УСТРОЙСТВО РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЯМИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR REHABILITATION OF PATIENTS WITH DISORDERS OF THE MUSCULOSKELETAL SYSTEM

[0001] Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для медико-социальной реабилитации пациентов с нарушениями локомоторной и постуральной функций вследствие заболеваний, травм и пороков развития нервной системы и опорно-двигательного аппарата разной тяжести, в том числе детским церебральным параличом, миелодисплазиями, артрогрипозом, спинномозговой и черепно-мозговой травмами, а также с задержками в психомоторном развитии. Характерной особенностью изобретения является возможность использовать его при реабилитации пациентов различных возрастов с частичной или полной тетраплегией.
[0002] Известно устройство для обучения и/или реабилитации пациентов, не способных ползать на четвереньках (RU 2272608, А61Н 3/00, 2004), выполненное на основе лотка или пуфика под грудь и живот пациента, с приспособлениями для фиксации к лотку или пуфику тела пациента. Устройство содержит две поперечные транспортные ручки, выполненные для избирательного приподнимания или опускания передней или задней частей лотка или пуфика и для горизонтального перемещения лотка или пуфика, при этом каждая ручка прикреплена одним концом к левой боковине лотка или пуфика, а другим концом к правой боковине, причем места крепления транспортных ручек разнесены на каждой боковине в продольном направлении к переднему и заднему концам лотка или пуфика.
[0003] Известно устройство для обучения ходьбе и движениям пациента с психоневрологическими нарушениями и заболеваниями опорно-двигательного аппарата (RU 2454986, A61H 3/00, 2011), содержащее функциональный скелет, выполненный из соединенных между собой жестких элементов с возможностью регулирования длины каждого жесткого элемента. В верхней части элемента, расположенного вертикально напротив позвоночника пациента, со стороны спины жестко закреплен первый поперечный элемент, а в нижней его части жестко закреплен второй поперечный элемент.
[0004] К концам первого поперечного элемента шарнирно крепятся элементы, располагающиеся с тыльных сторон плеча, предплечья и кисти, соединенные между собой шарнирно в местах расположения локтевых и лучезапястных суставов пациента. К концам второго поперечного элемента шарнирно крепятся элементы, располагающиеся с тыльных сторон бедра, голени и под стопой пациента, соединенные между собой шарнирно в местах расположения коленных и голеностопных суставов пациента.
[0005] Жесткие элементы функционального скелета имеют устройства для фиксации туловища и верхних и нижних конечностей пациента на функциональном скелете, выполненные в виде эластичных тяг с регулируемым натяжением. В каждом из шарнирных соединений функционального скелета установлен электродвигатель, вращающий жесткий элемент по заданной программе.
[0006] Жесткий вертикальный элемент функционального скелета в средней своей части выполнен с шарнирным соединением и связан с электродвигателем, обеспечивающим поворот влево-вправо туловища пациента на заданный угол, а на первом поперечном жестком элементе функционального скелета жестко закреплены жесткие тяги для подъема функционального скелета над опорной поверхностью.
[0007] Известна опора для ползания «Светлячок», описанная в полезной модели RU 147419, А61Н 3/00, 2014. Данная опора предназначена для обучения навыку ползания на четвереньках детей с диагнозом детский церебральный паралич (ДЦП), с травмой позвоночника, нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, а также при задержках в развитии детей. Поставленная задача достигается опорой для ползания, включающей мягкое ложе с боковыми сторонами под грудь и живот ребенка, с приспособлениями для фиксации тела.
[0008] К мягкому ложу прикреплены стропы для избирательного приподнимания или опускания передней или задней частей мягкого ложа. Места крепления строп разнесены на каждой боковой стороне в продольном направлении к переднему и заднему концам ложа. Опора снабжена колесами. Опора выполнена в форме перекрещивающихся и жестко закрепленных в верхней части дугообразных ножек, к которым подвешено с помощью строп мягкое ложе. В верхней части дугообразных ножек выполнены отверстия для строп мягкого ложа. Стропы выполнены с возможностью регулирования по длине.
