Тренажер для улучшения микроциркуляции крови человека
SIMULATOR FOR IMPROVING MICROCIRCULATION OF HUMAN BLOOD

Область изобретения
Изобретение относится к медицине и может быть использовано самостоятельно или в комплексном лечении и реабилитации пациентов с нарушением периферического кровообращения.
Уровень техники
Одной из самых актуальных проблем научной медицины и практического здравоохранения 2-й половины XX века и начала XXI века являются болезни системы кровообращения. Эти болезни занимают 1-е место среди всех причин смерти в большинстве экономически развитых стран мира, в том числе и в России. В нашей стране болезни системы кровообращения занимают первое место среди причин инвалидности и гибели человека.
Известен способ лечения и профилактики сосудистой недостаточности головного мозга и тканей тела ортостатическим методом (Розломий Л.К. Искусство врачевания, опубликован http://www.xliby.ru/zdorove/iskusstvo_vrachevanija/p12.php), заключающийся в том, что пациента размещают на специальном столе, имеющим в основании треугольник, на вершине которого установлена и закреплена плоская поверхность с мягкой и объемной обшивкой, которая может изменять угол наклона рабочей поверхности относительно неподвижного треугольного основания - попеременно поднимать и опускать головной конец стола. Стол снабжен ремнем, который вместе с мягкой обивкой стола не позволял пациенту скользить по поверхности при его наклонах. Пациент ложится спиной на стол, зафиксированный в нейтральной позиции, когда головной и ножной концы стола находятся на одном уровне и плоскость стола расположена горизонтально. Зафиксировав тело пациента ремнем, опускают его головной конец с определенной скоростью вниз до угла от 5 до 30 градусов. Удерживая стол в крайнем положении около 10 секунд, поднимают головной конец до горизонтального уровня и далее вверх до угла той же величины. Время удержания головного конца стола в верхнем положении может быть равным времени удержания в нижнем положении или более продолжительным. Чередуя эти движения в течение определенного времени, завершают процедуру удержанием головного конца стола в верхнем положении.
Недостатком данного способа является то, что статическое гравитационное воздействие на верхнюю половину тела вызывает рефлекторные реакции в виде повышения артериального давления и нарушения венозного оттока от жизненно важных органов. При данном лечении не происходит улучшение микроциркуляции головного мозга, сердца и легких и наблюдается серьезный приток крови к коже.
Известен инверсионный стол, описанный в патенте на полезную модель RU 145871. Инверсионный стол для лечебного воздействия на пациента состоит из опорного элемента, к которому через шарниры крепится столешница с рамой; двух приводов, обеспечивающих сложные повороты столешницы в двух плоскостях; размещаемого на столешнице матраса с кнопками для крепления к столешнице. Также устройство оснащено крепежными элементами, представляющими собой мягкие ремни для фиксации пациента в области таза и бедер, и приспособлением для разведения бедер пациента, выполненным из мягких материалов.
Недостатком данной конструкции стола является невозможность обеспечения непрерывных движений и в связи с этим недостаточно высокая эффективность восстановления периферического кровообращения.
Разработанная конструкция тренажера позволяет создавать режим перемещения по спирали, то есть 3D. При помощи этого эффекта создается непрерывность движения. Тем самым достигается больший эффект восстановления микроциркуляции. Восстановление микроциркуляции теперь происходит непрерывно на протяжении всего цикла процедуры, тогда как в предыдущей модели этот цикл был прерывистым в момент достижения актуатором фиксированного положения.
Непрерывные движения тренажера имеют максимальное сходство с физиологическими колебательными ритмами, имеющими вид синусоиды. Подобное воздействие вызывает наиболее выраженный резонансный ответ со стороны организма. Использование трехмерных колебаний в новой модели позволяет ускорить проявление положительного клинического эффекта, то есть уменьшить количество лечебных процедур в одном цикле до 5-8, более того, у пациентов улучшается переносимость процедуры, отсутствуют неприятные ощущения во время первых двух лечебных сеансов, что наблюдается в некоторых случаях на старой модели инверсионного стола.
Краткое описание рисунков
На рис. 1-5 показаны основные элементы тренажера.
