PL238331B1 - Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki - Google Patents

Abstract

Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki połączone jest z komputerem za pomocą dwukierunkowej magistrali i zawiera podstawę (1) oraz co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny (3). Na podstawie (1) umieszczona jest co najmniej jedna szyna (2), na której umieszczony jest co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny (3), który zawiera element prowadzący (4) zawierający ściankę poziomą i ściankę pionową. Element prowadzący (4) w spodniej części ścianki poziomej posiada co najmniej jedną prowadnicę, a na ściance pionowej elementu prowadzącego (4) jest pierwszy moduł obrotowy, do którego zamocowana jest baza ruchoma (5). Wewnątrz tej bazy ruchomej (5) jest co najmniej jeden pierwszy moduł napędowy (7) z wałkiem mocującym (8), który wyprowadzony jest na zewnątrz bazy ruchomej (5).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki, zwłaszcza dla osób dotkniętych porażeniem połowicznym jednostronnym.

Z opisu patentowego US 7618381 B2 znane jest urządzenie do rehabilitacji nadgarstka, które zawiera rączkę trzymaną przez pacjenta podczas ćwiczeń. Rączka zamocowana jest na końcu stelaża zawierającego moduły napędowe, sensory i układ sterowania.

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku nr US 20130772829 A1 znane jest urządzenie do rehabilitacji ruchliwości palców. Urządzenie posiada podstawę osadzoną na przedramieniu, która zawiera giętkie pręty mocowane na zewnętrznej stronie dłoni umożliwiające wykonywanie ćwiczeń biernych lub wspomaganych czynnych, polegających na selektywnym zginaniu i prostowaniu wszystkich albo wybranych palców, oraz wykonywaniu zadanych kombinacji ruchów.

Znane, ze stosowania, jest urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ruchowej ręki, w szczególności nadgarstka powstałe w oparciu o moduł mechatronicznej bazy o nazwie handlowej CR2-Haptic. Baza ta stanowi moduł zawierający napęd elektryczny, enkoder oraz układ sterowania. Urządzenie posiada na obudowie zamocowany element obrotowy, na który mogą być mocowane nakładki umożliwiające prowadzenie ćwiczeń ruchów ręki wykonywanych na co dzień. Nakładki wraz z odpowiednim ustawieniem i orientacją modułu głównego umożliwiają prowadzenie treningu nadgarstka w kilku płaszczyznach. Zróżnicowane kształty nakładek oraz ćwiczenia wyświetlane na ekranie komputera pozwalają na trening ruchów wykorzystywanych w życiu codziennym.

Ze stosowania znane jest, pod nazwą Amadeo, urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ruchowej osób z dysfunkcjami dłoni. Producentem tego znanego urządzenia jest przedsiębiorstwo Tyromotion. To znane urządzenie umożliwia wykonywanie ćwiczeń biernych, ćwiczeń czynnych oraz ćwiczeń czynnych z wykorzystaniem przestrzeni wirtualnej lub biofeedbacku EMG. Zawiera ono ramę, na której opiera się przedramię rehabilitowanej ręki wraz z jej dłonią oraz prowadnice z osadzonymi na nich ruchomymi uchwytami, do których mocowane są, za pomocą magnesów, palce. Każdy palec wsparty jest na oddzielnym uchwycie i wykonuje ruchy wzdłuż szyn, a kombinacja zadanych ruchów może być dowolnie konfigurowana za pomocą jednostki sterującej.

Ze stosowania znane jest urządzenie mechatroniczne pod nazwą System Pablo do rehabilitacji ruchowej osób z dysfunkcjami ręki. System ten zawiera uniwersalny mechatroniczny trzpień i zestaw pomocniczy biernych urządzeń zewnętrznych, w których osadza się ten trzpień, który wykorzystywany jest do oceny i treningu funkcjonalnego palców, dłoni i ramienia. Trzpień ten umożliwia przeprowadzenie pomiaru siły w palcach oraz zakresu ruchów, w połączeniu z możliwością prowadzenia treningu ruchowego i audiowizualnego wyświetlanego na ekranie monitora. Moduł pomocniczy, bierny, w połączeniu z trzpieniem, przeznaczony jest do treningu nadgarstka i stawu łokciowego. Ćwiczenia realizowane są w oparciu o kulę, na której spoczywa otwarta dłoń pacjenta.

