Корректирующий корсет

Полезная модель относится к медицинской технике, точнее к функционально-корректирующим корсетам для исправления искривлений позвоночника (сколиоза).
В мировой практике корсетирование используется уже более 30 лет как основной способ консервативного лечения сколиоза у детей и подростков. Для таких пациентов корсетирование предотвращает прогрессирование заболевания и снижает вероятность операционного лечения в будущем.
Существует большое количество корректирующих корсетов (КК), большинство из которых может служить аналогом данному предложению. В зависимости от характера и степени искривления позвоночного столба (угла Кобба) используются либо мягкие корсеты с ребрами жесткости (например, Орлетт), либо более жесткие конструкции из металлических направляющих (Лионский корсет), либо корсеты, состоящие из отдельных пластиковых фрагментов, скрепленных силовыми элементами (корсет Милуоки, Бостонский и аналогичные - «Корсет для спины Милуоки», www.lechenie-sustavy.ru; MoyOrtoped.ru; модульные корсеты по патентам на изобретения: RU 2148971 С1, опубл. 20.05.2000, бюл. №14, МПК: A61F 5/01 (2006.01); RU 2234890 С1, опубл. 27.08.2004, бюл. №24, МПК: A61F 5/02 (2006.01); «The Boston Bracing System for idiopathic scoliosis)), Emans J.B. Kaelin A., Spine 1986, vol. 11, p. 8-11). Много аналогичных разработок сделано на Украине (патенты на полезную модель: UA 71298, опубл. 15.11.2004, МПК: A61F 5/01 (2000.01), UA 26748, опубл. 10.10.2007, МПК: A61F 5/03 (2006.01), UA 62350, опубл. 15.12.2003, МПК: A61F 5/02 (2000.01), UA 74497, опубл. 15.12.2005, МПК: A61F 5/02 (2006.01), UA 19310, опубл. 15.12.2006, МПК: A61F 5/02 (2006.01)). Также в качестве аналога можно рассматривать жилет-кондиционер для поддержания комфортных условий при повышенных температурах окружающей среды (патент RU 2110936 С1, опубл. 20.05.1998, МПК: A41D 13/00 (1995.01)). При этом жилет не является корректирующим и предназначен для туристов и военных. Жилет имеет трехслойную структуру и охлаждается за счет испарения воды, находящейся в его среднем слое. При больших деформациях позвоночника (углах Кобба больше 20-40 градусов), при искривлениях одновременно в сагиттальной и горизонтальной плоскостях, а также при необходимости деротации позвоночного столба используется наиболее «жесткий» корректирующий корсет Шено (патент на полезную модель UA 48641, опубл. 25.03.2010, МПК: A61F 5/02 (2006.01), принятый за прототип) или «типа Шено» («Ортопедия, травматология и протезирование», 2009 г., №4: 97-100).
Принятый за прототип корсет имеет цельную пластиковую гильзу с дополнительными корректирующими вставками-пелотами, расположенными с выпуклой стороны искривлений, и зонами расширения, расположенными с вогнутой стороны искривлений и находящимися напротив соответствующих пелотов. При этом корсет изготовлен из листового термопластичного материала по размеру туловища пациента и в соответствии с типом деформации. Помимо пелотов современные корсеты типа Шено включают также датчик времени ношения, контролирующий общую длительность силового воздействия корсета на туловище (Grivas Т. The Conservative Scoliosis Treatment, 1st SOSORT Instructional Course Lectures (ICL) / T. Grivas, IOS Press, Amsterdam, Berlin, Oxford, Tokyo, Washington DC, 2008). В некоторых случаях кроме датчика ношения в гильзу встраивают также датчики других типов (Chalmers Е. и др. An advanced compliance monitor for patients undergoing brace treatment for idiopathic scoliosis/ Medical Engineering and Physics, 2015, №2 (37), p. 203-209). Обязательным при этом является, однако, только датчик ношения, поскольку корсеты типа Шено предназначены в основном для детей и подростков, для которых характерен ослабленный личный контроль за ношением корсета.