Рисунок 1
На рис. 1 изображен внешний вид тренажера, пульт управления - 24, матрас ортопедический - 26.
Пульт управления увеличивает удобство управления тренажером как персоналом клиник, так и частными владельцами.
Рисунок 2
На рис. 2 изображено основание 1, которое предназначено для:
- передачи на вертикальные опоры 2 с подкосами возникающих нагрузок от лежака с пациентом в допускаемых проводимой процедурой положениях;
- шарнирного крепления на нем коромысла 4 и обеспечения устойчивости его положения в пространстве при проведении процедур;
- шарнирного крепления на нем актуатора (двигателя) привода 7 коромысла 4, для осуществления продольного качения (вокруг поперечной оси);
На рис. 2 также изображено коромысло 4, к которому шарнирно крепится линейный актуатор 8 для перемещения рамы продольного перемещения 5.
Основание выполнено прямоугольной плоской рамной конструкцией с жестко закрепленными на ней двумя вертикальными опорами 2.
К торцам основания крепятся ножки 3, которые позволяют увеличить опорную базу конструкции.
Ножки выполнены съемными для уменьшения транспортной ширины основания.
Коромысло 4 предназначено для:
- шарнирного крепления на нем рамы продольного перемещения 5,
- крепления на нем линейных направляющих 6.
Вращение коромысла обеспечивается двумя парами подшипников, установленных на оси 9 и зафиксированных в коромысле 4.
На коромысле закреплен угломер 20 (рис. 3), который служит для точного определения прохождения угла наклона коромысла 4 продольного качения (погрешность измерения перемещения составляет 0,02 градуса).
Рисунок 3
Поворотная рама 10 предназначена для поперечного качения (вокруг продольной оси) и крепления на ней рамы поперечного перемещения 11 (рис. 4).
Поворотная рама оборудована двумя линейными направляющими 12 осуществления движения рамы поперечного перемещения 11 (рис. 4) посредством актуатора 13 (рис. 4).
На поворотной раме закреплен угломер 20, который служит для точного определения прохождения угла наклона поперечного качения (вокруг продольной оси) (погрешность измерения перемещения составляет 0,02 градуса).
К поворотной раме крепится актуатор 16, обеспечивающий натяжение ремня безопасности пациента 18 (рис. 5).
Рисунок 4
На рис. 4 изображены:
- рама поперечного перемещения 11 для перемещения в третьей плоскости (вдоль поперечной оси);
- линейный актуатор 13 для поперечного перемещения;
- основание лежака 25 крепится со смещением в продольном направлении к раме поперечного перемещения 11 и служит для жесткого крепления лежака 14 (рис. 5).
Рисунок 5
На рис. 5 отображены
- бандаж поясничный 17 для поясничного крепления пациента во время проведения процедуры;
- ремень безопасности пациента 18, который служит для крепления к нему бандажа поясничного 17. Натяжение ремня 18 обеспечивается линейным актуатором 16 (рис. 3);
- ограждение лежака 21, которое служит дополнительной защитой пациента от падения во время процедуры (основная - ремень безопасности пациента 18 и бандаж поясничный 17).
- панель 22, которая является декоративным ограждением для создания благоприятного внешнего вида и защиты от несанкционированного проникновения пациента к механическим и электрическим частям тренажера;
- ящик для электроники 23 служит для защиты электронного блока управления тренажером от несанкционированного проникновения пациента.
Рис. 6
На рисунке 6 изображен общий вид ангиотренажера в двух проекциях с указанными габаритными размерами.
Краткое описание сущности изобретения
Тренажер для восстановления периферического кровообращения состоит из лежака и опорного элемента, снабженного рамами, к которым крепятся актуаторы, обеспечивающие движения лежака. Нижняя часть опорного элемента представляет собой основание в виде прямоугольной плоской рамной конструкции, к торцам которого при помощи шпилек и гаек прикреплены ножки, увеличивающие опорную базу тренажера, и снабженное двумя вертикальными опорами с подкосами, установленными напротив друг друга на длинных сторонах основания ближе к углам. На оси, соединяющей вертикальные опоры, при помощи подшипников установлено коромысло, верхняя часть которого имеет форму прямоугольной рамы, продольные стороны коромысла оснащены линейными направляющими для продольного перемещения расположенной сверху рамы. Выше рамы продольного перемещения расположена поворотная рама, с возможностью качения вокруг продольной оси и оснащенная поперечными направляющими, обеспечивающими поперечное перемещение расположенной сверху рамы. Лежак снабжен основанием, которое жестко крепится к основанию лежака (25), а оно в свою очередь жестко крепится к раме поперечного перемещения (11).
