CZ305826B6

CZ305826B6 - Ortopedická pomůcka, zejména hůl nebo berle

Info

Publication number: CZ305826B6
Application number: CZ2010-862A
Authority: CZ
Inventors: Ondřej Vysoký
Original assignee: Ondřej Vysoký
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2016-03-30
Also published as: CZ2010862A3

Abstract

V části ortopedické pomůcky (1) mezi držadlem (2) a jejím koncem (3) je umístěn snímač (4) síly, propojený s mikroprocesorovým systémem a výstupním zařízením (5), které jsou připojeny k integrovanému napájecímu zdroji. K mikroprocesorovému systému může být připojeno výpočetní zařízení pro stanovení procentuálního výskytu kroků, kdy je správně zatěžována léčená končetina a/nebo procentuálního výskytu kroků, které končetinu přetěžují a/nebo procentuálního výskytu kroků, kdy je končetina zbytečně šetřena a/nebo kolikrát během měřeného časového intervalu byla postižená končetina totálně a nebezpečně přetížena.

Description

Ortopedická pomůcka, zejména hůl nebo berle

Oblast techniky

Vynález se týká ortopedické pomůcky, zejména hole nebo berle.

Dosavadní stav techniky

Pacient po operaci kyčelního, kolenního, případně jiného kloubu nebo při poškození svalstva na dolní končetině, dále jen pacient, smí po dobu léčení poškozenou končetinu pouze omezeně používat. Na druhé straně musí projít rehabilitačními cvičeními, jejichž zásadním účelem je zastavení procesu atrofizace veškerého svalstva nejen na poškozené končetině, ale i na ostatním svalstvu, které s pohybem souvisí. Mobilitu pacienta obvykle zajišťují tzv. francouzské hole, které hmotu těla při každém kroku rozdělují mezi poškozenou končetinu a svalový potenciál rukou.

Na začátku rehabilitačního procesu se poškozená končetina nesmí v rámci běžného kroku používat vůbec. Postupně se v dalších týdnech může zatěžování končetiny zvyšovat. Na konci léčení může pacient hole odložit. Tato doba je ovšem v řádu měsíců. Během tohoto procesu lékař doporučí v každém období procentuální míru zatížení léčené končetiny během každého kroku a pacient by toto doporučení měl co nejvíce respektovat. Problém je ovšem v tom, že drtivá většina pacientů nedovede odhadnout, kolika procenty během kroku končetinu zatěžuje. Při chůzi se rozložení síly mezi končetinu a hůl dostává do stavu, na jaký si pacient vytvořil jistý návyk. Tento návyk může znamenat, buď správné rozloženi zatížení, nebo totální přetěžování končetiny jako jeden extrém, eventuálně zbytečné šetření končetiny, urychlující atrofizaci, jako opačný extrém.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny ortopedickou pomůckou, zejména holí nebo berlí, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že v části mezi držadlem a svým koncem je ortopedická pomůcka opatřena snímačem síly, propojeným s mikroprocesorovým systémem a výstupním zařízením, které jsou připojeny k integrovanému napájecímu zdroji.

Ve výhodném provedení je k mikroprocesorovému systému připojena paměť. K mikroprocesorovému systému může být připojen systém reálného času pro zaznamenání zatížení končetiny pro všechny kroky, během definovaného časového intervalu.

Výstupní zařízení je s výhodou tvořeno akustickou a/nebo optickou a/nebo vibrační signalizací.

K mikroprocesorovému systému je ve výhodném provedení připojeno výpočetní zařízení pro stanovení procentuálního výskytu kroků, kdy správně zatěžoval léčenou končetinu a/nebo procentuálního výskytů kroků, které končetinu přetěžují a/nebo procentuálního výskytu kroků, kdy končetinu zbytečně šetřil a/nebo kolikrát během měřeného časového intervalu postiženou končetinu totálně a nebezpečně přetížil.

Ortopedická pomůcka je s výhodou opatřena zobrazovací jednotkou pro zobrazení časového intervalu měření a/nebo celkového počtu kroků a/nebo procentuálního výskytu kroků s nízkým zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků se správným zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků s přetížením končetiny a/nebo výstražnou informací o počtu kroků s nebezpečným přetížením končetiny.

