RU210251U1

RU210251U1 - DEVICE FOR REHABILITATION OF PATIENTS WITH ANKLE JOINT DISFUNCTIONS

Info

Publication number: RU210251U1
Application number: RU2021113870U
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Яцун; Андрей Сергеевич Яцун; Андрей Владимирович Фёдоров; Владимир Яковлевич Мищенко; Андрей Владимирович Князев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Экзомед"
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2022-04-04

Abstract

Полезная модель относится к области медицины, а именно к устройствам для восстановления функциональной активности нижних конечностей. Задача: - снижение травмоопасности пациента при проведении функциональной терапии. 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 системы 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. Положительный эффект: 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. 2 ил.The utility model relates to the field of medicine, namely to devices for restoring the functional activity of the lower extremities. Task: - reduction of the patient's risk of injury during functional therapy. The patient's foot 5 is fixed with the help of cuffs 6 and 7 in the required position so that the axis of rotation of the ankle joint coincides with the axis of rotation of the platform 4. Then, control signals are sent from the control system to the drives 1, 2, 3 for a coordinated change in the position of the patient's joints according to a given trajectories. In this case, forced flexion of the joints is carried out, according to a predetermined program, without human intervention. Positive effect: the use of this device can speed up the process of joint recovery, as well as improve the quality of rehabilitation by maintaining the correct angles of the patient's foot and its precise positioning. In addition, the device can be used to provide movement and attachment of muscles, increase overall performance, improve blood and lymph circulation, metabolism in muscles and joints, and restore their functions. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области медицины, а именно к устройствам для восстановления функциональной активности нижних конечностей.The utility model relates to the field of medicine, namely to devices for restoring the functional activity of the lower extremities.

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.Violation of the functional activity of the lower extremities and limitation of mobility in the joints is a significant drawback in human life and does not allow to fulfill all the necessary vital needs of a person.

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).A well-known rehabilitation apparatus for functional therapy of the foot, containing an emphasis for the shin with a clasp, a support platform with a clasp and two cylinders, the upper end of each cylinder is attached to the shin support, characterized in that it additionally contains an auxiliary platform connected by means of a hinge to the support platform, the support the platform is rigidly connected to the shin rest, and the lower ends of the cylinders are connected to the auxiliary platform, while one cylinder is hydraulic and the other is pneumatic, the hydraulic and pneumatic cylinders contain adjustment means, the ends of the cylinders are connected to the auxiliary platform and the shin rest by means of hinges , there is also an additional fastener for the lower part of the lower leg (utility model patent No. 170762 dated 05.05.2017, bull. No. 13).

Недостатком данного технического решения является выполнение движения только в одной плоскости, что значительно сужает сферу применения данного устройства и существенно сужает область функционирования.The disadvantage of this technical solution is the execution of movement in only one plane, which significantly narrows the scope of this device and significantly narrows the area of operation.

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).Closest to the claimed device in terms of the totality of features is a mechatronic device for the rehabilitation of patients with dysfunction of the lower extremities, containing a supporting and auxiliary platform with elements for fastening the lower leg, characterized in that it contains a drive made in the form of three drives of translational motion, the lower ends of which are hinged are fixed on the support platform, and the upper ends are pivotally connected to the lower leg fastening element, the device additionally comprises a rotary motion drive mounted motionless on the support platform and kinematically connected to the auxiliary platform, while the axis of rotation of the auxiliary platform must coincide with the axis of rotation of the ankle joint in the sagittal, frontal planes and relative to the longitudinal axis of the lower leg, and the instantaneous axis of rotation of the auxiliary platform passes through a given point determined by the physiological characteristics of the ankle joint (patent for a useful mo del No. 197022, bul. No. 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.The disadvantage of this device is that when the lower leg is fixed, the rotation of the foot around three axes is impossible, and the rotation of the foot around the vertical axis occurs together with the lower leg. Since the lower leg is fixed, during functional therapy, you can get new injuries or aggravate old ones.

Задача полезной модели - снижение травмоопасности пациента при проведении функциональной терапии.The objective of the utility model is to reduce the risk of injury to the patient during functional therapy.

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.The problem is solved by the fact that in a well-known mechatronic device for the rehabilitation of patients with dysfunction of the lower extremities, containing a support platform with fastening elements of the lower leg and foot, the drive is made in the form of three drives of translational motion, the lower ends of which are hinged on the support platform, the upper ends translational drives are pivotally connected to the fixed body, the drives are electrically connected to the control means, which is configured to supply control signals to the drives, while the control device includes linear displacement sensors configured to track the change in the length of the drives, and strain gauges installed in the platform and configured to register the impact force of the patient's foot on the platform to return the platform to its initial position in case of exceeding the limit forces of the patient's impact on the platform, while the axis of rotation of the support platform crosses with the axis of rotation of the ankle joint in the sagittal, frontal planes and relative to the longitudinal axis of the leg.

