CZ20131027A3

CZ20131027A3 - Apparatus for measuring joint range of shoulder joint and measuring method

Info

Publication number: CZ20131027A3
Application number: CZ2013-1027A
Authority: CZ
Inventors: Milada Hlaváčková; Vojtěch Bojko; Marek Penhaker
Original assignee: Vysoká Škola Báňská-Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-24
Also published as: CZ305235B6

Abstract

Zařízení k měření kloubního rozsahu ramenního kloubu a způsob měření je prováděn tak, že těleso zařízení je pomocí stavitelného pásu upevněno na zádech vyšetřovaného pacienta v určité vzdálenosti od středu ramenního kloubu. Nastavení této vzdálenosti zajišťuje pevné uchycení zařízení na stavitelný pás a vlastní úprava stavitelného pásu. Z tělesa zařízení vychází lanko spojené s tenkým popruhem určeným pro paži pacienta. Součástí řešení je i způsob měření kloubního rozsahu ramenního kloubu pomocí tohoto zařízení.The device for measuring the articulated range of the shoulder joint and the method of measurement is such that the body of the device is fixed on the back of the examined patient by means of an adjustable belt at a distance from the center of the shoulder joint. Adjusting this distance ensures that the device is securely attached to the adjustable belt and the adjustable belt is customized. From the device body, a cable is attached to a thin strap for the patient's arm. The solution also includes a method of measuring the joint range of the shoulder joint using this device.

Description

Vynález dle této přihlášky se týká lidského těla, respektive konstrukce rehabilitačních pomůcek určených pro pacienty s omezenou hybností ramenního kloubu.The present invention relates to the human body and the construction of rehabilitation aids intended for patients with limited mobility of the shoulder joint.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pro měření rozsahu kloubního rozsahu v současné době existují dva typy měřidel, jejichž kvalita se často odvíjí od jejich ceny.There are currently two types of gauges for measuring the range of the joint range, the quality of which often depends on their cost.

Častým představitelem levných měřidel, která však nejsou příliš přesná, je goniometr. Goniometr se dnes vyrábí v mnoha konstrukčních i materiálových obměnách. Běžně je používán dvouramenný mechanický goniometr, který se skládá ze dvou ramen a těla goniometru. Jedno rameno je pevně spojeno s tělem goniometru, které má tvar plného kruhu a je na něm vyražena stupnice k odečítání hodnot. Druhé rameno je pohyblivě spojeno s tělem goniometru pomocí kloubu.A frequent representative of cheap gauges, which are not very accurate, is the goniometer. Today, the goniometer is manufactured in many design and material variations. Two-arm mechanical goniometer is commonly used, consisting of two arms and a goniometer body. One arm is rigidly connected to the body of the goniometer, which has the shape of a full circle and has a scale on it to read the values. The other arm is movably connected to the body of the goniometer by means of a joint.

Měření pomocí goniometru je jednoduché. Osa goniometru se přiloží do osy pohybu vyšetřovaného kloubu, pevné rameno goniometru se přiloží paralelně s fixovanou osou a pohyblivé rameno se přiloží paralelně s pohyblivou osou segmentu kloubu. Ryska na pohyblivém rameni goniometru pak ukazuje naměřený úhel. Při každém měření na živém organismu samozřejmě vznikají nepřesnosti, které nelze ovlivnit ani dokonale zvládnutou technikou měření. Proto se hodnoty rozsahu pohybu určují po pěti stupních. Přesnost měření je zde do značné míry ovlivněna zkušeností uživatele tohoto zařízení a při měřeních je nutná přítomnost rehabilitačního pracovníka. Tato zařízení jsou sice mobilní, nicméně k dispozici jsou většinou pouze ve vybavení nemocnic či rehabilitačních zařízení a pacient si je nemůže brát domů jako rehabilitační pomůcku.Measuring with a goniometer is simple. The axis of the goniometer is applied to the axis of motion of the joint under investigation, the fixed arm of the goniometer is applied parallel to the fixed axis and the movable arm is positioned parallel to the movable axis of the joint segment. The line on the moving arm of the goniometer then shows the measured angle. Of course, inaccuracies arise with every measurement on a living organism that cannot be influenced by a perfectly mastered measurement technique. Therefore, the values of the range of motion are determined in five steps. The accuracy of the measurement is largely influenced by the experience of the user of the device and the presence of a physiotherapist is required during the measurements. While these facilities are mobile, they are usually only available in hospitals or rehabilitation facilities, and the patient cannot take them home as a rehabilitation aid.