- 1 CZ 305826 B6

Ve výhodném provedení mohou být dvě ortopedické pomůcky jednoho uživatele vzájemně propojeny bezdrátovou komunikací pro porovnání zatížení pravé a levé ortopedické pomůcky.

Ortopedická pomůcka je s výhodou v držadle opatřena světelným zdrojem. V držadlu může být umístěno zařízení pro snímání tepu uživatele. Ortopedická pomůcka je s výhodou opatřena systémem pro komunikaci s hlídacím systémem pro seniory.

Podstatou navrhovaného systému je využití upravené francouzské hole, nebo upravené klasické berly pro snímání dat při pohybu pacienta. Francouzská hůl je podle návrhu doplněna vhodným snímačem síly, mikroprocesorovým systémem, pamětí a vhodným výstupním zařízením. Takový systém slouží pacientovi jako zpětná vazba, určující rozdíl mezi žádanou hodnotou zatížení končetiny, kterou doporučí a nastaví lékař a skutečným zatížením právě vykonaného kroku. V praxi mohou nastávat nastávající situace.

Ideální zatížení - rozdíl mezi žádanou hodnotou zatížení a skutečným zatížením je zanedbatelný. Tato informace je vyhodnocena a pacientovi je opticky nebo akusticky předána.

Malé zatížení - systém generuje systém specifický výstražný signál.

Nadměrné zatížení - podobně při vysokém zatížení končetiny se generuje odlišný výstražný signál.

Řídicí systém hole je kompletně autonomní. Je umístěn v holi, a to včetně napájecího zdroje. Pro plné využití může být systém vybaven pamětí a systémem reálného času pro zaznamenání zatížení končetiny pro všechny kroky, během definovaného intervalu, jako je hodina, den, týden atd. Zaznamenaná data mohou být cenným zdrojem informací pro ošetřující lékaře, neboť jednotlivé artefakty, naměřené v průběhu sledovaného intervalu mohou dát lékaři unikátní a protokolárně doložitelné informace o možnostech pacienta zvládat předepsaná zatížení. Tato data lze přenést přes vhodné rozhraní, např. USB, Bluetooth, atd., do počítače lékaře. Zde může být nainstalován program, který lékaři pomůže nalézt speciální léčebnou proceduru pro konkrétního pacienta. Lékař např. může okamžitě určit, zda pacient nezatížil končetinu v průběhu sledovaného intervalu úplným zatížením hmoty těla, kdy tato událost nastala, eventuálně kolikrát se opakovala. Díky tomu může lékař bezprostředně vyhodnotit rizika pro pacienta a navrhnout řešení.

Lékař může nastavit nový práh zatížení pro léčenou končetinu a může sledovat rychlost adaptace pacienta na tuto změnu, tedy jeho proces učení. Zaznamenaná data časového záznamu odchylky mezi doporučeným zatížením končetiny a skutečným zatížením budou mít principiálně možné průběhy podle obr. 3.

Pokud jsou dvě ortopedické pomůcky jednoho uživatele vzájemně propojeny bezdrátovou komunikací pro porovnání zatížení pravé a levé ortopedické pomůcky, lze takové uspořádání s výhodou využít u pacientů s výraznou asymetrií trupu a dále i pro výzkumné účely lékařů.

Ortopedická pomůcka může být v držadle opatřena světelným zdrojem, který je možné využít za snížené viditelnosti.

Ortopedickou pomůcku je možné mechanicky uzpůsobit pro zvednutí druhé pomůcky. Toto opatření řeší problém, kdy pacientovi upadne jedna z pomůcek na zem a vlastními silami ji není schopen jednoduše zvednout.

Pokud je v držadlu umístěno zařízení pro snímání tepu uživatele, slouží výstupní hodnoty ošetřujícímu lékaři jako další zdroj informací pro další léčbu.

