ОРТОПЕДИЧЕСКИЙ АППАРАТ ДЛЯ РАЗГРУЗКИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА

Полезная модель относится к области медицины, а именно, к протезостроению и ортопедии.
Известно вспомогательное устройство движения ("Walking assistance device" патент U.S. №7,416,538 MПK A61F 5/00, опубликован 26.08.2008), предназначенное для передачи вспомогательного усилия к суставам колена и бедра человека при его движении, содержащее: систему крепления устройства на теле пользователя, следящие электроприводы расположенные относительно коленных и тазобедренных суставов человека, нижние и верхние стойки устройства. Система крепления устройства на теле пользователя представляет собой подвесную систему, жестко фиксированную с помощью ремней в области поясницы и мышц живота пользователя. Система крепления содержит заднюю стойку, подкладку, ремни для поддержания прямых и косых мышц живота. Задняя стойка имеет форму буквы U, охватывающая тело человека в области крестца. В отверстия задней стойки установлены ремни для поддержания косых мышц живота, на конце которых располагается основание для крепления электроприводов относительно тазобедренных суставов. Нижние стойки содержат манжеты для фиксации устройства к большой берцовой кости. Электроприводы устройства, расположенные относительно тазобедренных и коленных суставов человека, шарнирно установлены на верхних и нижних концах верхних стоек соответственно. Электроприводы, расположенные относительно тазобедренных суставов человека, и верхние стойки закреплены на концах подвесной системы. Крепление электроприводов расположенных относительно коленных суставов человека к нижним стойкам устройства, осуществляется при помощи защелки. Регулирование соосности, расположения электроприводов относительно тазобедренных и коленных суставов человека, осуществляется изменением длины верхней стойки телескопическим способом.
Однако данное устройство имеет следующий существенный недостаток: отсутствует постоянная разгрузка тазобедренных суставов человека, и, как следствие, поврежденные суставы не восстанавливаются, так как в процессе работы устройства происходит отклонения оси тазобедренного шарнира относительно оси тазобедренного сустава человека за счет использования гибкой системы крепления устройства на теле пользователя, а именно, наличия в устройстве крепления ремней на которых закреплены верхние стойки в области тазобедренных суставов человека и манжетного крепления устройства в области большой берцовой кости.
Также известно вспомогательное устройство движения ("Walking assistance device" патент U.S. №2010/012/233, МПК А61Н 1/02, опубликованный ), предназначенное для разгрузки мышц нижних конечностей человека. Вспомогательное устройство движения включает в себя: седло; верхние и нижние стойки; шарниры расположенные относительно верхней части стойки бедра, коленных и голеностопных суставов; механизмы для передачи вращения от верхнего шарнира стойки бедра к коленным шарнирам; электропривода со следящей системой контроля. Верхние и нижние стойки соединены между собой при помощи коленного шарнира. Каждая верхняя стойка соединена с мотор-редуктором для развития вращения относительно коленного шарнира. При вращении коленного шарнира происходит вытягивание стойки, что приводит к подъему седла. Седло содержит дугообразные роликовые направляющие, в которых установлены ролики, ограничивающие перемещение верхних стоек. Ролики расположены между роликовыми направляющими и ползунками, закрепленными на верхнем шарнире стойки бедра. Управление устройством осуществляется ступней пользователя с помощью двух датчиков давления расположенных на ботинках.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности обеспечения соосности оси верхнего шарнира стойки бедра с осью тазобедренного сустава, что создает нерегулируемую нагрузку на тазобедренный сустав пользователя.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является ортопедический аппарат разгрузки нижних конечностей человека (патент на полезную модель Р.Ф. №88541, кл. A61F 5/04, опубликованный 20.09.2009) - принят за прототип. Он предназначен для разгрузки тазобедренного и коленного суставов, а также для безоперативного лечения сломанных костей. Ортопедический аппарат разгрузки нижних конечностей человека включает в себя шарнирно соединенные между собой верхнею, нижнюю и среднею части. Верхняя часть состоит из радиусной направляющей с передним упором, к которой закреплено седло и через перемычку тазобедренный шарнир. Средняя часть состоит из двух стоек, внутренняя из которых вверху соединена подвижно с радиусной направляющей, а внизу с коленным шарниром внутренний его частью. Наружная часть соединена вверху с тазобедренным шарниром, а внизу с наружной частью коленного шарнира. Между собой стойки соединены перемычкой. Нижняя часть состоит из U-образной стойки, снабженной V-образной манжетой для вытяжения, причем внутренняя и наружная части стойки соединены перемычкой, при этом U-образная стойка соединена со средней частью коленным шарниром. Средняя и нижняя части снабжены фиксирующими манжетами для прикрепления к голени и бедру.