Dalším moderním zařízením, kterým lze změřit kloubní rozsah ramenního kloubu je tzv. Arm tensor. V dnešní době tento přístroj v různých obměnách nabízí celá řada firem. Tento přístroj je sice primárně určen pro cvičení a rehabilitaci, ale je možné na něm měřit abdukci, addukci, flexi i extenzi v celém rozsahu.Arm tensor is another modern device that can measure the joint range of the shoulder joint. Nowadays, many companies offer this device in various variations. Although this device is primarily designed for exercise and rehabilitation, it is possible to measure abduction, adduction, flexion and extension in its entirety.

Arm tensor je připevněn na výškově stavitelném stojanu, ke kterému se pacient postaví, uchopí rukojeť a vykonává definované pohyby. Přístroj změří jak sílu pohybů, tak i úhly ve kterých byly • · eThe arm tensor is mounted on a height-adjustable stand to which the patient stands, grips the handle and performs defined movements. The device measures both the strength of the movements and the angles at which they are

* t r · * ♦ · « · · pohyby vykonány. Pomocí technologie bluetooth jsou data přenesena do počítače, kde je software zpracuje a vyhodnotí. Tento přístroj je oproti goniometru velice přesný. Jeho pořizovací náklady se však pohybují v řádech statisíců.* t r · * ♦ · «· · movements performed. Using Bluetooth technology, the data is transferred to a computer where the software processes and evaluates it. This device is very accurate compared to the goniometer. However, its cost is in the order of hundreds of thousands.

Nevýhodou zařízení tohoto typu je jejich imobilita - jedná se o zařízení které jsou trvalou součástí lékařských zařízení. Pro jejich obsluhu je, stejně jako v případě goniometru, nutná přítomnost odborně vyškoleného pracovníka. Tento přístroj nabízí například firma Fysiomed.The disadvantage of this type of device is their immobility - it is a device that is a permanent part of medical devices. As in the case of a goniometer, their operation requires the presence of a trained specialist. This device is offered, for example, by Fysiomed.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje technické řešení a metoda měření dle této přihlášky. Způsob měření je založen na zcela novém principu určování kloubního rozsahu ramenního kloubu.These disadvantages are largely eliminated by the technical solution and measurement method of this application. The method of measurement is based on a completely new principle of determining the joint range of the shoulder joint.

Pro určení kloubního rozsahu v examinované rovině je využito obecně platných matematických zákonitostí kružnice a její tětivy. Pomyslná kružnice má střed v ramenním kloubu a poloměr 30 centimetrů.The general mathematical laws of the circle and its chord are used to determine the joint range in the examined plane. The imaginary circle has a center in the shoulder joint and a radius of 30 centimeters.

Zařízení je pomocí stavitelného pásu upevněno na zádech vyšetřovaného pacienta ve vzdálenosti např. 30 centimetrů od středu ramenního kloubu. Nastavení této vzdálenosti zajišťuje pevné uchycení zařízení na stavitelný pás a vlastní úprava stavitelného pásu. Ze zařízení vychází tažné lanko spojené s tenkým popruhem určeným pro paži pacienta.The device is mounted by means of an adjustable belt on the back of the examined patient at a distance of eg 30 centimeters from the center of the shoulder joint. Adjusting this distance ensures a firm grip on the adjustable belt and adjustment of the adjustable belt itself. A pulling cable is connected from the device to a thin strap designed for the patient's arm.

Na počátku měření pacient připaží a tenký popruh je mu připevněn k paži. Ze zařízení se pak při elevaci paže ve kterékoli examinované rovině vysouvá lanko, které tvoří tětivu zmiňované kružnice. Matematicky pak lze z délky tětivy, neboli z délky vytaženého lanka, jednoduše vyjádřit úhel mezi počáteční a koncovou polohou paže.At the beginning of the measurement, the patient laps and a thin strap is attached to his arm. When the arm is elevated, the cable, which forms the chord of the circle in question, is pulled out of the examination plane in any plane examined. Mathematically, the angle between the start and end positions of the arm can be simply expressed from the length of the chord, or the length of the pulled cable.

