УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАБИЛИТАЦИИ ПАЦИЕНТОВ С НАРУШЕНИЕМ ФУНКЦИЙ ГОЛЕНОСТОПНОГО СУСТАВА

Полезная модель относится к области медицины, а именно к устройствам для восстановления функциональной активности нижних конечностей.
Нарушение функциональной активности нижних конечностей и ограничение подвижности в суставах является существенным недостатком в жизнедеятельности человека и не позволяет выполнять все необходимые жизненные потребности человека.
Известен аппарат реабилитационный для функциональной терапии ступни, содержащий упор для голени с застежкой, опорную платформу с застежкой и два цилиндра, верхний конец каждого цилиндра прикреплен к упору для голени, отличающийся тем, что дополнительно содержит вспомогательную платформу, соединенную посредством шарнира с опорной платформой, опорная платформа жестко соединена с упором для голени, а нижние концы цилиндров соединены со вспомогательной платформой, при этом один цилиндр является гидравлическим, а другой - пневматическим, причем гидравлический и пневматический цилиндры содержат средства регулировки, концы цилиндров соединены со вспомогательной платформой и упором для голени посредством шарниров, также дополнительно имеется застежка нижней части голени (патент на полезную модель №170762 от 05.05.2017, бюл. №13).
Недостатком данного технического решения является выполнение движения только в одной плоскости, что значительно сужает сферу применения данного устройства и существенно сужает область функционирования.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является мехатронное устройство для реабилитации пациентов с нарушением функций нижних конечностей, содержащее опорную и вспомогательную платформы с элементами крепления голени, отличающееся тем, что, содержит привод, выполненный в виде трех приводов поступательного движения, нижние концы которых шарнирно закреплены на опорной платформе, а верхние концы шарнирно присоединены к элементу крепления голени, устройство дополнительно содержит привод вращательного движения, установленный неподвижно на опорной платформе и кинематически связанный с вспомогательной платформой, при этом ось вращения вспомогательной платформы должна совпадать с осью вращения голеностопного сустава в сагиттальной, фронтальной плоскостях и относительно продольной оси голени, причем мгновенная ось вращения вспомогательной платформы проходит через заданную точку, определяемую физиологическими особенностями голеностопного сустава (патент на полезную модель №197022, бюл. №9, 2020).
Недостатком данного устройства является то, что при зафиксированной голени, поворот стопы вокруг трех осей невозможен, а поворот стопы вокруг вертикальной оси происходит вместе с голенью. Так как голень зафиксирована, то при проведении функциональной терапии можно получить новые травмы или усугубить старые.
Задача полезной модели - снижение травмоопасности пациента при проведении функциональной терапии.
Поставленная задача решается тем, что в известном мехатронном устройстве для реабилитации пациентов с нарушением функций нижних конечностей, содержащем опорную платформу с элементами крепления голени и стопы, привод, выполненный в виде трех приводов поступательного движения, нижние концы которых шарнирно закреплены на опорной платформе, верхние концы приводов поступательного движения шарнирно соединены с неподвижным корпусом, причем приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы, при этом средство управления включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, и тензодатчики, установленные в платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на платформу для возврата платформы в начальное положение в случае превышения предельных сил воздействия пациента на платформу, при этом оси вращения опорной платформы пересекаются с осью вращения голеностопного сустава в сагиттальной, фронтальной плоскостях и относительно продольной оси голени.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что верхние концы приводов поступательного движения шарнирно соединены с неподвижным корпусом, причем приводы электрически связаны со средством управления, которое выполнено с возможностью подачи управляющих сигналов на приводы, при этом средство управления включает в себя датчики линейного перемещения, выполненные с возможностью отслеживания изменения длины приводов, и тензодатчики, установленные в платформе и выполненные с возможностью регистрировать силу воздействия стопы пациента на платформу для возврата платформы в начальное положение в случае превышения предельных сил воздействия пациента на платформу, при этом оси вращения опорной платформы пересекаются с осью вращения голеностопного сустава в сагиттальной, фронтальной плоскостях и относительно продольной оси голени.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - снижение травмоопасности пациента при проведении функциональной терапии.
