ОРТОПЕДИЧЕСКИЙ АППАРАТ НА ВЕРХНЮЮ КОНЕЧНОСТЬ
ORTHOSIS FOR UPPER LIMB

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть применено при лечении заболеваний суставов, посттравматических состояний, спастических параличей и при активном коррегировании различных видов патологий конечностей.
Известен ортопедический аппарат на верхнюю конечность, содержащий гильзы плеча, предплечья и кисти, соединенные между собой шарнирами (см. патент A61F 5/08, DE 4410439 А1, DE 944410439, 25.03.94 Vinke, Herbert, 0024.12.007.97).
Недостатком известного устройства является то, что гильзы аппарата, изготовленные из традиционных полимерных материалов, в любых продольно-поперечных сечениях имеют одинаковую прочность на сопротивление к изгибу. При этом прочностные свойства гильзы задаются исходя из медицинских показаний, а также физических данных пациента. Также гильзы характеризуются одинаково высокой жесткостью во всех сечениях и, следовательно, обладают плохой раскрываемостью. Плохая раскрываемость гильз не позволяет выполнять их в виде оболочкового замкнутого контура, полностью охватывающего сегменты верхней конечности, что резко снижает функциональные свойства аппарата при позиционировании и ротации кисти, плеча и предплечья пациента относительно друг друга.
К недостаткам известного устройства следует отнести также то, что известная конструкция гильз, обладающих одинаковой жесткостью во всех сечениях, не может обеспечить принудительную статическую или динамическую ротацию плеча и предплечья пациента в пределах одного сегмента аппарата, что не позволяет осуществлять активную коррекцию различных видов патологии, например, при проведении сеансов лечебной физкультуры.
Другим недостатком известного устройства является и то, что гильзы аппарата соединены между собой одноосевыми шаровыми шарнирами, снабженными возвратно-поступательным компенсатором, работающим по одной линейной координате. Такая конструкция шарниров не обеспечивает при проведении лечебных мероприятий клинически оправданного близкого к естественному позиционирования сегментов верхней конечности относительно друг друга, а отсутствие в конструкции шарниров упругих элементов (эластомеров) не позволяет осуществлять микродинамические перемещения гильз аппарата в каждом заданном в соответствии с показаниями положении, что при использовании известного устройства в значительной мере снижает эффективность лечения различного вида патологий и особенно при лечении спастических параличей верхней конечности у детей.
В реальном суставе отсутствует такое понятие, как центральные оси, а биомеханику сегментов конечности определяет положение индивидуальной геометрической оси сустава. Поскольку суставы не имеют центральных осей, а снабжены геометрическими «плавающими» осями, то в них присутствуют обкатывающие движения, аналогичные обкатывающим движениям в кулачковых механизмах, поэтому при осуществлении функции сгибания-разгибания, например, в локтевом суставе помимо углового перемещения плечо и предплечье смещаются относительно друг друга и по линейной координате.
Еще более сложной биомеханикой обладает лучезапястный сустав, так как он работает в режиме сгибание-разгибание и отведение-приведение, следовательно, в нем существуют не одна, а две геометрические «плавающие» оси, работающие в ортогональных плоскостях. Поэтому лучезапястный шарнир аппарата должен быть снабжен двумя взаимно перпендикулярными компенсационными линейными координатами. В известном шаровом шарнире существует лишь одна линейная компенсационная координата.
Таким образом, вышеперечисленные недостатки известного устройства не могут в силу названных причин обеспечить при позиционировании и фиксации гильз аппарата биокинематически выгодных положений сегментов верхней конечности. Разработанные же в последнее время методики лечения требуют не только качественного позиционирования и фиксации сегментов верхней конечности в заданном положении, но и требуют (в режиме активной коррекции) осуществлять в пределах этого положения регламентированные динамические угловые или ротационные микроперемещения элементов ортеза относительно друг друга. В известном устройстве отсутствуют конструктивные решения, обеспечивающие подобные биометрические параметры ортеза, что в конечном итоге снижает эффективность проводимых лечебных мероприятий.
Задачей изобретения является создание ортопедического аппарата, гарантирующего не только биомеханически оптимальное и надежное позиционирование гильз ортеза относительно друг друга в заданном положении, но и одновременно обеспечивающего принудительные динамические угловые и ротационные микроперемещения сегментов верхней конечности в пределах этого положения.
Поставленная задача решена за счет того, что гильзы аппарата изготавливаются из композиционных материалов, которые при одинаковой толщине в поперечно-продольных сечениях имеют различную местную жесткость, при этом шины аппарата выполнены в виде рычагов, соединенных с шарнирами посредством оси и упругих амортизаторов, а сами шарниры установлены на коромысле с возможностью их линейно-ротационных перемещений относительно продольной оси коромысла.