Ortopedická pomůcka může být opatřena systémem pro komunikaci s hlídacím systémem pro seniory, který zajistí přivolání pomoci, například při pádu a podobně.

-2CZ 305826 B6

Objasnění výkresů

Ortopedická pomůcka, zejména hůl nebo berle, podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsána na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněna schematicky v nárysu příkladná ortopedická pomůcka. Na obr. 2 je znázorněn princip zpracování informace v inteligentní ortopedické pomůcce. Na obr. 3 je znázorněn časový průběh adaptace pacienta na nově lékařem nastavený práh zatížení končetiny.

Příklady uskutečnění vynálezu

Ortopedická pomůcka 1 v podobě berle je v části mezi držadlem 2 a svým koncem 3 opatřena snímačem 4 síly, propojeným s mikroprocesorovým systémem a výstupním zařízením, které jsou připojeny k integrovanému napájecímu zdroji. K mikroprocesorovému systému je připojena paměť. K mikroprocesorovému systému je připojen systém reálného času pro zaznamenání zatížení končetiny pro všechny kroky, během definovaného časového intervalu. Výstupní zařízení 5 je tvořeno akustickou a optickou signalizací.

K mikroprocesorovému systému je připojeno výpočetní zařízení pro stanovení procentuálního výskytu kroků, kdy uživatel správně zatěžoval léčenou končetinu a/nebo procentuálního výskytů kroků, které končetinu přetěžují a/nebo procentuálního výskytu kroků, kdy uživatel končetinu zbytečně šetřil a/nebo kolikrát během měřeného časového intervalu postiženou končetinu totálně a nebezpečně přetížil. Systém je opatřen zobrazovací jednotkou pro zobrazení časového intervalu měření a/nebo celkového počtu kroků a/nebo procentuálního výskytu kroků s nízkým zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků se správným zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků s přetížením končetiny a/nebo výstražnou informací o počtu kroků s nebezpečným přetížením končetiny.

Příkladem konstrukčního provedení výstupního zařízení 5 pro výstražný signál může být například použití vícebarevné LED diody, umístěné v zorném poli pacienta například v držadle 2 podle obr. 1. Když pacient zatěžuje končetinu správně, svítí LED dioda zeleně. Při nadměrném zatížení léčené končetiny svítí červeně a naopak při malém zatížení svítí modře. Systém může být doplněn ještě „havarijním“ signálem například akustickým, pokud se léčená končetina zatíží plnou hmotou těla.

Plná (aproximovaná) čára na obr. 3 ukazuje typickou tzv. „křivku učení“. Ta může mít poměrně rozdílné parametry pro různé pacienty, ale v zásadě u většiny pacientů v čase postupně klesá efektivní hodnota odchylky zatížení končetiny jako výsledek učení. Lékař může určit podle délky adaptace, co je ještě normální proces a naopak může prokazatelně ukázat například podle čárkované křivky, že pacient má jisté nepřekročitelné mentální nebo jiné problémy při dodržení definovaného zatížení postižené končetiny. To může být zásadním signálem pro lékaře a terapeuty, aby takovému pacientovi věnovali speciální průpravu a ochránili jej před nebezpečím poškození postižené končetiny. Pokud lékař přenese data z inteligentní ortopedické pomůcky do počítače, lze získaná data zpracovat statistickými metodami jako je graf rozložení, výkonová spektrální hustota a další. Na základě takové analýzy mohou lékaři získat mnoho dalších objektivních indicií, podle kterých mohou navrhnout individuální metodu rehabilitace.