Недостатком данного устройства является: отсутствие разгружающего эффекта относительно мышц нижних конечностей человека, вследствие отсутствия в устройстве электро- или пневмопривода;
Техническим эффектом ортопедического аппарата для разгрузки нижних конечностей человека является усиление мышечной силы нижних конечностей человека.
Указанный технический эффект достигается тем, что ортопедический аппарат для разгрузки нижних конечностей человека, включающий шарнирно соединенные между собой верхнюю, среднюю и нижнюю части, при этом верхняя часть состоит из радиусной направляющей с передним упором, к которой закреплено седло и через перемычку тазобедренный шарнир, средняя часть состоит из двух стоек, внутренняя из которых верху соединена подвижно с радиусной направляющей, а внизу - с коленным шарниром внутренней его частью, а наружная стойка соединена в верху с тазобедренным шарниром, а внизу - с коленным шарниром наружной его частью, между собой стойки соединены перемычкой, нижняя часть состоит из U-образной стойки, снабженной V-образной манжетой для вытяжения, причем внутренняя и наружная части стойки соединены перемычкой, при этом U-образная соединена со средней частью коленным шарниром, причем средняя и нижняя части снабжены фиксирующими манжетками для прикрепления к голени и бедру, согласно полезной модели дополнительно снабжен электродвигателем, установленным на оси тазобедренного шарнира, механизмом передачи движения от электродвигателя к U-образной стойке, установленного на осях тазобедренного и коленного шарниров, и механизмом фиксации оси тазобедренного шарнира относительно седла с перемычкой, установленным на этой оси, при этом устройство дополнительно снабжено системой управления электродвигателем.
Указанный технический эффект достигается и в конкретном варианте исполнения ортопедического аппарата в случаи выполнения механизма передачи движения в виде кривошипно-шатунного механизма.
Дополнительный эффект регулирования момента вращения вала электродвигателя достигается в конкретном исполнении ортопедического аппарата в случае выполнения системы управления электродвигателя в виде контактных выключателей, размещенных на площадке, установленной на U-образной стойке и датчиков отклонения наружной стойки от вертикальной оси.
Тот же дополнительный технический эффект достигается и в конкретном варианте исполнении ортопедического аппарата в случаи выполнения системы управления электродвигателя в виде микроконтроллера, связанного с датчиками давления, размещенными на площадке, установленной на U-образной стойке.
Основной технический эффект достигается и в конкретном варианте исполнения ортопедического аппарата в случаи выполнения системы управления электродвигателя в виде рычага с рукояткой смонтированного на наружной стойке и взаимодействующего с контактными выключателями установленными на тазобедренном шарнире.
Дополнительный эффект регулирования соосности между шарнирами аппарата и суставами человека достигается в конкретном исполнении ортопедического аппарата в случаи, когда вращающиеся части механизма передачи движения от электродвигателя к U-образной стойке заключены в корпуса, установленные внутри наружной стойки.