Лежак смещен в продольном направлении относительно опорного элемента и для удобства снабжен ограждением.
Тренажер может быть снабжен крепежным элементом в области таза.
Крепежный элемент в области таза предпочтительно представляет собой ремень безопасности с поясничным бандажом. Актуатор для подтягивания-отпускания ремня безопасности крепится к поворотной раме.
Тренажер оснащен блоком управления, размещенным в нижней части опорного элемента и соединенным с пультом управления.
Коромысло и поворотная рама могут быть снабжены угломерами.
Актуатор, обеспечивающий качение коромысла, закреплен между основанием и коромыслом. Актуатор, обеспечивающий линейное продольное перемещение, закреплен между рамой и коромыслом. Актуатор, обеспечивающий качение вокруг продольной оси, закреплен между поворотной рамой и коромыслом. Актуатор, обеспечивающий линейное поперечное перемещение, закреплен между поворотной рамой и рамой поперечного перемещения.
На коромысле 4 установлены линейные направляющие 6, к ползунам которых крепится рама продольного перемещения 5.
Рама продольного перемещения 5 имеет проушины, при помощи которых размещается поворотная рама 10 с установленными во втулках подшипниками посредством установки осей и гаек (рис. 3, вид А).
На поворотной раме 10 установлены линейные направляющие 12, к ползунам которых крепится рама поперечного перемещения 11. К раме поперечного перемещения крепится основание лежака 25.
Данный вид тренажера отличается от полезной модели следующими параметрами:
1. Съемный лежак - позволяет уменьшить переносимую массу стола, а также позволяет заносить стол в дверные проемы шириной от 750 мм, что очень важно, так как большинство дверных проемов имеют размер 2000×900 мм.
2. Лежак, снабжен основанием, что позволяет жестко крепить лежак к раме с отсутствием люфтов. Это обеспечивает четкое прохождение циклов. В известной полезной модели жестко крепился лежак и поворотная рама. При транспортировке приходилось разъединять крепления актуаторов и поворотной рамы, чтобы занести стол в дверной проем менее 1100 мм. При этом сбивались настройки датчиков угла наклона и, как следствие, возникала необходимость перенастройки программного обеспечения. Данная конструкция позволяет устанавливать настройки при сборке, которые не сбиваются при транспортировке.
3. Угломеры позволяют точно выставлять угол, не привязываясь к двигателям при написании программного обеспечения. Угломеры позволяют написать линейную математическую модель управления двигателем (актуатором). Математическая модель управления двигателем не всегда имеет линейную модель.
4. Съемные ножки позволяют уменьшить транспортный габарит основания.
5. Ограждения позволяют более безопасно пребывать пациенту во время прохождения процедуры.
6. Натяжной механизм позволяет обслуживающему персоналу не тратить силы на подтягивание - отпускание пациента.
7. Расстояние от пола до уровня лежака уменьшено за счет уменьшения высоты опорного элемента. Это принципиальное решение позволяет избавиться от каких-либо приспособлений для подъема пациента на стол. Полезная модель была сравнительно высока около 900 мм. Приходилось использовать ступеньку для пациента, что не очень удобно. Теперь же даже не очень высокий пациент спокойно может взобраться на стол.
8. Лежак и основание лежака смещено относительно опорного элемента в продольном направлении, чтобы обеспечить безопасное расстояние между полом и лежаком в рабочем положении при угле наклона 30°.
9. Добавлена дополнительная рама поперечного перемещения для перемещения в третьей плоскости.
10. Добавлен линейный актуатор привода рамы поперечного перемещения.
11. Добавлена дополнительная рама продольного перемещения для перемещения в четвертой плоскости
12. Добавлен линейный актуатор привода рамы продольного перемещения.
