в количестве четырех и в элемент 8 в количестве восьми (Фиг. 1).
В каждый узел закрепления проволоки (Фиг. 5, Фиг. 6) вкручивается винт 32, при помощи которого происходит подключение к силовой нагрузке в виде блока питания, которым управляет модуль управления (на фиг. не показаны).
Нитиноловые проволоки 22-27 закрыты от внешней среды пластиковыми корпусами 28, 29 (Фиг. 6). Остальная открытая поверхность проволок покрыта термо - и электроизоляционной оболочкой 30, 31 (Фиг. 2, Фиг. 4). Места подвода к силовой нагрузке заизолированы токонепроводящим клеем.
Полезная модель работает следующим образом:
Пациенту одевается устройство на руку так, как показано на Фиг. 7, после чего медицинский специалист задает алгоритм выполнения процедуры механотерапии. Далее запускается устройство. В процессе работы устройство сгибает и разгибает пальцы руки, запястный и локтевой суставы. Сгибание/разгибание каждого пальца в отдельности и локтевого сустава могут происходить независимо друг от друга.
Принцип работы устройства заключается в сгибании звеньев вследствие нагрева нитиноловой проволоки и в разгибании вследствие ее охлаждения.
Схема работы устройства схожа со схемой работы мышц - антагонистов, где нитиноловые проволоки 22-27 с памятью формы являются сгибателями, а упругие элементы 20, 21 разгибателями.
Нитиноловая проволока 22-27 находится в предрастянутом состоянии за счет упругости элементов 20, 21. Для сгибания суставов проволоку нагревает блок управления с помощью пропускания через нее электрического тока. При этом проволока за счет памяти формы укорачивается примерно на 4%. За счет этого укорочения происходит сгибание звеньев устройства и, соответственно, суставов человека.
При охлаждении проволоки под воздействием упругого элемента проволока начинает растягиваться на 4%, вследствие этого происходит разгибание звеньев устройства и, соответственно, суставов человека.
Работает устройство следующим образом:
Устройство одевается в области локтевого сустава и закрепляется в области плеча и предплечья таким образом, что локтевой сустав находится посередине устройства. Затем медицинский сотрудник задает необходимый алгоритм процедуры в управляющее устройство, после этого происходит сгибание/разгибание локтя, запястья и пальцев по известной медицинской методике механотерапии.