Усиление мышечной силы нижних конечностей человека осуществляется электродвигателем, формирующим усилительный момент, прикладываемый к оси тазобедренного шарнира, наружной стойке. Момент, формируемый электродвигателем, прикладывается к U-образной стойке через механизм передачи движения. Управление работой электродвигателя осуществляется системой управления.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами: на Фиг.1 - представлен общий вид (вид слева) ортопедического аппарата для разгрузки нижних конечностей человека, на Фиг.2 - представлен общий вид (вид спереди) ортопедического аппарата для разгрузки нижних конечностей человека, на Фиг.3 - представлен разрез А-А общего вида на фиг 1 ортопедического аппарата для разгрузки нижних конечностей человека.
Электродвигатель 7 закреплен через фланец крепления 28 на наружной стойке 12 в области тазобедренного шарнира 5 и прикладывает вспомогательный момент вращения относительно оси 29 тазобедренного шарнира 5 и наружной стойки 12.
Для осуществления подъема наружной стойки 12 относительно корпуса пользователя введен механизм фиксации 4, седла 23 с тазобедренной перемычкой 24 относительно оси 29 тазобедренного шарнира 5. Механизм фиксации 4, содержит кронштейн 30, закрепленный на оси 29 тазобедренного шарнира 5 и диск 31 закрепленный на тазобедренной перемычке 24, на кронштейне 30 механизма фиксации параллельно диску 31 закреплены фиксирующие элементы 32.
Отклонение голени пользователя от начального положения под воздействием момента вращения электродвигателя 7 осуществляется через механизм передачи движения, содержащий кривошип 9, закрепленный на оси 29 тазобедренного шарнира 5, кривошип 10, закрепленный на оси 33 коленного шарнира 6, шатун 11. Кривошип 9 установлен в верхнем корпусе 16, который закреплен внутри наружной стойки 12. Кривошип 10 установлен в корпусе 17, который закреплен внутри наружной стойки 12 и в верхней части U-образной стойки 8. Механизм передачи движения от электродвигателя 7 к U-образной стойке 8 может быть выполнен в виде зубчато ременной передачи или в виде тросовой передачи.
В нижней части U-образной стойки 8 под стопой пользователя расположена площадка 15 с двумя контактными выключателями 13, 14. Контактные выключатели 13, 14, расположенные на площадке 15, предназначены для реверсивного управления электродвигателем 7. Положение площадки 15 по высоте регулируется с помощью винтов. Угловое положение наружной стойки 12 предопределяется датчиками положения по углу с возможностью регулирования угла положения датчиков.
Система управления электродвигателем 7 может быть представлена в виде микроконтроллера (например: серии PIC или серии Atmel), связанного с
Ортопедический аппарат для разгрузки нижних конечностей человека включает: верхнюю часть 1, среднюю часть 2 и нижнюю часть 3; механизм фиксации 4; тазобедренный шарнир 5 и коленный шарнир 6; электродвигатель 7, механизм передачи движения от электродвигателя 7 к U-образной стойке 8, представленный в виде кривошипно-шатунного механизма, содержащего: кривошипы 9 и 10, шатун 11; систему управления (отдельной позицией не показанную), представленную в виде датчиков положения по углу (отдельной позицией не показаны) наружной стойки 12, двух контактными выключателей 13, 14 расположенных на площадке 15; верхний корпус 16; нижний корпус 17; манжеты крепления устройства к телу пользователя: фиксирующая манжета бедра 18, фиксирующая манжета голени 19, V-образная манжета 20.
Верхняя часть 1 включает в себя: радиусную направляющею 21 с радиусным упором 22; седло 23; тазобедренный шарнир 5; тазобедренную перемычку 24.
Средняя часть 2 содержит: внутреннею 25 и наружною стойки 12, коленный шарнир 6; перемычку бедра 26.
Нижняя часть 3 состоит из U-образной стойки 8; V-образной манжеты 20; перемычки голени 27.
Радиусная направляющая 21 соединена с тазобедренным шарниром 5 через тазобедренную перемычку 26. Седло 23 закреплено на радиусной направляющей 21.
Наружная стойка 12 вверху соединена подвижно с радиусной направляющей 21, а внизу с коленным шарниром 6 внутренней его частью. Наружная стойка 12 соединена вверху с тазобедренным шарниром 5, а внизу с коленным шарниром 6 наружной его частью. Между собой стойки соединены перемычкой бедра 26.