A to takto:This is how:

a = 2 arcsina = 2 arcsin

a - středový úhel (úhel mezi počáteční a koncovou polohou paže) x - délka vysunutí tažného lanka [mm]and - center angle (angle between the start and end positions of the arm) x - length of extension of extension cable [mm]

R - poloměr středové kružnice [mm]R - center circle radius [mm]

Tímto lze změřit maximální flexi, extenzi i abdukci, které je pacient schopen. Lze tedy určit úplný kloubní rozsah ramenního kloubu.This can measure the maximum flexion, extension and abduction that the patient is able to measure. Thus, the complete joint range of the shoulder joint can be determined.

Zařízení je konstrukčně řešeno tak, aby se při měření examinátorovi na stupnici přímo zobrazovala změna úhlu mezi počáteční pozicí (připažení) a měřenou (upažení) pozicí paže a to ve stupních.The device is designed so that the measurement to the examiner directly displayed on the scale change the angle between the initial position (strapping) and measured (tightening) position of the arm in degrees.

Zařízení je složeno z několika částí (viz^obr. 1 a obr 2). Mechanismus zařízení (viz^ obr. 2) je složen tak, že na hřídeli A je pevně uchyceno malé ozubené kolo a buben pro navíjení či odvíjení lanka. Na hřídeli B je pevně uchyceno větší ozubené kolo, stupnice a zkrutná pružina. Zkrutná pružina má za úkol vytvářet potřebný odpor proti odvíjení tažného lanka a zároveň navíjet lanko zpátky na buben a uvést přístroj po měření do původního stavu.The device consists of several parts (see Fig. 1 and Fig. 2). The mechanism of the device (see FIG. 2) is assembled such that a small gear wheel and a cable winding or unwinding drum are fixedly attached to the shaft A. A larger gear wheel, scale and torsion spring are fixed to shaft B. The torsion spring has the task of creating the necessary resistance to unwinding of the pulling cable, while winding the cable back to the drum and restoring the instrument to its original state after measurement.

Hřídel B je stejně jako hřídel A svými konci zasazena do horního a spodního krytu a její pohyb je tím omezen pouze na rotaci okolo své vlastní osy. Stupnice je cejchována podle funkční závislosti vytažení lanka na měřeném úhlu. Vzdálenosti mezi jednotlivými ryskami stupnice tedy nejsou konstantní, ale mění se podle matematické funkce (viz. obrázek č.3).As with shaft A, shaft B is fitted with its ends in the upper and lower housings, and its movement is thus limited to rotation about its own axis. The scale is calibrated according to the functional dependence of the pulling of the cable on the measured angle. The distances between the individual scale lines are therefore not constant, but they vary according to the mathematical function (see Figure 3).

V horním krytu je otvor, přes který examinátor vidí cejchování stupnice. Dále je na horním krytu v úzké drážce umístěn posuvný ukazatel (viz* obr.l a obr. 3) pro nastavení nulové hodnoty při připažení pacienta. Ukazatel při měření setrvává ve své původní pozici a pod ním se otáčí ocejchovaná stupnice. V kterékoli pozici paže je proto možné podle ukazatele odečítat úhel mezi počáteční a měřenou pozicí paže.The top cover has an opening through which the examiner can see the scale calibration. In addition, a slider (see * Fig. 1 and Fig. 3) is placed on the top cover in a narrow groove to set the zero value when the patient is pulled. The indicator remains in its original position during measurement and the calibrated scale rotates below it. It is therefore possible to read the angle between the initial and measured arm positions at any arm position.

Ve spodním krytu jsou čtyři kruhové otvory se čtvercovým vybráním 101 (Irmn pro í/ A čtyřhranné matice DIN 562 M6. Přístroj se pomocí strojních šroubů s válcovou zaoblenou hlavou uchytí k výztuži upravené ortézy. Ve spodním krytu je také vybrání pro zasazení ramene zkrutné pružiny.In the lower housing there are four circular holes with a square recess 101 (Irmn for A / A square nuts DIN 562 M6.