[0009] Концы дугообразных ножек прикреплены к платформам, имеющим вертикальные щитки с внутренней стороны, обращенной к мягкому ложу. К нижней части платформ прикреплены колеса. Мягкое ложе в области таза ребенка образует трусики, имеющие по бокам застежки. Мягкое ложе имеет приспособления для фиксации тела ребенка в форме поперечного ремня для туловища и нагрудных ремней вдоль туловища. Данное устройство улучшает условия для реабилитации детей со слабым тонусом мышц или со спастической патологией, а также позволяет обучать двигательным паттернам в более комфортных и безопасных условиях, с уменьшением трудоемкости при проведении курса реабилитации.
[0010] Применение активных экзоскелетов, прогресс в разработке и производстве которых в последнее время отмечается в технологически передовых странах, позволяет проводить реабилитацию пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата в условиях максимально приближенных к естественным движениям. Однако используемые в настоящее время экзоскелеты позволяют выполнять реабилитационные мероприятия только у пациентов с нарушениями двигательных функций нижних конечностей. При этом в большинстве случаев необходимо дополнительно использовать ручные костыли, что требует специальной подготовки пациента, а также не всегда возможно при определенных заболеваниях. Кроме того, обычно пациента в экзоскелете во время движения страхует ассистент.
[0011] В заявляемом изобретении предлагается в качестве естественных движений, выполняемых активным экзоскелетом, использовать режим тетрапедальной ходьбы, т.е. ходьбы на четвереньках. Такое движение позволяет задействовать одновременно верхние и нижние конечности пациента. Это дает возможность проводить эффективную реабилитацию даже пациентов с полной потерей способности использовать все четыре конечности и туловище. Кроме того, ограничением применения активных экзоскелетов являются нарушение целостности кожных покровов в крестцовой и пяточной областях, а также над позвоночником. Устройство для тетрапедальной ходьбы снимает давление с этих зон и преодолевает эти ограничения.
[0012] Использование активного экзоскелета, реализующего режим тетрапедальной ходьбы, позволяет максимально возможно ограничить физическое взаимодействие обслуживающего персонала с пациентом в процессе реабилитации, исключить опорные костыли, используемые с экзоскелетами при бипедальной ходьбе, упростить подготовку пациента к реабилитации.
[0013] Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала технических средств устройств реабилитации пациентов с нарушениями локомоторной и постуральной функций при заболеваниях/травмах/пороках развития нервной системы и опорно-двигательного аппарата. Кроме того, техническим результатом также является уменьшение габаритов, повышение мобильности устройства, а также возможность полностью автоматизировать процесс реабилитации и исключить риск получения травм.
[0014] Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство реабилитации пациентов с нарушениями локомоторной и постуральной функций содержит активный экзоскелет и несущую тележку, предназначенную для взаимодействия с ним.
[0015] Активный экзоскелет включает в себя тазовое звено, предназначенное для крепления к нижней части торса пациента, и спинку, предназначенную для крепления к торсу пациента и состоящую из двух частей. Нижняя часть спинки соединена с тазовым звеном с возможностью вращения (поворота) в поперечной (горизонтальной) плоскости, а верхняя соединена с нижней частью с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости.
[0016] Активный экзоскелет также включает в себя правое звено бедра и левое звено бедра, каждое из которых установлено на тазовом звене с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости и предназначено для крепления к соответствующему бедру пациента.
[0017] Активный экзоскелет также включает в себя правое звено голени и левое звено голени, каждое из которых установлено на соответствующем звене бедра с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости и предназначено для крепления к соответствующей голени пациента.
[0018] Активный экзоскелет также включает в себя правое звено стопы и левое звено стопы, каждое из которых установлено на соответствующем звене голени и предназначено для крепления к соответствующей стопе пациента. Каждое звено стопы имеет в носовой части контактную площадку, предназначенную для взаимодействия с опорной поверхностью, т.е. поверхностью, по которой будет перемещаться активный экзоскелет в процессе осуществления реабилитационных мероприятий.
[0019] Активный экзоскелет также включает в себя правое звено плеча и левое звено плеча, каждое из которых установлено на верхней части спинки с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости и предназначено для крепления к соответствующему плечу пациента.
[0020] Активный экзоскелет также включает в себя правое звено предплечья и левое звено предплечья, каждое из которых установлено на соответствующем звене плеча с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости и предназначено для крепления к соответствующему предплечью пациента.