Te znane urządzenia nie umożliwiają jednak jednoczesnego prowadzenia, z ich wykorzystaniem, ćwiczeń wykonywanych przez więcej niż jedną osobę.

W celu eliminacji wad dotychczasowych rozwiązań i umożliwienia prowadzenia ćwiczeń przez jednego albo przez dwóch pacjentów równocześnie opracowano nowe urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki.

Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki połączone z komputerem za pomocą dwukierunkowej magistrali zawierające podstawę z płytą oraz co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na podstawie umieszczona jest co najmniej jedna szyna z zębami na jednym jej boku, na której przestawnie umieszczony jest co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny, który zawiera element prowadzący do przesuwania tego modułu rehabilitacyjnego po szynie, który złożony jest ze ścianki poziomej i ścianki pionowej, które połączone są ze sobą krawędziami pod kątem prostym, przy czym w spodniej części ścianki poziomej elementu prowadzącego jest co najmniej jedna obejma prowadząca, poprzez którą ten moduł rehabilitacyjny osadzony jest na szynie, a na ściance pionowej elementu prowadzącego jest pierwszy moduł obrotowy, do którego zamocowana jest ruchomo baza ruchoma, przy czym baza ruchoma obracana jest na tym module obrotowym w płaszczyźnie poziomej, zaś wewnątrz tej bazy ruchomej jest co najmniej jeden pierwszy moduł napędowy z wałkiem mocującym do poruszania tym wałkiem mocującym, przy czym wałek mocujący na nakładki rehabilitacyjne wyprowadzony jest na zewnątrz bazy ruchomej, a ponadto w podstawie osadzony jest co najmniej jeden drugi moduł napędowy, poprzez który płyta podstawy jest poruszana, przy czym na tym drugim module napędowym, od jego górnej części, zamocowany jest co najmniej jeden drugi moduł obrotowy,

PL 238 331 B1 który zawiera koło zębate, które wyprowadzone jest na zewnątrz podstawy, przy czym to koło zębate drugiego modułu obrotowego zazębione jest z zębami szyny, zaś na podstawie osadzony jest co najmniej jeden monitor.

Korzystnie w bazie ruchomej są trzy moduły napędowe, przy czym jeden pierwszy moduł napędowy jest w przedniej części bazy ruchomej, zaś dwa pierwsze moduły napędowe są po bokach tej bazy ruchomej, a moduły rehabilitacyjne są dwa.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli monitor zamocowany jest do wysięgnika, przy czym monitor jest dotykowy, a ponadto monitor jest osadzony obrotowo i ma zmienny kąt nachylenia względem podstawy, korzystnie urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki ma dwa monitory.