На фиг. 1 приведен общий вид устройства, на фиг. 2 - функциональная схема управления процессом поворота стопы.
Устройство включает в себя три линейных привода 1, 2, 3, нижние концы которых шарнирно соединены с опорной платформой 4 (точки А, В, С), а верхние концы (точки А1, В1, C1) шарнирно соединены с внешним корпусом. Нога человека 5 фиксируется с помощью манжет 6 и 7.
Средство управления состоит из микроконтроллера 8, в состав которого входят блок принятия решений, включающий в себя бортовой вычислитель, блок задания движений, блок обработки сигналов, включающего в себя аналого-цифровые преобразователи, фильтры, блока сравнения (на фиг. не показаны), а также тензодатчики 9 и датчики линейного перемещения 10, 11, 12. Контроллер 8 через драйверы 13, 14 и 15 электрически связан с двигателями 16, 17 и 18, который через редукторы 19, 20 и 21 приводят в движение платформу 1.
Устройство работает следующим образом. Стопа пациента 5 фиксируется с помощью манжет 6 и 7 в необходимом положении, таким образом, чтобы ось вращения голеностопного сустава совпадала с осью вращения платформы 4. Затем от средства управления подаются управляющие сигналы на приводы 1, 2, 3 для согласованного изменения положения суставов пациента по заданной траектории. При этом осуществляется принудительное сгибание суставов, по заранее установленной программе, без участия человека. Для этого микроконтроллер 8 формирует сигнал, который усиливается драйверами 13, 14, 15, затем сигнал проступает на двигатели 16, 17 и 18, которые, в свою очередь, поворачивают начальные ступени редукторов 19, 20, 21. Исполнительные звенья редукторов изменяют положение платформы 1, тем самым, обеспечивая заданные заранее законы движения. Роль обратной связи выполняют датчики линейного перемещения 10, 11, 12, которые отслеживают изменение длины приводов. На регуляторы поступают значения ошибки по каждой управляемой переменной. Эти значения по алгоритму преобразуются в управляющие напряжения. Также в платформе установлены тензодатчики 9, которые регистрируют силу воздействия стопы пациента на платформу 1. Перед запуском реабилитационной программы, врач-реабилитолог вводит данные в виде предельных сил воздействия пациента на платформу. Эти силы подбираются индивидуально для каждого пациента, в зависимости от характера травмы и сроков иммобилизации сустава. Сигналы тензодатчиков попадают на компараторы, где сравниваются с допустимым значением. Далее на контроллер 8 поступают ошибки по этим переменным. Если значение действующей силы окажется больше допустимой, то аппарат вернет платформу 1 и, соответственно, стопу пациента в начальное положение.
Линейные приводы 1, 2, 3, работающие за счет коллекторного двигателя постоянного тока, обеспечивают две вращательные степени свободы (поворот во фронтальной плоскости - ϕ, в сагиттальной - ψ) и одну линейную (в вертикальной плоскости) для индивидуальной настройки устройства. Оси вращения платформы должны пересекаться с осью вращения голеностопного сустава в сагиттальной, фронтальной плоскостях и относительно продольной оси голени.
Такое расположение приводов позволяет обеспечивать в любой момент времени условие, чтобы мгновенная ось вращения платформы проходила через заданную точку O2, определяемую физиологическими особенностями голеностопного сустава (точка контакта вилки берцовых и таранной костей).
Использование данного устройства может ускорить процесс восстановления сустава, а также повысить качество реабилитации за счет соблюдения правильных углов наклона стопы пациента, и ее точного позиционирования. Кроме того, устройство можно применять для обеспечения движения и крепления мышц, повышения общей работоспособности, улучшения крово- и лимфообращения, обмена веществ в мышцах и суставах, восстановления их функций.
Подобное устройство может быть востребовано, как у профессиональных спортсменов, подверженных травмам такого типа, так и в травматологических отделениях больниц.