[0021] Активный экзоскелет также включает в себя правое и левое звено кисти, каждое из которых установлено на соответствующем звене предплечья и предназначено для крепления к соответствующей кисти пациента. Каждое звено кисти имеет контактную площадку, предназначенную для взаимодействия с опорной поверхностью.
[0022] Звенья активного экзоскелета могут иметь регулировки под антропометрические параметры пациента или могут быть выполнены индивидуально для каждого конкретного пациента. Крепление звеньев активного экзоскелета к соответствующим частям тела может осуществляться любыми известными средствами. В частности, могут использоваться ремни или лямки, в том числе упругие.
[0023] Активный экзоскелет также включает в себя правую контактную площадку и левую контактную площадку, каждая из которых расположена в области соответствующего коленного сустава и предназначена для взаимодействия с опорной поверхностью.
[0024] Активный экзоскелет также включает в себя первые соединительные элементы, расположенные на спинке. В качестве соединительных элементов могут быть использованы различные замки, фиксирующие и сцепные устройства, захваты и т.п. как с ручным приводом, так и автоматические.
[0025] И, кроме того, активный экзоскелет включает в себя электроприводы, предназначенные для осуществления относительного движения между верхней и нижней частями спинки, между нижней частью спинки и тазовым звеном, между тазовым звеном и звеньями бедра, между звеньями бедра и голени, между верхней частью спинки и звеньями плеча, между звеньями плеча и предплечья, а также систему управления, связанную с электроприводами.
[0026] Для специалистов в данной области техники будет понятно, что электроприводы для активного экзоскелета могут представлять из себя комбинации различных типов электродвигателей и механических передач, таких как зубчатые, ременные и шарико-винтовые передачи. Также очевидно, что система управления может быть реализована с использованием стандартных электронных устройств, включая промышленные контроллеры и встраиваемые компьютеры.
[0027] Несущая тележка выполнена в виде П-образной рамы на колесах и включает в себя электромеханический манипулятор с траверсой. На траверсе расположены вторые соединительные элементы, предназначенные для взаимодействия с первыми соединительными элементами активного экзоскелета.
[0028] Электромеханический манипулятор выполнен с возможностью фиксации активного экзоскелета в первом (начальном) положении и с возможностью перемещения активного экзоскелета из первого положения на опорную поверхность во второе (рабочее) положение.
[0029] Первым (начальным) положением активного экзоскелета является такое положение, при котором активный экзоскелет зафиксирован на электромеханическом манипуляторе в положении, наиболее удобном для помещения в него пациента, например, как будет показано далее, в позе «сидя с вытянутыми вперед руками».
[0030] В частном случае исполнения устройства реабилитации каждое звено стопы установлено на соответствующем звене голени с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости, а устройство снабжено дополнительными электроприводами активного экзоскелета, предназначенными для осуществления относительного движения между звеньями стопы и голени.
[0031] В частном случае исполнения устройства реабилитации каждое звено кисти установлено на соответствующем звене предплечья с возможностью вращения (поворота) в сагиттальной плоскости, а устройство снабжено дополнительными электроприводами активного экзоскелета, предназначенными для осуществления относительного движения между звеньями кисти и предплечья.
[0032] Вышеизложенное представляет собой краткое изложение сущности изобретения и, таким образом, может содержать упрощения, обобщения, включения и/или исключения подробностей; следовательно, специалистам в данной области техники следует принять во внимание, что данное краткое изложение сущности изобретения является только иллюстративным и не подразумевает какое-либо ограничение.
[0033] Для лучшего понимания сути предлагаемого решения ниже приводится описание конкретного примера выполнения, не являющееся ограничительным примером практической реализации устройства реабилитации в соответствии с заявляемым изобретением со ссылками на рисунки, на которых представлено следующее.
[0034] На фиг. 1 изображено устройство реабилитации с экзоскелетом в первом положении, вид спереди, аксонометрия.
[0035] На фиг. 2 изображено устройство реабилитации, вид справа.
[0036] На фиг. 3 изображена несущая тележка, вид спереди, аксонометрия.
[0037] На фиг. 4 изображено устройство реабилитации с экзоскелетом во втором положении, вид спереди, аксонометрия.
[0038] На фиг. 5 изображен активный экзоскелет во втором положении, вид спереди, аксонометрия.