На Фиг.1 показан общий вид ортопедического аппарата для верхней конечности, содержащего гильзу кисти 1, гильзу предплечья 2, гильзу плеча 3, соединенные между собой шарнирными узлами.
На Фиг.2 схематично изображена конструкция одной из гильз аппарата.
На Фиг.3 показана конструкция шарнирного узла (совмещенного с кинематической схемой) для аппарата «кисть-предплечье», содержащего гильзы аппарата 1-2, прижимы 4, коромысло 5, опоры 6, шины 7, оси 8, амортизаторы 9, шпильки 10 и гайки 11-12.
Сущность изобретения состоит в том, что гильзы аппарата (см. Фиг.2), изготовленные из композиционных материалов в виде оболочковых форм и имеющие одинаковую толщину в любых продольно-поперечных сечениях, могут обладать на разных участках различной степенью жесткости (податливости), причем местная степень жесткости того или иного участка задается в зависимости от показаний и обусловлена последовательностью технологических приемов, применяемых при изготовлении гильз аппарата.
Так для того чтобы выполнить гильзу в виде оболочкового замкнутого контура, полностью охватывающего сегмент верхней конечности, и одновременно при этом обеспечить ее хорошую раскрываемость, участкам гильзы, расположенным в зоне технологического зазора (см. Фиг.2 поз.1), сообщают большую податливость по отношению к участкам, несущим основные каркасные функции. Для осуществления статических или принудительных динамических ротационных эффектов в пределах одного сегмента аппарата топология жестких и эластичных участков, а также величина приводящих сил зависят как и в первом случае от показаний и носят сугубо индивидуальный характер. Так для реализации статического или принудительного ротационного момента Rм в случае патологических установок верхней конечности в конструкцию сегмента ортеза закладываются (см. Фиг.2 поз.2) или предварительно-напряженные эластичные участки, обеспечивающие статический ротационный эффект, или за счет этих участков осуществляется принудительное динамическое скручивание дистального конца гильзы относительно ее проксимальной части.
Как видно на Фиг.1, гильзы аппарата связаны между собой шарнирными узлами, состоящими (см. Фиг.3) из коромысла с установленными на его концах шарнирами. Сборка шарнирных узлов с гильзами аппарата осуществляется при помощи шин, выполненных в виде рычагов, которые посредством осей и амортизаторов присоединены к шарнирам.
1
2
1
3
2
4
5
6
На Фиг.3 изображена конструкция шарнирного узла совмещенная с кинематической схемой. Из схемы видно, что положение гильз аппарата в пространстве определяется положением шин, присоединенных к шарнирам. Шарниры установлены на коромысле с возможностью их перемещения по двум линейным компенсационным координатам L и L, если угол «α» равен 90°, то перемещение шарниров вдоль осей коромысла осуществляется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Помимо этого, каждая из шин независимо одна от другой снабжены двумя ротационными R, R и R, R координатами, работающими попарно в ортогональных плоскостях. Далее, в шарнирном узле присутствуют еще две ротационно-угловые координаты R и R. Они реализуются следующим образом: если освободить один из прижимов шарнирного узла, то появляется возможность перемещения второго шарнира вместе с гильзой относительно первого, причем это перемещение может осуществляться как при повороте (до 360°) коромысла относительно одной из своих продольных осей, так и по (отведение-приведение) угловой координате.
1
2
Возвратно-угловые микроперемещения гильз M и М после фиксации сегментов аппарата в заданном положении осуществляются при приложении к ним знакопеременных сил, приводящих к упругой деформации амортизаторов. Амплитудно-векторные характеристики таких микроперемещений определяются упругими свойствами эластомера, длинами рычагов и величиной прилагаемых к ним сил. Кинематическая подвижность верхней конечности в локтевом и лучезапястном суставах, а следовательно, и положение кисти и предплечья в трехмерном пространстве определяется количеством заложенных в них биологических координат. В лучезапястном суставе таких координат четыре: сгибание-разгибание, приведение-отведение и две линейные, в локтевом суставе - три координаты: сгибание-разгибание, ротация и линейная координата, что в сумме составляет семь координат.
1
3
2
4
5
6
1
2
В предлагаемом устройстве каждый из шарнирных узлов снабжен четырьмя ротационными R, R и R, R, двумя ротационно-угловыми R, R и двумя линейными L и L координатами, в сумме восемь. Поскольку в аппарате содержится два шарнирных узла, то суммарное количество координат, определяющих положение сегментов ортеза в трехмерном пространстве, равно шестнадцати, что в значительной мере превышает не только количество координат, заложенных в известном устройстве, но и количество координат, имеющихся в биокинематической системе верхней конечности.