U-образная стойка 8 соединена со средней частью 2 коленным шарниром 6. Наружная и внутренняя части U-образной стойки 8 соединены перемычкой голени 27.
датчиками давления, расположенными на площадке 15, установленной на U-образной стойке 8. При этом система управления электродвигателем 7 может быть представлена в виде рукоятки с рычагом, смонтированной на наружной стойке 12, взаимодействующей с двумя контактными выключателями, установленными на тазобедренном шарнире 5.
Коррекция соосности тазобедренного и коленного шарниров относительно тазобедренного и коленного суставов человека осуществляется изменением высоты крепления верхнего корпуса 16 к наружной стойке 12, высоты крепления нижнего корпуса 17 к наружной стойке 12 и U-образной стойке 8, изменением высоты крепления радиусной направляющей 21 и U-образной стойки 8 к внутренней стойке 25.
Устройство крепится к телу пользователя с помощью фиксирующей манжеты бедра 18, фиксирующей манжеты голени 19, V-образной манжеты 20.
Устройство работает следующим образом.
Пользователь располагается на седле 23 устройства и стопой над площадкой 15 и закрепляет устройство на своем теле с помощью фиксирующей манжеты бедра 18, фиксирующей манжеты голени 19, V-образной манжеты 20. Выставляет ориентацию датчиков положения угла наружной стойки 12. Осуществляет фиксацию оси 29 тазобедренного шарнира 5 устройства относительно седла 23 и перемычки 24 при помощи механизма фиксации 4. Включает электродвигатель 7 аппарата нажатием носком стопы на контактный выключатель 13.
Электродвигатель 7 формирует вспомогательный момент вращения, прикладываемый к оси 29 тазобедренного шарнира 5 устройства и наружной стойке 12, осуществляя подъем бедра пользователя. Одновременно с подъемом бедра пользователя осуществляется отклонение его голени от начального вертикального положения в результате прикладываемого момента вращения электродвигателя 7 к U-образной стойке 8, с помощью механизма передачи движения, в качестве которого может быть использован кривошипно-шатунный механизм. Электродвигатель 7 передает момент вращения на кривошип 9, с которого момент вращения передается на кривошип 10 и ось 33 коленного шарнира 6 через шатун 11. Кривошипы 9 и 10 вращаются внутри корпусов 16 и 17 соответственно.
При отклонении наружной стойки 12 на заданный угол осуществляется электрическое замыкание датчиков отклонения наружной стойки 12 от вертикальной оси, в результате, которого электродвигатель 7 останавливается.
Пользователь осуществляет перемещение здоровой ногой. Включает реверсивное вращение электродвигателя 7 нажатием пяткой стопы на контактный выключатель 14.
В случае исполнения системы управления, в виде:
1. микроконтроллера (например: серии PIC или серии Atmel) связанного с датчиками давления, расположенными на площадке 15, установленной на U-образной стойке 8;
2. рукоятки с рычагом, смонтированной на наружной стойке 12 взаимодействующей с двумя контактными выключателями, установленными на тазобедренном шарнире 5, осуществляется запуск, остановка и реверсивное управление электродвигателем 7.
Электродвигатель 7 прикладывает обратный момент вращения к оси 29 тазобедренного шарнира 5 устройства, наружной стойкие 12 и к U-образной стойки 8, осуществляя подъем корпуса пользователя и возвращая бедро и голень в начальное положение.
Для наклона корпуса пользователя и движения без электродвигателя 7 пользователь отключает механизм фиксации 4, оси 29 тазобедренного шарнира 5 с седлом 23 и тазобедренной перемычкой 24.
Благодаря использованию в ортопедическом аппарате электродвигателя, механизма фиксации седла с тазобедренной перемычкой относительно оси тазобедренного шарнира, механизма передачи движения от электродвигателя к U-образной стойке и системы управления электродвигателем осуществляется усиление мышечной силы нижних конечностей человека.