Основные технические характеристики
Тренажер соответствует требованиям ГОСТ 20790, технических условий ТУ BY 192389051.001-2015, рабочих чертежей и комплекта конструкторской документации.
Тренажер обеспечивает требуемый режим работы с равномерно распределенной предельной рабочей нагрузкой до 150 кг.
Время установления рабочего режима тренажера не более 20 с.
Тренажер обеспечивает следующий режим работы: 20 минут - работа, 10 минут - пауза, в течение не менее 8 часов в сутки.
Средний срок службы тренажера - не менее 5 лет. Критерием предельного состояния тренажера считается невозможность или экономическая нецелесообразность его восстановления.
Вид климатического исполнения тренажера - УХЛ 4.2 по ГОСТ 15150.
По безопасности тренажер соответствует требованиям ГОСТ 20790-93, СТБ МЭК 60601-1-1-2005, ГОСТ 30324.0-95, класса защиты I, степени защиты рабочей части В.
По электромагнитной совместимости тренажер соответствует СТБ МЭК 60601-1-2-2006.
Конструкция тренажера и режимы работы
Тренажер состоит из опорного элемента 1 (рис. 2) и лежака 14 (рис. 5), который является поверхностью для размещения пациента в положении лежа. С четырех смежных сторон лежачая поверхность ограничена спинками ограждения 21 (рис. 5) для удобства и безопасности пациента. Ортопедический матрас 26 (рис. 1), изготовленный из материала с эффектом памяти формы, позволяет максимально комфортно чувствовать себя во время процедуры. Также прилагается бандаж поясничный 17 (рис. 5), фиксирующий пациента к ремню безопасности, осуществляя тракцию под действием собственной массы тела. Внешний вид и устройство тренажера показаны на рис. 1-5.
Тренажер имеет пять актуаторов. Актуатор для поперечного качения 15 и актуатор для продольного качения 7 имеют грузоподъемность не менее 600 кг каждый.
Актуатором 7 (рис. 2), закрепленным между основанием 1 (рис. 2) и коромыслом 4 (рис. 2), обеспечивается качение в продольном направлении.
Актуатором 8 (рис. 2), закрепленным между коромыслом 4 (рис. 2) и рамой 5 (рис. 2), обеспечивается линейное перемещение лежака вдоль продольной оси тренажера.
Актуатором 15 (рис. 3), закрепленным между коромыслом 4 (рис. 2) и поворотной рамой 10 (рис. 3), обеспечивается качение лежака в поперечном направлении.
Актуатором 13 (рис. 4), закрепленным между поворотной рамой 10 (рис. 3) и рамой 11 (рис. 4), обеспечивается линейное перемещение лежака вдоль поперечной оси тренажера.
С помощью актуатора 16 (рис. 3), закрепленного на поворотной раме лежака 10 (рис. 3), обеспечивается натяжение (ослабление) ремня фиксации пациента.
Несущая конструкция тренажера изготовлена из стальных труб, покрытых порошковой краской высшего сорта, что обеспечивает безвредность при использовании. В нижней части основания тренажера расположен электронный блок питания и управления.
При изготовлении электронной схемы блока управления инверсионного тренажера использованы современные высокостабильные электронные элементы. Благодаря этому достигнута высокая надежность тренажера, его безопасность, небольшие габариты, вес и, как следствие, удобство применения.
Управление тренажером осуществляется при помощи пульта 24 (рис. 1).
В комплект тренажера входит матрац. Дополнительно, для комфорта пациента на матраце размещают мягкие пуфики (ограждения) вдоль длинной и короткой стороны лежака.
Приспособления для разведения бедер пациента имеют форму тетраэдра, обеспечивающую разведение бедер пациента на угол, равный 30 или 45 градусов, и изготавливаются из материалов, не травмирующих пациента и не позволяющих сдавливать магистральные сосудисто-нервные пучки.