Při zpracování informace v inteligentní ortopedické pomůcce se nejprve analyzuje kinematika pohybu pacienta s francouzskými holemi. Pacient nejprve vykročí zdravou nohou s plným zatížením celého těla na této noze. Při dokončení této fáze kroku pacient dá obě hole před tělo, zatíží hole jistou částí hmoty těla, zbytek hmoty přenese postižená končetina a tím se dokončí druhá fáze kroku. Zdravá končetina je v této fázi bez dotyku se zemí, tedy úplně odlehčená. Druhá část krokuje tedy fáze aktivního použití hole. Po dokončení fáze aktivního použití holí se úplná hmota těla opět přenese výhradně na zdravou končetinu a cyklus se opakuje. Fáze pohybu, kdy jsou

-3CZ 305826 B6 zatíženy Francouzské hole lze graficky znázornit podle obr. 3. Je to graf, který charakterizuje typický průběh sil, který měří snímač na „inteligentní holi“ během jednoho kroku. Na začátku aktivní fáze použití hole stojí pacient na zdravé noze, obě hole dá před sebe a přenese celé tíhové působení těla na hole pomocí rukou a zbytek tíhy těla přenese léčená končetina. Zdravá noha je v této fázi ve vzduchu a nakročuje na další krok. Průběh síly, kterou naměří „inteligentní hůl“ začíná na počátku této fáze na nule, postupně se však zvyšuje a přibližně uprostřed, kdy je hůl kolmo k zemi, naměří se maximální síla. V další části této fáze kroku se síla zmenšuje. Na konci kroku je síla opět nulová a veškerá hmota těla se přenese na zdravou končetinu. Následuje prvá fáze kroku. Předpokládejme nejprve, že lékař požaduje na počátku léčby nulové zatížení léčené končetiny. V tom případě se v měřené fázi kroku veškerá hmota těla přenáší na obě hole se zatížením přibližně symetrickým - obě nohy, jak zdravá, tak nemocná jsou v této fázi ve vzduchu. Maximální naměřená síla uprostřed kroku odpovídá hmotnosti pacienta a je to tzv. kalibrační měření, které upraví rozsah měření pro konkrétního pacienta se svou hmotností. Průběh tohoto kalibračního měření ukazuje nepřerušovaná křivka na obr. 3. Integrací křivky se získá průměrná síla během kroku při 100% zatížení hole tj. nulové zatížení léčené končetiny. Na obr. 3 se jedná o nepřerušovanou rovnoběžku s osou x.

Pokud se léčená končetina zatěžuje určitou silou v aktivní části kroku, rozdělí se celková síla na část, kterou přenáší léčená končetina a část, kterou přenáší ortopedická pomůcka. Vždy platí: F_max= F_hui+ Fnoha · Na obr. 3 je příklad, kdy je zatížení léčené končetiny nastaveno např. na 30 %. Průběh měřené síly určuje čárkovaná křivka. Vypočítanou průměrnou naměřenou sílu zobrazuje čárkovaná rovnoběžka s osou x. V tomto konkrétním příkladu je průměrná hodnota naměřené síly 70 %. (F_max = 100 %). Lékař proto může stanovit povolené optimální zatížení končetiny pro danou fázi léčby v rozsahu < 0, F_max >. Když lékař např. nastaví povolené zatížení končetiny na 30 % podle obr. 3, musí pacient zatížit měřicí hůl 70 %. V tom případě bude přesně splněn lékařův příkaz. V konkrétním provedení se zvolí pás povolené tolerance naměřené síly, v kterém jsou naměřené hodnoty vyhodnoceny jako vyhovující. Zatěžuje-li se končetina tak, že naměřená síla je v povoleném tolerančním poli, bude se to pacientovi indikovat např. zelenou diodou LED, umístěnou na holi v zorném poli jeho očí. Při vyšším nebo nižším zatížení, v rámci jednoho kroku, jsou zvoleny další toleranční pásy, kdy bude indikační LED dioda svítit červeně - přetížení končetiny, respektive modře - příliš nízké zatížení končetiny. V případě totálního přetížení končetiny se mimo indikace červenou LED ještě spustí dodatečný varovný akustický signál.