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.The claimed technical solution differs from the prototype in that the upper ends of the translational motion drives are pivotally connected to the fixed body, and the drives are electrically connected to the control means, which is configured to supply control signals to the drives, while the control means includes linear displacement sensors made with the ability to track changes in the length of the actuators, and strain gauges installed in the platform and configured to register the force of the patient's foot on the platform to return the platform to its initial position in case of exceeding the limit forces of the patient's impact on the platform, while the axes of rotation of the support platform intersect with the axis of rotation ankle joint in the sagittal, frontal planes and relative to the longitudinal axis of the leg.

Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.Distinctive features in the claimed technical solution have not been identified in the study of this and related fields of technology.

Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - снижение травмоопасности пациента при проведении функциональной терапии.The totality of the claimed features ensures the achievement of the objectives of the utility model - reducing the risk of injury to the patient during functional therapy.

На фиг. 1 приведен общий вид устройства, на фиг. 2 - функциональная схема управления процессом поворота стопы.In FIG. 1 shows a general view of the device, Fig. 2 is a functional diagram of the foot rotation process control.

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.The device includes three linear drives 1, 2, 3, the lower ends of which are pivotally connected to the support platform 4 (points A, B, C), and the upper ends (points A1, B1, C1) are pivotally connected to the outer casing. The human leg 5 is fixed with cuffs 6 and 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.The control means consists of a microcontroller 8, which includes a decision-making unit, which includes an on-board computer, a movement setting unit, a signal processing unit, including analog-to-digital converters, filters, a comparison unit (not shown in Fig.), and also load cells 9 and linear displacement sensors 10, 11, 12. Controller 8 through drivers 13, 14 and 15 is electrically connected to motors 16, 17 and 18, which drives platform 1 through gearboxes 19, 20 and 21.

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.The device works as follows. The patient's foot 5 is fixed with cuffs 6 and 7 in the required position, so that the axis of rotation of the ankle joint coincides with the axis of rotation of the platform 4. Then, control signals are sent from the control to the drives 1, 2, 3 for a coordinated change in the position of the patient's joints according to given trajectory. In this case, forced flexion of the joints is carried out, according to a predetermined program, without human intervention. To do this, the microcontroller 8 generates a signal that is amplified by the drivers 13, 14, 15, then the signal appears on the motors 16, 17 and 18, which, in turn, turn the initial stages of the gearboxes 19, 20, 21. The executive links of the gearboxes change the position of the platform 1 , thereby providing predetermined laws of motion. The role of feedback is performed by linear displacement sensors 10, 11, 12, which monitor the change in the length of the actuators. The controllers receive error values for each controlled variable. These values are converted into control voltages according to the algorithm. Also, strain gauges 9 are installed in the platform, which register the force of the patient's foot impact on the platform 1. Before starting the rehabilitation program, the rehabilitation doctor enters data in the form of the patient's limiting forces on the platform. These forces are selected individually for each patient, depending on the nature of the injury and the timing of immobilization of the joint. The strain gauge signals are sent to comparators, where they are compared with the allowable value. Next, controller 8 receives errors on these variables. If the value of the acting force is greater than the allowable one, the device will return the platform 1 and, accordingly, the patient's foot to its initial position.

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.Linear drives 1, 2, 3, powered by a DC commutator motor, provide two rotational degrees of freedom (rotation in the frontal plane - ϕ, in the sagittal plane - ψ) and one linear (in the vertical plane) for individual adjustment of the device. The axis of rotation of the platform should intersect with the axis of rotation of the ankle joint in the sagittal, frontal planes and relative to the longitudinal axis of the leg.

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).Such an arrangement of drives makes it possible to provide at any time the condition that the instantaneous axis of rotation of the platform passes through a given point O2, determined by the physiological characteristics of the ankle joint (the point of contact of the fork of the tibia and talus).

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.The use of this device can speed up the process of joint recovery, as well as improve the quality of rehabilitation by maintaining the correct angles of the patient's foot and its precise positioning. In addition, the device can be used to provide movement and attachment of muscles, increase overall performance, improve blood and lymph circulation, metabolism in muscles and joints, and restore their functions.

Подобное устройство может быть востребовано, как у профессиональных спортсменов, подверженных травмам такого типа, так и в травматологических отделениях больниц.Such a device can be in demand, both among professional athletes prone to injuries of this type, and in trauma departments of hospitals.

Claims

A device for the rehabilitation of patients with dysfunction of the ankle joint, containing a support platform with fastening elements of the lower leg and foot, a drive made in the form of three translational drives, the lower ends of which are pivotally fixed on the support platform, characterized in that the upper ends of the translational drives are pivotally connected with a fixed body, and the drives are electrically connected to the control means, which is configured to supply control signals to the drives, while the control device includes linear displacement sensors, configured to track changes in the length of the drives, and strain gauges installed in the platform and made with the ability to register the impact force of the patient's foot on the platform to return the platform to its initial position in case of exceeding the limiting forces of the patient's impact on the platform, while the axis of rotation of the support platform intersects with the axis of rotation of the ankle joint in the sagittal, frontal planes and relative to the longitudinal axis of the leg.