Режим работы (параметры перемещений основания лежака)
Тренажер работает непрерывно, с заданным циклом, осуществляя возвратно-поступательные движения и движения вдоль поперечной оси и продольной оси, а также лежак перемещается в третьей плоскости вправо - влево, и назад - вперед. Когда идет движение вниз, за 1 секунду до конца опускания начинается движение рамы продольного перемещения вперед. При перемещении рамы продольного перемещения вперед за 1 секунду после перемещения назад вверх лежака рама продольного перемещения начинает движение назад. Таким образом, происходит непрерывность движения вверх-вниз и вперед-назад. Такое же движение происходит с рамой поперечного перемещения. При перемещении лежака вправо за 1 секунду до конца перемещения вправо начинает движение рама поперечного перемещения. Далее рама поперечного перемещения возвращается назад, когда лежак начинает возвратное движение вверх. То же самое движение влево для лежака и рамы поперечного перемещения. Мини-цикл перемещения основания лежака вправо и влево относительно продольной оси повторяется до его наклона относительно поперечной оси на угол 30°. По достижении угла 30° цикл перемещений продолжается в обратном порядке до возврата основания лежака в исходное горизонтальное положение.
Время полного рабочего цикла перемещения основания лежака (на угол 30° и затем обратно в горизонтальное положение) составляет 20 минут.
Тренажер используют следующим образом:
- после подключения к сети питания и нажатия кнопки включения/выключения (ВКЛ/ВЫКЛ) на пульте управления осуществляется автоматическая калибровка тренажера;
- автоматическая калибровка осуществляется после каждого подключения к сети и нажатия кнопки ВКЛ/ВЫКЛ. После окончания автоматической калибровки лежак тренажера становится в горизонтальное положение автоматически;
- пациент укладывается на лежачую поверхность тренажера с подушкой под головой в положении на правом боку с согнутыми нижними конечностями в тазобедренных и коленных суставах и фиксируется при помощи ремня безопасности для предотвращения его смещения;
- между бедер в проксимальной части помещается приспособление для разведения бедер пациента (тетраэдр), благодаря чему угол разведения бедер равен 30 или 45 градусам;
- после размещения пациента и запуска тренажера при помощи приводов (актуаторов) лежак начинает совершать цикл движений в трех плоскостях. Осуществляются поэтапные наклоны и подъемы лежака в продольном и поперечном направлении, а также линейные перемещения в указанных направлениях;
- в результате десятиминутного цикла таких движений лежак постепенно наклоняет пациента головой вниз на угол 30 градусов, после чего выполняет аналогичные циклы движений для возвращения его в исходное (горизонтальное) положение также в течение 10 минут.
Возможность восстановления периферического кровообращения подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Пациент Н. 46 лет обратился с жалобами на отечность, чувство тяжести в области нижних конечностей. Объективно: в области обеих нижних конечностей определяются расширенные вены в бассейнах больших подкожных вен, множественные телеангиоэктазии, стопы и нижняя треть голеней пастозны. При УЗИ выявлено расширение устьев и стволов больших подкожных вен. Пациент прошел лечение, состоящее из шести сеансов гравитационной терапии с применением ангиотренажера. При клиническом осмотре выявлено отсутствие отека в области стоп и голеней, уменьшение контурирования расширенных вен. По результатам УЗИ: значительное уменьшение диаметра стволов и устьев больших подкожных вен.
Пример 2
Пациентка 72 лет обратилась с жалобами на нарушение сна, плохую переносимость физических нагрузок, повышение уровня глюкозы крови натощак до 7.5 ммоль/л несмотря на постоянный прием препаратов. Пациентке проведено 5 сеансов гравитационной терапии на ангиотренажере. По окончании цикла отметила значительное улучшение качества сна, хорошую переносимость физических нагрузок. В течение последующей недели выполнялось регулярное контрольное измерение уровня глюкозы крови натощак. Среднее значение этого показателя в течение недели составило 5.7 ммоль/л. Коррекция лекарственной терапии в процессе лечения не выполнялась.
Пример 3
Пациентка 44 лет в анамнезе имеет 3 ОНМК в бассейне левой средней мозговой артерии. Последнее ОНМК - 2 года назад. На момент осмотра: правосторонний парапарез, сенсо-моторная афазия. Пациентка проходила лечение на ангиотренажере. Уже после пятого сеанса отмечено увеличение объема движений в правой верхней конечности, увеличилось количество произносимых звуков.
Таким образом, использование тренажера в терапии заболеваний, состояний, вызванных или сопровождающихся нарушением периферического кровообращения, позволяет значительно повысить терапевтических эффект.