Таким образом, функциональные возможности предлагаемого ортопедического аппарата в значительной мере превышают биокинематические возможности известного устройства.
Для практической оценки функциональных возможностей предлагаемого устройства бал изготовлен опытный образец ортопедического аппарата для верхней конечности, при этом в качестве сборочных единиц использовались многокоординатные шарнирные узлы, снабженные упругими амортизаторами, и гильзы плеча, предплечья и кисти, выполненные из композиционных углепластиков, оболочковые конструкции которых были снабжены участками, имеющими различную местную жесткость.
1
2
Кинематические испытания опытных образцов разработанного аппарата показали, что при пространственных эволюциях в трехмерной системе координат гильз аппарата относительно друг друга в пределах естественной биокинематики верхней конечности отсутствуют «мертвые зоны», а динамические микроперемещения M и М регулируются в широком диапазоне, амплитуда которых может регулироваться в широких (0-15°) пределах в зависимости от длины рычага, прилагаемых к «точке» знакопеременных сил «Р».
В оболочковую конструкцию сегментов были заложены эластичные участки, которые обеспечивали стабильный статический ротационный эффект, за счет этих же участков осуществлялось принудительное знакопеременное скручивание дистального конца гильзы относительно ее проксимальной части.
В процессе проведения технических испытаний модуля было также установлено, что:
- аппарат характеризуется хорошей раскрываемостью, легко устанавливается и снимается с пациента;
- многократные шарнирные узлы обеспечивают перемещение и фиксацию гильз аппарата в трехмерном пространстве в соответствии с биокинематикой естественной верхней конечности;
- при приложении и снятии функциональных нагрузок к сегментам аппарата упругие элементы шарнирных узлов возвращают его в заданное при позиционировании положение.
Прототип: патент A61F 5/08, DE 4410439 A1, DE 944410439, 25/03/94 Vinke, Herbert, 0024.12/007/97.
Клинический пример
Самсонова Растя 11 лет поступила в ортопедическое отделение предприятия 20.08.2006 г. с диагнозом: детский церебральный паралич с жалобами на резкие патологические сгибательные и приводящие установки лучезапястного сустава правой конечности с угрозой получения стойких контрактур.
Выполнено снятие гипсового негатива с верхних конечностей, изготовление позитивов, а по ним изготовление гильз в виде оболочковых замкнутых контуров с жесткими и эластичными участками в соответствии с вышеприведенной технологией. На гильзы после их обрезки и отделки установлены шарнирные узлы. При этом коромысла установлены в соответствии с медицинскими показаниями, в положении, устраняющем патологические установки. После примерки и окончательной отделки ортопедического аппарата больная отправлена домой для амбулаторного наблюдения с рекомендациями по пользованию: режим носки, уход за изделием. Одновременно назначено традиционно используемое лечение: ЛФК, массаж и активное коррегирование контрактур при использовании дозированных знакопеременных нагрузок к сегментам верхней конечности.
Больная наблюдалась поэтапно. При осмотре в ортопедическом отделении через 4 месяца пользования установленным на верхнюю конечность аппаратом (20.12.2006 г.) выявлено, что сгибательные и приводящие контрактуры уменьшились (на 5-8 соответственно), отсутствует нарастание гипертонуса.
Таким образом, в результате проведенного лечения и применения разработанного ортопедического аппарата снята угроза получения стойких контрактур и появления вторичных деформаций в лучезапястном суставе.
Используя вышеописанный ортопедический аппарат, получены положительные результаты лечения у шести больных.
Преимущества предлагаемого изобретения перед известным базовым объектом следующие:
1. Использование разножестких гильз позволило осуществлять ротацию в сегментах верхней конечности, направленную против патологических ротационных моментов, возникающих у больного вследствие патологических процессов в опорно-двигательной системе.
2. Использование шарнирных устройств позволило осуществлять индивидуальное позиционирование сегментов верхней конечности в зависимости от медицинских показаний, что позволяет устранять различные патологические установки, постоянно воздействуя на контрактуры, предотвращать вторичные деформации, динамически воздействовать на положение сегментов конечности.
3. Благодаря использованию нового ортопедического аппарата удалось получить положительные результаты лечения у больных со спастическими параличами, последствиями травм верхней конечности, заболеваний суставов.
Конструкция ортопедического аппарата легче традиционных, надежнее, функциональней выполняет корригирующие функции в динамике, поддается подформовке в процессе носки, что позволило повысить эффективность реабилитации больных.