Podstatou tohoto zařízení je zjednodušení měření kloubního rozsahu ramenního kloubu^a to i při nízkých výrobních nákladech, stejně jako přesnosti prováděného měření. Díky svému jednoduchému uspořádání je možné na tomto zařízení provádět měření opakovaně. Měření není ovlivněno zkušenostmi obsluhy přístroje a je tedy možné, aby tato měření prováděl i sám pacient doma.The essence of this device is to simplify the measurement of the articulation range of the shoulder joint, even at low production costs, as well as the accuracy of the measurement performed. Due to its simple arrangement, measurements can be performed repeatedly on this device. The measurement is not influenced by the experience of the operator of the device and it is therefore possible for the patient to perform the measurements at home.

y • · « ·y • · «·

Objasnění výkresůClarification of drawings

Na obr. 1 se nachází pohled na horní kryt zařízení. Obr. 2 představuje řez zařízením a na obrázku 3 je znázorněn detail číselníku zařízení. Na obrázku 4 se nachází schéma užití zařízení v praxi. A obr. 5 představuje základní veličiny užívané ve výpočtu pro zařízení.Fig. 1 is a view of the top cover of the device. Giant. 2 is a cross-sectional view of the apparatus, and FIG. 3 shows a detail of the dial of the apparatus. Figure 4 shows a diagram of the use of the device in practice. And Fig. 5 represents the basic quantities used in the calculation for the device.

Příklady uskutečnění <a.EXAMPLES <a.

Příklad 1: Mechanické zařízeníExample 1: Mechanical device

Těleso 15 zařízení pro měření je složeno z několika částí (viz. obr.l a obr.2). Na hřídeli A 4 je pevně uchyceno malé ozubené kolo 5 a buben 8 pro navíjení či odvíjení lanka 13. Na hřídeli B 3 je pevně uchyceno větší ozubené kolo 6, stupnice 7 a zkrutná pružina 9. Zkrutná pružina 9 vytváří potřebný odpor proti odvíjení tažného lanka 13 a zároveň navíjí lanko zpátky na buben 8 a uvádí přístroj po měření do původního stavu.The body 15 of the measuring device is composed of several parts (see Figs. 1 and 2). A small gear 5 and a cable winding or unrolling drum 13 are fixedly attached to the shaft A 4. 13 while winding the cable back to the drum 8 and restoring the device to its original state after measurement.

Hřídel A 4 je stejně jako hřídel B 3 svými konci zasazena do horního a spodního krytu 1,2 a její pohyb je omezen pouze na rotaci okolo své vlastní osy. Stupnice 7 je cejchována podle funkční závislosti vytažení lanka 13 na měřeném úhlu. Vzdálenosti mezi jednotlivými ryskami stupnice tedy nejsou konstantní, ale mění se podle matematické funkce (viz. obr.3 a obr.5).The shaft A 4, like the shaft B 3, is fitted with its ends in the upper and lower housings 1,2 and its movement is limited only to rotation about its own axis. The scale 7 is calibrated according to the functional dependence of the pulling of the cable 13 on the measured angle. Thus, the distances between the individual scale lines are not constant, but vary according to the mathematical function (see Fig. 3 and Fig. 5).

V horním krytu 1 je otvor 14, přes který examinátor vidí cejchování stupnice 7. Dále je na horním krytu 1 v úzké drážce umístěn posuvný ukazatel 10 (viz^obr.l) pro nastavení nulové hodnoty při připažení pacienta. Ukazatel 10 při měření setrvává ve své původní pozici a pod ním se otáčí ocejchovaná stupnice 7. V kterékoli pozici paže je proto možné podle ukazatele odečítat úhel mezi počáteční a měřenou pozicí paže, a to skrz otvor 14.In the upper housing 1 is an opening 14 through which the examiner can see the calibration of the scale 7. Further, a sliding indicator 10 (see FIG. 1) is placed on the upper housing 1 in a narrow groove to set a zero value when the patient is strapped. The pointer 10 remains in its original position during measurement and the calibrated scale 7 rotates below it. At any arm position, it is possible to read the angle between the initial and measured arm positions through the opening 14 according to the pointer.

Těleso 15 zařízení je pomocí šroubů umístěných ve spodním krytu_2 připevněno k bedernímu pásu 11.The body 15 of the device is attached to the waist belt 11 by means of screws located in the lower housing.