Pokud pacient není schopen provést zkušební krok s nulovým zatížením léčené končetiny, tj. 100% zatížení hole, může tuto kalibraci lékař nahradit vložením údaje o hmotnosti pacienta. Podle požadované přesnosti se nastaví A/D převodník tak, aby se v jednom kroku naměřilo dostatečný počet vzorků síly pro minimalizaci chyby měření. Naměřený průběh síly v holi během kroku se matematicky zpracuje a vypočítá se střední hodnota síly v měřeném kroku. Tím se dostane prahová hodnota F_max. nepřerušovaná rovnoběžka s osou x. Je to střední hodnota síly během jednoho kroku pro případ úplného odlehčení léčené končetiny ve fázi měření. Protože je v tomto okamžiku zdravá končetina rovněž bez dotyku se zemí, naměřená hodnota určuje 100% zatížení v holi a nulové zatížení léčené končetiny. Plocha obdélníku, určená 100% silou v holi x délka kroku má rozměr práce [J] při vykonání jednoho kroku a je dána především hmotností pacienta.

Při použití popisovaného zařízení je třeba počítat s různými „typy“ pacientů. Senioři - častým důvodem jejich imobility je degenerativní onemocnění typu artróza, operace totální náhrady kloubů, zlomeniny v důsledku osteoporózy atd. Dále se jedná o pacienty středního věku, kteří tvoří méně početnou skupinu a důvodem jejich imobility je nejčastěji pracovní úraz, dopravní nehody apod. Další skupinou jsou mladí lidé-častým důvodem imobility je sportovní úraz.

Při využívání pomůcky seniory se typicky klade za cíl maximální jednoduchost. Základní účel pomůcky by měl být vyjádřen lapidárním návodem např. „zatěžuj hůl tak, aby to svítilo zeleně. Když to svítí červeně, přetěžuješ léčenou končetinu a naopak, když to svítí modře, tak končetinu příliš šetříš.“ Vše ostatní je na ošetřujícím lékaři.

-4CZ 305826 B6

Pokud je pacientem mladý člověk, např. vrcholový sportovec, má obvykle velmi silnou motivaci pro co nejkratší dobu rehabilitace. V takovém případě se jedná se obvykle o pacienty, kteří jsou velmi cílevědomí a mají velkou motivaci na maximální efektivitě rehabilitační fáze. Současně by chtěli udělat také vše pro zkrácení doby imobility. Tito pacienti jsou obvykle standardně počítačově gramotní, a proto není důvod, proč všechny jmenované okolnosti nevyužít. Především je poměrně snadné přenést naměřená data do PDA, moderního chytrého telefonu tj. smartphonu nebo notebooku. Zde může takový pacient např. okamžitě dostat zpracované statistické údaje, jak zatěžoval inteligentní hůl v průběhu sledovaného intervalu. Pacient tedy může rychle získat např. tyto základní informace: procentuální výskyt kroků, kdy správně zatěžoval léčenou končetinu, procentuální výskyt kroků, které končetinu přetěžují, procentuální výskyt kroků, kdy končetinu zbytečně šetřil, kolikrát během měřeného tj. definovaného intervalu postiženou končetinu totálně a nebezpečně přetížil.

Tyto informace lze zobrazit na PDA nebo notebooku ve vhodné formě tak, aby své výsledky mohl pacient porovnávat s výsledky, které pro danou fázi léčby definuje lékař. Kromě základních informací popsaných výše by mohl pacient získávat mnoho dalších informací, např.: časový interval měření tj. datum a čas začátku a konce měření, celkový počet kroků, procentuální výskyt kroků s nízkým zatížením, procentuální výskyt kroků se správným zatížením, procentuální výskyt kroků s přetížením končetiny, výstražné informace o počtu kroků s nebezpečným přetížením končetiny a podobně.

Všechny tyto informace mohou být zobrazeny ve formě např. přehledné tabulky a porovnávány s hodnotami, které stanoví lékař a současně i s hodnotami, které dosáhl pacient v předchozím intervalu. Zároveň může pacient kompletní data, tedy úplný soubor dat poslat mailem svému ošetřujícímu lékaři, který takto může pacienta průběžně kontrolovat a korigovat. Systém je navržen tak, aby procentuální práh zatížení končetiny mohl nastavovat výhradně lékař. Sledování výsledků a snaha o dosažení nejlepšího „skóre“ se tak pro pacienta stává jistým druhem hry, která jej motivuje k dosažení nejefektivnějšího průběhu rehabilitace. Lékař má na druhé straně k dispozici protokolárně zdokumentovaný průběh léčby. Podle míry odpovědnosti pacienta, tedy nej lepšího „skóre“, může zvolit optimální individuální rehabilitační režim a tím zkrátit dobu léčby.