По признанию SOSORT (Международное сообщество по сколиозу, ортопедии и методам реабилитации) в наиболее сложных случаях, когда требуются длительные и значительные воздействия сразу в нескольких точках тела, такой корсет наиболее эффективен. Его «закрытая» конструкция позволяет наиболее точно задать трехмерный вектор воздействия на позвоночник. Корректирующие корсеты Шено и типа Шено изготавливаются с учетом индивидуальной конфигурации тела пациента. Традиционно для этого применяется гипсование туловища с последующим изготовлением корсета по полученному слепку. В настоящее время вместо гипсования используют 3D сканирование туловища пациента с последующим изготовлением гильзы корсета из термопластика (в том числе на 3D принтере), что требует применения специального программного обеспечения (ПО). Такая методика используется, в частности, фирмой РК («Российский корсетный центр», www.russiancorset.ru) совместно с центром лечения сколиоза им. Катарины Шрот и немецкой фирмой Regnier. Характерной особенностью известного КК и одновременно его недостатком является большая степень «закрытости», т.е. то, что он покрывает весьма значительную часть туловища пациентов и для них это является причиной дополнительного дискомфорта при слишком высоких или слишком низких температурах окружающей среды. Кроме того, что КК крайне некомфортен с точки зрения силового воздействия на тело, в жару и на холоде он способствует перегреву или переохлаждению пациента. В жару КК препятствует теплоотводу от тела, поскольку вентиляция затруднена, а в холод из-за большой площади гильзы тепла от тела отводится наоборот слишком много. Известно, например, что мощность общего (вместе с дыханием) тепловыделения человека в покое составляет 70-100 Вт. Ввиду этого тепловыделение от человеческого тела под КК может достигать нескольких десятков ватт, т.е. без теплоотвода этот участок тела будет существенно нагреваться. При этом время ношения КК достигает 18-20 часов в сутки.
Задача настоящего предложения - повышение комфортности при длительном ношении «закрытых» корректирующих корсетов при слишком высоких или низких температурах окружающей среды, что достигается с помощью специальной системы терморегулирования, встроенной в гильзу корсета.
Техническим результатом полезной модели является снижение тепловых перегрузок пациента при ношении корсетов в жару или холод.
Технический результат достигается тем, что в корректирующий корсет, включающий гильзу, изготовленную из листового термопластика, вставки-пелоты и датчик времени ношения, введена система терморегулирования (СТР), вмонтированная в упомянутую гильзу и состоящая из термоэлектрического генератора (ТЭГ), включающего, по крайней мере один модуль Пельтье, с подключенными к нему последовательно разъемом для электропитания упомянутого генератора и регулятора тока, при этом на внутреннюю поверхность гильзы приклеены фрагменты фольги, находящиеся в тепловом контакте с внутренней, обращенной к гильзе, пластиной модуля Пельтье, причем другая пластина этого модуля размещена на внешней поверхности гильзы и контактирует с окружающей средой.
Кроме того, в корректирующем корсете фрагменты фольги выполнены из алюминия или меди; в качестве разъема электропитания термоэлектрического генератора используют стандартный разъем для зарядки переносных электронных устройств; контур пластин, встроенных в гильзу, соответствует формам локальных участков ее поверхности, на которых размещены эти пластины; фрагменты фольги, наклеенные на внутреннюю поверхность гильзы, выполнены в виде полосок; а на внешнюю поверхность гильзы также наклеен фрагмент фольги, находящийся в тепловом контакте с наружными пластинами модуля Пельтье термоэлектрического генератора.
Суть данного предложения заключается в использовании для корсетирования концепта термоэлектричества. В зависимости от полярности подключения внешнего источника питания такая система дает возможность как охлаждения, так и подогрева. Хотя КПД современных модулей Пельтье, как и солнечных батарей лишь немного превышает 10%, прогресс в физике твердого тела позволяет надеяться на увеличение энергоэффективности ТЭГ в будущем. Однако и в настоящее время подобные системы вполне работоспособны. Для количественной оценки работы такой системы терморегулирования в режиме охлаждения использовались параметры модуля фирмы Peltier Modul (модель YB3981 DIY), который при весе 26 г, размерах 4×4×0,4 (см) имеет следующие технические характеристики (www.dx.com): при разнице температур 20°С генерирующий ток = 225 мА (0,97 В без нагрузки); при разнице температур 40°С генерирующий ток = 368 мА (1,8 В без нагрузки); при разнице температур 60°С генерирующий ток = 469 мА (2,4 В без нагрузки). Таким образом, при наружной температуре 20°С и питании встроенного в гильзу КК модуля Пельтье током ~ 200 мА температура его внутренней пластины будет близка к 0°С, а при питающем токе ~300 мА внутренняя пластина охладится до минус 20°С. При наружной температуре 40°С и том же токе внутренняя пластина модуля охладится до 0°С, а при токе питания 200 мА - до 20°С.
