УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ ТРАВМАТОЛОГО-ОРТОПЕДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Описание
Устройство относится к области медицины, а именно к диагностике и реабилитации пациентов травматолого-ортопедического профиля.
Технический результат заявленного устройства заключается в повышении автономности механотерапевтических процедур посредством динамической адаптации нагрузок к реакции и состоянию пациента.
Полезная модель иллюстрируется фигурами, на которых схематично изображено:
на фиг. 1 – общий вид заявленного устройства;
на фиг. 2 – основание устройства в разрезе
на фиг. 3 – внешний вид ложемента устройства
на фиг. 4 – модуль электромиографии
на фиг. 5 – внешний вид подставки для фиксации стопы
на фиг. 6 – модуль силомоментной обратной связи
на фиг. 7 – отсек привода и системы управления
Устройство для диагностики и реабилитации пациентов травматолого-ортопедического профиля состоит из основания 1, ложемента 2 с тканевыми ремнями, поддерживающего бедро и голень пациента, подставки фиксации стопы 3, модуля силомоментной обратной связи 4 и отсека с приводом и управлением 5. Общий вид устройства представлен на фиг. 1.
Основание устройства изготовлено из листовой стали и алюминиевого проката. Основание служит кожухом подвижным механизмам устройства, а также опорой для остального оборудования. На фиг. 2 показано основание устройства в разрезе.
Ложемент с тканевыми ремнями, поддерживающий бедро и голень пациента, изображенный на фиг. 3 – это жёсткая надстройка над основанием, состоящая из сваренных стальных труб и имеющая шарниры в месте предполагаемого нахождения коленного сустава пациента. Каркас ложемента обладает регулировочными винтами и телескопическими элементами для адаптации устройства к физиологическим особенностям пациента. Ногу пациента закрепляют на ложементе при помощи плотных нейлоновых ремней, которые могут изменять длину и фиксироваться застёжкой-липучкой. Возможно использование индивидуальных подкладных хлопчатобумажных или иных тканевых элементов в гигиенических целях.
На ноге пациента внутри ложемента располагают электроды электромиографа, изображенного на фиг. 4, собирающего информацию о мышечной активности.  Это специальный модуль для регистрации мышечных сокращений, при помощи которого будут собираться данные о движении пациента и состоянии его мышечных тканей. Данные электроды неинвазивного типа, для получения данных достаточно очистить кожу и приклеить электрод. Электромиограф выполнен виде навесного модуля, который будет соединён с микропроцессорным устройством.
Стопу пациента закрепляют в специальной подставке, изображенной на фиг. 5 и фиксируют при помощи ремней. Подставка изготовлена из листовой стали, стального проката, нейлоновой ткани в качестве обивки.
Модуль силомоментной обратной связи, изображенный на фиг. 6, содержит тензорезистор, располагается на основании устройства и двигается по рельсовым направляющим вместе с гайкой шарико-винтовой передачи. Корпус модуля состоит из алюминиевого проката и стальных листовых деталей.
Работа модуля силомоментной обратной связи основана на преобразовании усилия приложенного к ложементу пациентом в упругую деформацию тензорезистора. Изменение усилия может быть расценено как осознанное или неосознанное противодействие движению исполнительного механизма. Преодоление определённого уровня силы (веса) этих противодействий служит сигналом о необходимости корректировки режима работы. Таким образом организуется сило-моментная обратная связь между ногой пациента и исполнительным механизмом установки. Важный аспект работы этого элемента – необходимость   использования усилителя сигнала.
Отсек для привода и системы управления, изображенный на фиг. 7, включает электродвигатель с силовыми ключами, вал, редуктор, микропроцессорное устройство и драйвер управления двигателем. И расположен в пустотах основания устройства.
Плавность работы механизмов устройства обеспечена рельсовыми направляющими, шарико-винтовая передача приводит в движение ложемент. Вращение винта шарико-винтовой передачи обеспечивает электродвигатель постоянного тока с планетарным редуктором. Планетарный редуктор равномерно распределяет нагрузку. Переходная компенсирующая муфта обеспечивает соосность вала двигателя и винта шарико-винтовой передачи.
Сущность работы устройства заключается в следующих этапах:
1. Подключение питания устройства:
– питание поступает на силовые ключи двигателя и микропроцессорное устройство через встроенные стабилизирующие фильтры,
– питание поступает к датчику положения вала двигателя и к тензорезистору.
2. Подготовка к работе перед запуском программы тренировки:
– микропроцессорное устройство опрашивает датчики и формирует сигнал для силового ключа двигателя – вывести ложемент в начальную точку (вращение двигателя на определённое количество оборотов),
– корректируются показания тензорезисторов – микропроцессорное устройство принимает текущее значение массы, приложенной к датчику за нулевое значение.
3. Запускается программа тренировки:
– микропроцессорное устройство, получив внешнюю команду от оператора (нажатие кнопки пуск), передаёт управляющий сигнал силовым ключам электродвигателя,
– силовой ключ открывает питание электродвигателя с редуктором, который начинает вращаться и вращать винт шарико-винтовой передачи, перемещающей ложемент с ногой,
– скорость и количество оборотов контролируют датчики положения вала, которые передают информацию о работе двигателя микропроцессорному устройству,
– как только двигатель провернёт винт на достаточное количество оборотов для перемещения ложемента в конечную точку (когда нога в колене согнута), микропроцессорное устройство отдаст команду о смене направления вращения,
– если во время тренировки пациент окажет воздействие на ложемент, это воздействие отследят тензорезисторы и отправят сигнал микропроцессорному устройству, которое откорректирует программу тренировки (увеличит или уменьшит скорость вращения двигателя, либо полностью остановит его).
4. Окончание тренировки:
– выполнив несколько циклов сгибания-разгибания ноги, микропроцессорное устройство или оператор отдаст команду о прекращении тренировки,
– электродвигатель выведет ложемент в начальную точку, в которой нога пациента может быть освобождена,
– данные о прошедшей тренировке сохранятся в энергонезависимой памяти микропроцессорного устройства,
– питание может быть отключено.
Для пациента тренировка на заявленном устройстве будет выглядеть следующим образом.
Пациент садится в кресло рядом с устройством, его ногу помещают внутрь ложемента, подстраивают длину телескопических элементов в соответствии с ростом пациента. Закрепляют электроды электромиографа, фиксируют ногу ремнями внутри ложемента. Далее с пульта включаются программы тренировки. Тренировка может быть пассивной: пациент не участвует в занятии, а устройство совершает манипуляции само. Также тренировка может быть активной: пациент может своими усилиями, увеличивать или уменьшать нагрузку в ходе тренировки.
Тренировка представляет собой сгибание и разгибание ноги в коленном суставе. По окончанию программы тренировки нога выводится в нейтральное положение для извлечения.