Na počátku měření je pacientovi pomocí suchého zipu připevněn bederní pás 11, na kterém je umístěno těleso 15 zařízení. Pacient připaží a tenký popruh 12 se mu pomocí suchého zipu připevní k paži. V této pozici je ukazatel 10 tělesa 15 zařízení nastaven na nulovou hodnotu na stupnici 7, čímž dojde k vynulování přístroje. Při elevaci paže v kterékoli vyšetřované rovině se z přístroje vytáhne lanko 13 a na stupnici 7 tělesa 15 zařízení je odečítána hodnotaAt the beginning of the measurement, the hip belt 11 is fastened to the patient by means of a Velcro fastener, on which the device body 15 is placed. The patient lashes and the thin strap 12 is fastened to the arm with a Velcro. In this position, the indicator 10 of the device body 15 is set to zero on the scale 7 to reset the device. When the arm is elevated in any plane examined, the cable 13 is removed from the device and the value of the device body 15 is read off

X.X.

t l t 4 rozdílu mezi současnou pozicí paže a výchozí pozicí paže - tedy hodnota kloubního rozsahu ramenního kloubu. Neexistuje rozdíl v postupu měření pro dospělého a dětského pacienta.t l t 4 the difference between the current position of the arm and the initial position of the arm - that is, the value of the joint range of the shoulder joint. There is no difference in the measurement procedure for adult and pediatric patients.

Příklad 2:Zařízení s digitálním číselníkemExample 2: Devices with a digital dial

Pro variantu zařízení s digitálním číselníkem je použit stejný postup měření jako pro mechanické zařízení. Rozdíl oproti příkladu 1 spočívá ve vnitřním uspořádání tělesa 15 zařízení a ve vynulování stupnice 7. V tomto případě těleso 15 zařízení neobsahuje stupnici 7, ale potenciometr. Ten , pomocí spojitého odporového snímání polohy, změří natočení hřídele 3. Výstup z potenciometru (odpor) mění převodník na signál, který display zobrazují ve stupních středového úhlu. Nulování je provedeno přiřazením nulové hodnoty středového úhlu k odporu, který je na výstupu potenciometru ve výchozí pozici paže.The same measurement procedure is used for a variant of a digital dial device as for a mechanical device. The difference from Example 1 lies in the internal arrangement of the device body 15 and the zeroing of the scale 7. In this case, the device body 15 does not contain a scale 7 but a potentiometer. It measures the rotation of the shaft 3 by means of a continuous resistive position sensor. Zeroing is accomplished by assigning a zero value of the center angle to the resistance that is at the arm's starting position at the output of the potentiometer.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení je využitelné pro výrobu zařízení vhodného pro domácí užití pacientů s problematickou hybností kloubů horních končetin a dále pro výzkum v oblasti medicíny a biomedicíny.The technical solution is usable for production of equipment suitable for home use of patients with problematic movement of upper limb joints and also for research in the field of medicine and biomedicine.

• 99• 99

4 -9 ·4 -9 ·

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims

PATENT CLAIMS

An apparatus for measuring the articulation range of a shoulder joint, characterized in that it is comprised of a removable body (15) in which a mechanism is located, the body (15) being mounted on the adjustable belt (11) and the body mechanism (15) being by means of a cable (13) connected to a second adjustable belt (12), the releasable body (15) being composed of an upper cover (1) with an opening (14) and a sliding indicator (10) and a lower cover (2) which attached to the adjustable belt (11) and further the mechanism of the demountable body (15) located between the covers (1,2) is composed of a fixed shaft A (4) on which a small gear (5) and a drum (8) with the shaft B (3) on which the larger gear (6), the torsion spring (9) and the scale (7) are mounted.

2. A device for measuring the joint range of the shoulder joint of claim l _f, characterized in that the scale (7) is replaced with the potentiometer and the bore (14) display.

Method for measuring the articulation range of the shoulder joint / according to the preceding claims, characterized in that by means of adjustable belts (11, 12) the body (15) of the device is fixed to the patient, the cable (13) is pulled out of the device body (15) and the measured value is displayed on the scale (7) or the device display.

Method for measuring the articulation range of a shoulder joint according to claim 3, characterized in that the length of the pulled out cable (13) corresponds to a chord of a known radius circle centered on the patient's shoulder joint.