При стационарном источнике питания время работы встроенного в КК ТЭГа в принципе не ограничено (точнее ограничено его ресурсом). В мобильном варианте время работы ТЭГ помимо тока питания зависит также от емкости питающего аккумулятора. Например, для того же модуля при питании от аккумулятора для ноутбука Asus N61/vn емкостью 5200 мА⋅ч время работы с питающим током 200 мА (охлаждение на 20°С) составит около 5200/200 часов, т.е. примерно сутки. И даже при снижении реальной эффективности системы охлаждения в 2-3 раза время ее работы будет вполне приемлемым. Оценки, проведенные выше, доказывают принципиальную возможность достаточно эффективной работы термоэлектрической системы терморегулирования корсета.
Суть предложения поясняется на фиг. 1, где КК условно изображен в виде полого цилиндра и приняты обозначения: 1 - гильза; 2 - разъем для электропитания; 3 - регулятор тока (например, переменное сопротивление); 4 - ТЭГ, состоящий, по крайней мере, из одного (как на фиг. 1) модуля Пельтье; 5 - наружная пластина модуля Пельтье; 6 - внутренняя пластина модуля Пельтье; 7 - фрагменты (на фиг. 1 - полоски) фольги на внутренней поверхности гильзы; 8 - фрагмент фольги на внешней поверхности гильзы.
Корректирующий корсет включает гильзу (1), изготовленную из листового термопластика, вставки-пелоны и датчик времени ношения (последние два на фиг. 1 не показаны), а также систему терморегулирования, вмонтированную в гильзу (1) и состоящую из термоэлектрического генератора (4), включающего, по крайней мере один модуль Пельтье, с подключенными к нему последовательно разъемом для электропитания (2) ТЭГа (4) и регулятора тока (3), при этом на внутреннюю поверхность гильзы (1) наклеены фрагменты фольги (7), находящиеся в тепловом контакте с внутренней (по отношению к гильзе) пластиной (6) модуля Пельтье ТЭГа (4). Наружная пластина (5) последнего размещена на внешней поверхности гильзы (1) и контактирует с окружающей средой.
Конфигурация реальной гильзы (1) индивидуальна и может быть достаточно сложной, как и форма наклеенных на нее фрагментов фольги. При этом в любом случае фольга должна иметь хорошую теплопроводность, т.е. быть медной или алюминиевой и иметь тепловой контакт с внутренней пластиной (или пластинами) (6) модуля Пельтье ТЭГа (4). Наружная пластина (5) этого генератора должна иметь максимальный контакт с окружающей средой (не закрываться телом пациента и минимально покрываться одеждой). Для повышения надежности работы ТЭГа (4) на внешнюю поверхность гильзы (1) также может быть наклеен фрагмент такой же фольги (8), находящийся в тепловом контакте с наружными пластинами (5) модуля Пельтье ТЭГа (4).
Разъем электропитания (2) последовательно соединен с регулятором тока (3) и ТЭГом (4) также вмонтирован в гильзу (1) в удобном для пациента месте, как и регулятор тока (3).
Работает система терморегулирования в режиме охлаждения КК следующим образом. При подключении разъема (2) к источнику питания (на фиг. 1 не показан) замыкается электрическая цепь системы и на ТЭГ (4) подается постоянный ток, величина которого регулируется регулятором тока (3). При соответствующей полярности подключения наружная пластина (5) модуля Пельтье ТЭГа (4) нагревается, а внутренняя пластина (6) - охлаждается. Соответственно, охлаждается и фольга (7), контактирующая с пластиной (6) и наклеенная на внутреннюю поверхность гильзы (1). Благодаря теплопроводности пластика, из которого изготовлена гильза (1), постепенно охлаждается и вся ее внутренняя сторона, контактирующая с телом пациента. Одновременно с этим наружная пластина (5) генератора (4) нагревается. Ее охлаждение происходит благодаря контакту с окружающей средой, поэтому для повышения надежности работы ТЭГ (4) и снижения температуры его наружной пластины (6), на внешнюю поверхность гильзы (1) также может быть наклеен фрагмент фольги (8), контактирующий с этой пластиной и играющий роль внешнего радиатора.
В целом предложенный корсет с пластиковой гильзой, в состав которого входит система терморегулирования, позволяет снизить тепловые перегрузки пациента при его ношении в жару и холод, и тем самым не только снизить общий дискомфорт, но и стимулировать ношение корсета в этих условиях.