Мехатронное устройство для реабилитации пациентов с нарушением работы нижних конечностей

Мехатронное устройство для реабилитации пациентов с нарушением функций нижних конечностей относится к области медицины, а именно к устройствам пассивной лечебной гимнастики для восстановления функции суставов.
Полезная модель может быть использована для реабилитации и предназначена для проведения терапии у пациентов, имеющих нарушение работы коленного, тазобедренного и голеностопного суставов. Терапия заключается в принудительном сгибании суставов, по заранее установленной программе, без участия человека.
В качестве прототипа, выбрано устройство для реабилитации коленного и тазобедренного суставов (патент на полезную модель №148127 U1 от 05.08.2014, опубл. 27.11.2014, МПК А61Н 1/02), содержащее основание и раму, установленную на основании через подвижные каретки, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом рама содержит средства фиксации для бедра и голени и опору для стопы, реверсивный электропривод, обеспечивающий возвратно-поступательное движение подвижных кареток, электронный блок управления.
Существенными недостатками прототипа является выполнение движения только в одной плоскости, вследствие чего воздействие оказывается только на тазобедренный и коленный сустав, что значительно сужает сферу применения данного устройства.
Технической задачей предлагаемого устройства является создание простого в эксплуатации устройства, позволяющего проводить реабилитационные воздействия на тазобедренном, коленном и голеностопном суставе одновременно за счет обеспечения согласованного движения элементов устройства в нескольких плоскостях.
Данное воздействие позволит сформировать динамический стереотип движения и уменьшить сроки реабилитации пациента.
Техническая задача достигается тем, что мехатронное устройство для реабилитации пациентов с нарушением функций нижних конечностей, содержит основание и раму, установленную на основании через подвижные каретки, выполненные с возможностью возвратно-поступательного движения, при этом рама содержит средства фиксации для бедра и для голени, ремни, опору для стопы, реверсивный электропривод, обеспечивающий возвратно-поступательное движение подвижных кареток, электронный блок управления, согласно полезной модели рама содержит четыре шарнирные соединения: между рамой и основанием, между средством для фиксации бедра и средством для фиксации голени рамы, между средством для фиксации голени и подвижными каретками, в фронтальной плоскости поворота стопы между рамой и опорой для стопы, при этом опора для стопы выполнена с возможностью поворота в двух плоскостях, горизонтальной и фронтальной относительно основания, за счет вращательного движения передаваемого двумя дополнительными электроприводами.
Устройство обеспечивает возвратно-поступательные движения рамы (сгибание/разгибание) со следующими параметрами:
- угол поворота рамы в шарнирном соединении коленного сустава - от 5 до 130 град;
- угол поворота рамы в шарнирном соединении тазобедренного сустава - от 10 до 100 град.
Устройство обеспечивает вращательные движения опоры для стопы (сгибание/разгибание и ротацию голеностопного сустава) со следующими параметрами:
- угол поворота опоры для стопы в шарнирном соединении голеностопного сустава, горизонтально относительно стопы - от 30 до 120 град;
- угол поворота опоры для стопы в шарнирном соединении голеностопного сустава, вертикально относительно стопы - от 45 до -45 град.
Возможность поворота в двух плоскостях опоры для стопы (горизонтальной и фронтальной относительно основания) достигается за счет вращательного движения, передаваемого двумя дополнительными электроприводами.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена упрощенная кинематическая схема устройства.
Мехатронное устройство содержит:
- основание 1;
- раму 2, включая средства фиксации для бедра и для голени, шарниры 13-16 и ремни 9-12;
- опору для стопы 3;
- электроприводы 4-6;
- электронный блок управления 7;
- подвижные каретки 8.
Мехатронное устройство содержит раму 2, которая со стороны размещения бедра (тазобедренного сустава) фиксируется на основании 1 через шарнирное соединение 13 (см. фиг.), а со стороны голени (голеностопа) - на подвижные каретки 8. Устройство содержит также опору для стопы 3; электроприводы 4, 5, 6; электронный блок управления 7; подвижные каретки 8 с возможностью возвратно-поступательных движений.
Рама 2 содержит средства фиксации для бедра и для голени - это жесткие конструктивные элементы (скобы), ремни 9-12 и шарнирные соединения 13-16. Шарнирное соединение 13 установлено между рамой 2 и основанием 1. Шарнирное соединение 14 установлено между средством для фиксации бедра и средством для фиксации голени. Шарнирное соединение 15 установлено между средством фиксации для голени и подвижными каретками 8. Шарнирное соединение 16 установлено между рамой 2 и опорой для стопы 3.
Назначение исполнительных механизмов:
- электропривод 4, состоящий из двигателя, редуктора и ременной передачи, обеспечивает возвратно-поступательное движение подвижных кареток 8;
- электропривод 5, состоящий из двигателя, редуктора и ременной передачи, обеспечивает вращательные движения в горизонтальной плоскости стопы;
- электропривод 6, состоящий из двигателя, редуктора и ременной передачи, обеспечивает вращательные движения в фронтальной плоскости стопы.
Мехатронное устройство для реабилитации пациентов с нарушением функций нижних конечностей работает следующим образом.
Нога пациента удерживается в ремнях 9, 10, 11, 12 фиксируется на раме 2 в необходимом положении, таким образом, чтобы каждое шарнирное соединение 13, 14, 15, 16, находилось параллельно суставам пациента. Затем, рама фиксируется на основании 1 со стороны тазобедренного сустава, со стороны голеностопа на подвижные каретки 8, а стопа пациента фиксируется в опоре для стопы 3. Затем от электронного блока управления 7 подаются управляющие сигналы на электроприводы 4, 5, 6, для согласованного изменения положения суставов пациента по заданной траектории.
Устройство обеспечивает возвратно-поступательные движения рамы 2 (сгибание/разгибание) со следующими параметрами:
- угол поворота рамы в шарнирном соединении 14 коленного сустава - от 5 до 130 град;
- угол поворота рамы в шарнирном соединении 13 тазобедренного сустава - от 10 до 100 град.
Устройство обеспечивает вращательные движения опоры для стопы (сгибание/разгибание и ротацию голеностопного сустава) со следующими параметрами:
- угол поворота опоры для стопы в шарнирном соединении 15 голеностопного сустава, горизонтально относительно стопы - от 30 до 120 град;
- угол поворота опоры для стопы в шарнирном соединении 16 голеностопного сустава, вертикально относительно стопы - от 45 до -45 град.
Основное назначение данного устройства состоит в использовании его как в качестве реабилитационного устройства, которое позволяет сократить сроки реабилитации, обеспечить полное восстановление подвижности сустава, а также используемого для предотвращения спаечных процессов сустава, профилактики тугоподвижности в суставе, улучшения циркуляции лимфы и крови, профилактики тромбоза и эмболии.
Кроме того, устройство может применяться при создании тренировочных стендов, для спортсменов, занимающихся циклическими видами спорта.