[0039] На фиг. 6 изображен активный экзоскелет во втором положении, вид сзади, аксонометрия.
[0040] На фиг. 7 изображен активный экзоскелет во втором положении, вид справа.
[0041] На фиг. 8 изображен активный экзоскелет в движении, вид справа.
[0042] Следует учесть, что на чертежах представлены только те детали, которые необходимы для понимания существа предложения, а сопутствующее оборудование, хорошо известное специалистам в данной области, на чертежах не представлено.
[0043] Как показано на фиг. 1 устройство реабилитации 1 пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата содержит активный экзоскелет 10 верхних и нижних конечностей и несущую тележку 50. Активный экзоскелет 10 и несущая тележка 50 выполнены таким образом, что они соединены в первом положении и разъединены во втором положении.
[0044] Активный экзоскелет 10 включает в себя тазовое звено 11 и спинку 12, состоящую из частей верхней 13 и нижней 14. Нижняя часть 14 спинки шарнирно соединена с тазовым звеном 11 с возможностью вращения в поперечной плоскости. Указанное вращение осуществляется с помощью электропривода 15, выполненного в виде электромеханического актуатора.
[0045] Верхняя часть 13 спинки шарнирно соединена с нижней частью 14 с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Указанное вращение осуществляется с помощью электропривода 16, выполненного в виде электромеханического актуатора.
[0046] Тазовое звено 11 крепится к нижней части торса пациента с помощью лямок (на чертеже на показаны). Спинка 12 крепится к торсу пациента также с помощью лямок (на чертеже на показаны). Крепиться могут как одна, так и обе части спинки.
[0047] Правое звено 17 бедра и левое звено 18 бедра шарнирно соединены с тазовым звеном 11 с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Указанное вращение осуществляется с помощью электроприводов 19 и 20 вращения, соответственно.
[0048] Правое звено 21 голени шарнирно соединено с правым звеном 17 бедра с возможностью вращения в сагиттальной плоскости, а левое звено 22 голени шарнирно соединено с левым звеном 18 бедра с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Данные движения осуществляются с помощью электроприводов 23 и 24 вращения, соответственно.
[0049] На правом 21 звене голени в области правого коленного сустава (коленного шарнира) расположена контактная площадка 25. На левом 22 звене голени в области левого коленного сустава (коленного шарнира) расположена контактная площадка 26.
[0050] Правое звено 27 стопы установлено на правом звене 21 голени, а левое звено 28 стопы установлено на левом звене 22 голени. На правом звене 27 стопы расположена контактная площадка 29, а на левом звене 28 стопы расположена контактная площадка 30.
[0051] Звенья 27 и 28 стоп могут быть закреплены на звеньях 21 и 22 голеней в одном из фиксированных положений или могут иметь с последними упругую связь для самоустановки в процессе движения. В данном конкретном примере исполнения правое звено 27 стопы шарнирно установлено на правом звене 21 голени с возможностью вращения в сагиттальной плоскости, а левое звено 28 стопы шарнирно установлено на левом звене 22 голени также с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Данные движения осуществляются с помощью электроприводов 31 и 32 вращения, соответственно.
[0052] Правое звено 33 плеча и левое звено 34 плеча шарнирно установлены на верхней части 13 спинки с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Данные движения осуществляются с помощью электроприводов 35 и 36 вращения, соответственно.
[0053] Правое звено 37 предплечья шарнирно соединено с правым звеном 33 плеча с возможностью вращения в сагиттальной плоскости, а левое звено 38 предплечья шарнирно соединено с левым звеном 34 плеча с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Данные движения осуществляются с помощью электроприводов 39 и 40 вращения, соответственно.
[0054] Правое звено 41 кисти установлено на правом звене 37 предплечья, и левое звено 42 кисти установлено на левом звене 38 предплечья. На правом звене 41 кисти расположена контактная площадка 43, а на левом звене 42 расположена контактная площадка 44.
[0055] Звенья 41 и 42 кистей могут быть закреплены на звеньях 37 и 38 предплечий в одном из фиксированных положений или могут иметь с последними упругую связь для самоустановки в процессе движения. В данном конкретном примере исполнения правое звено 41 кисти шарнирно установлено на правом звене 37 предплечья с возможностью вращения в сагиттальной плоскости, а левое звено 42 кисти шарнирно установлено на левом звене 38 предплечья также с возможностью вращения в сагиттальной плоскости. Данные движения осуществляются с помощью электроприводов 45 и 46 вращения, соответственно.