Pokud pacient pro takovou interaktivní komunikaci s lékařem nemá pochopení, nebo prostředky, možnosti pomůcky se nesnižují. Všechny operace s přesunem informací z hole však provádí lékař na svém počítači.

Jako další doplněk lze využít napájecího akumulátoru nebo baterie inteligentní hole pro zapojení svíticí diody LED bílé barvy s jednoduchým zapínáním. Pokud je světelný kužel směrován před sebe, má pacient k dispozici orientační zdroj světla pro noční pohyb v léčebně i jinde.

Inteligentní ortopedická pomůcka je napájena z vhodného dobíjecího akumulátoru, např. NIMH nebo LIPOL. Akumulátor je součástí pomůcky. Napájecí zdroj v pomůcce upravuje napětí podle potřeb elektroniky pomůcky.

Proces nabíjení pomůcky je řešen standardně přes konektor mikro USB a lze použít jakýkoli typizovaný napáječ pro mobilní telefon s normalizovaným výstupem USB. V blízkosti konektoru na pomůcce bude miniaturní vícebarevná LED dioda pro indikaci stavu akumulátoru. Tentýž konektor tj. mikroUSB při připojení k počítači, například notebooku slouží k obousměrnému přenosu dat z pomůcky. Pokud je pomůcka propojena s počítačem, lze automaticky dobíjet pomůcku z tohoto počítače.

Inteligentní ortopedická pomůcka podle tohoto technického řešení by rozložení sil mezi léčenou končetinou a pomůckou podle doporučení lékaře měla zajišťovat s velkou přesností a současně protokolárně upozornit na příklady, kdy pacient končetinu přetěžoval.

-5 CZ 305826 B6

Průmyslová využitelnost

Ortopedická pomůcka, zejména hůl nebo berle, podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění v nemocničních a rehabilitačních zařízeních, ale i při domácím ošetřování.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Ortopedická pomůcka, zejména hůl nebo berle, u které je v části mezi držadlem (2) a koncem (3) umístěn snímač (4) síly propojený s mikroprocesorovým systémem a výstupním zařízením (5), které jsou připojeny k integrovanému napájecímu zdroji a k mikroprocesorovému systému je připojen systém reálného času pro zaznamenání zatížení končetiny pro všechny kroky, během definovaného časového intervalu, vyznačující se tím, že je propojena bezdrátovou komunikací s druhou ortopedickou pomůckou jednoho uživatele pro porovnání zatížení pravé a levé ortopedické pomůcky a k mikroprocesorovému systému je připojena paměťová jednotka.
2. Ortopedická pomůcka podle nároku 1, vyznačující se tím, žek mikroprocesorovému systému je připojeno výpočetní zařízení pro stanovení procentuálního výskytu kroků, kdy je správně zatěžována léčená končetina a/nebo procentuálního výskytů kroků, které končetinu přetěžují a/nebo procentuálního výskytu kroků, kdy je končetina zbytečně šetřena a/nebo kolikrát během měřeného časového intervalu byla postižená končetina totálně a nebezpečně přetížena.
3. Ortopedická pomůcka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že je opatřena zobrazovací jednotkou pro zobrazení časového intervalu měření a/nebo celkového počtu kroků a/nebo procentuálního výskytu kroků s nízkým zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků se správným zatížením a/nebo procentuálního výskytu kroků s přetížením končetiny a/nebo výstražnou informací o počtu kroků s nebezpečným přetížením končetiny.
4. Ortopedická pomůcka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že její držadlo (2) je opatřeno světelným zdrojem (6).
5. Ortopedická pomůcka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v jejím držadlu (2) je umístěno zařízení pro snímání tepu uživatele.
6. Ortopedická pomůcka podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ortopedická pomůcka je opatřena vysílacím zařízením pro komunikaci s přijímacím zařízením v hlídacím středisku pro seniory.