[0056] Звенья 17 и 18 бедер, звенья 21 и 22 голеней, звенья 27 и 28 стоп, звенья 33 и 34 плеч, звенья предплечий 37 и 38, а также звенья 41 и 42 кистей крепятся к соответствующим частям тела пациента с помощью лямок (на чертежах на показаны).
[0057] Контактные площадки 25 и 26, 29 и 30, 43 и 44 предназначены для взаимодействия с опорной поверхностью, по которой будет перемещаться активный экзоскелет в процессе осуществления реабилитационных мероприятий.
[0058] На спинке 12 расположены первые соединительные элементы 45. Соединительные элементы 45 могут располагаться как на одной, так и на обеих частях спинки 12. В данном примере исполнения устройства реабилитации первые соединительные элементы выполнены в виде стержней шариковых замков.
[0059] В спинке 12 размещена система управления, связанная со всеми электроприводами 15, 16, 19, 20, 23, 24, 31, 32, 35, 36, 39, 40, 45, 46 и источник электропитания системы управления и электроприводов.
[0060] Как показано на фиг. 3 несущая тележка 50 выполнена в виде П-образной рамы 51 на колесах 52. Несущая тележка 50 включает в себя электромеханический манипулятор 53 с траверсой 54, обеспечивающей удержание активного экзоскелета 10 в первом положении и при его перемещении во второе положение. На траверсе 54 расположены вторые соединительные элементы 55, предназначенные для взаимодействия с первыми соединительными элементами активного экзоскелета. В данном примере соединительные элементы 55 выполнены в виде шариковых замков.
[0061] Работа устройства 1 реабилитации пациентов с нарушениями локомоторной и постуральной функций вследствие заболеваний, травм и пороков развития нервной системы и опорно-двигательного аппарата осуществляется следующим образом. В первом (начальном) положении (фиг. 1 и фиг. 2) активный экзоскелет 10 зафиксирован на траверсе 54 электромеханического манипулятора 53 при помощи соединительных элементов 45 и 55 и расположен над скамьей 2. В данном конкретном примере активный экзоскелет 10 принимает сидячую позу с вытянутыми вперед руками. Для специалиста очевидно, что в зависимости от степени нарушений опорно-двигательного аппарата и антропометрических параметров пациента поза и положение активного экзоскелета 10 на несущей тележке 50 может регулироваться.
[0062] Пациента (на чертежах не показан) усаживают на скамью 2 и закрепляют части тела на соответствующих звеньях активного экзоскелета 10. После этого по командам системы управления приводят активный экзоскелет 10 в положение, при котором все контактные площадки 25, 26, 29, 30, 43 и 44 располагаются в одной плоскости (фиг. 7). Далее с помощью электромеханического манипулятора 53 поворачивают и перемещают активный экзоскелет 10 с пациентом во второе положение (фиг. 4), при котором экзоскелет 10 всеми контактными площадками 25, 26, 29, 30, 43, 44 встает на опорную поверхность.
[0063] Разъединяют соединительные элементы 45 и 55, освобождают траверсу 54 и отводят несущую тележку 50. Активный экзоскелет 10 с пациентом остается на опорной поверхности (фиг. 5-7). После этого, по командам системы управления электроприводы 19, 20, 23, 24, 31, 32, 35, 36, 39, 40, 45, 46 приводят в действие соответствующие звенья активного экзоскелета 10, реализуя заданный паттерн движения (фиг. 8). При этом для обеспечения свободного движения звеньев 17 и 18 бедер по командам системы управления электропривод 16 осуществляет относительный поворот верхней 13 и нижней 14 частей спинки в сагиттальной плоскости, а электропривод 15 осуществляет относительный поворот нижней 14 частей спинки и тазового звена 11 в поперечной плоскости.
[0064] Хотя в данном документе были описаны различные стороны осуществления заявленного изобретения, специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие подходы к осуществлению данного изобретения. Различные стороны и реализация данного изобретения изложены в настоящем описании в иллюстративных целях и не подразумевают ограничения, причем объем защиты настоящего изобретения указан в нижеследующей формуле изобретения.