Zaletą urządzenia mechatronicznego do rehabilitacji ręki z wykorzystaniem urządzenia jest możliwość prowadzenia kontrolowanych ćwiczeń ręki, przy równoczesnym udziale jednego albo dwóch pacjentów, w szczególności po różnego rodzaju uszkodzeniach o podłożu neurologicznym, na przykład udarze mózgu. Zastosowanie bazy ruchomej zawierającej pierwsze moduły napędowe zakończone wałkami mocującymi umożliwia prowadzenie ćwiczeń różnego rodzaju chwytów ręki z wykorzystaniem różnych nakładek rehabilitacyjnych. Zastosowanie zestawu prostych do wykonania nakładek rehabilitacyjnych powoduje, że urządzenie będące przedmiotem wynalazku jest uniwersalne i może być rozwijane poprzez tworzenie nowych nakładek, zwłaszcza metodą druku 3D - Rapid Prototyping. Zapewnia to możliwość ich indywidualnego dostosowania zarówno do posiadanej dysfunkcji ręki, wymiarów antropometrycznych, jak też skupienia się na ćwiczeniach dokładnie tych fragmentów ręki, które wymagają przeprowadzenia rehabilitacji. Dzięki zastosowaniu w urządzeniu drugiego modułu obrotowego możliwe jest prowadzenie ćwiczeń nadgarstka. W przypadku prowadzenia ćwiczeń przez jednego pacjenta, dzięki zastosowaniu modułu rehabilitacyjnego osadzonego na szynie, możliwe jest prowadzenie ćwiczeń całej jego kończyny górnej. Zastosowanie w urządzeniu dwóch modułów rehabilitacyjnych umożliwia prowadzenie niezależnych rehabilitacji dwóch pacjentów. Takie rozwiązanie daje możliwość oszczędności przez rehabilitanta czasu poświęconego na rehabilitację osób, a tym samym pozwala na przyjęcie w ciągu dnia pracy większej liczby pacjentów, co przekłada się na skrócenie czasu oczekiwania pacjentów na rehabilitację. Zarówno w przypadku prowadzenia ćwiczeń przez jednego, jak i dwóch pacjentów możliwe jest prowadzenie ćwiczeń, w których ruch zdrowej ręki wymusza ruch ręki rehabilitowanej albo, w których ręka zdrowa i ręka rehabilitowana współpracują ze sobą przy rozwiązywaniu zadań obrazowanych na monitorze komputera. Przykładowo prowadzi się ćwiczenie polegające na utrzymywaniu lecącego samolotu na, zdefiniowanej w grze, wysokości przelotu. W tym celu ręka zdrowa współpracuje z ręką chorą poprzez wykonywanie takich samych ruchów albo ruchów prawą ręką, które są przeciwne do ruchów wykonywanych ręką lewą.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki w widoku z góry, fig. 2 - to samo urządzenie w widoku izometrycznym z przodu, góry i lewego boku, fig. 3 - moduły rehabilitacyjne osadzone na szynach oraz drugi moduł napędowy z drugim modułem obrotowym w powiększeniu w widoku z przodu, fig. 4 - te same moduły rehabilitacyjne osadzone na tych samych szynach oraz ten sam drugi moduł napędowy z tym samym drugim modułem obrotowym w powiększeniu w widoku izometrycznym z przodu, góry i prawego boku, fig. 5 - pierwsze moduły napędowe z wałkami mocującymi oraz pierwszy moduł obrotowy modułu rehabilitacyjnego w powiększeniu w widoku z góry, fig. 6 - nakładkę rehabilitacyjną w kształcie półsfery w widoku z przodu oraz w widoku z przodu i dołu, fig. 7 - nakładkę rehabilitacyjną w kształcie trzpienia w widoku z przodu i prawego boku oraz w widoku z dołu i lewego boku, fig. 8 - nakładkę rehabilitacyjną w kształcie trzpienia osadzonego na dodatkowym ramieniu mocującym w widoku z przodu oraz w widoku izometrycznym z przodu, dołu i lewego boku, fig. 9 - nakładkę rehabilitacyjną w formie cienkiej metalowej blaszki w widoku z przodu, natomiast fig. 10 - nakładkę rehabilitacyjną w kształcie kulki w widoku z przodu.

Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki, w przykładzie wykonania jest połączone z komputerem za pomocą dwukierunkowej magistrali i zawiera podstawę 1 z płytą 1’, na której osadzone są dwie szyny 2. Na szynie 2 umieszczony jest przestawnie moduł rehabilitacyjny 3, który zawiera element prowadzący 4 zawierający ściankę poziomą i ściankę pionową, które połączone są ze sobą krawędziami pod kątem prostym oraz bazę ruchomą 5. Na spodniej części ścianki poziomej elementu prowadzącego 4 jest obejma prowadząca, poprzez którą moduł rehabilitacyjny 3 osadzony jest na szynie 2, zaś na ściance pionowej elementu prowadzącego 4 jest pierwszy moduł obrotowy 6. Do modułu obrotowego 6 zamocowana jest baza ruchoma 5, która obraca się na nim w płaszczyźnie poziomej. Szyna 2 ma na

PL 238 331 B1 jednym boku utworzone zęby. Wewnątrz bazy ruchomej 5 są trzy pierwsze moduły napędowe 7, z których każdy zakończony jest wałkiem mocującym 8, który wyprowadzony jest na zewnątrz tej bazy ruchomej 5. Na wałki mocujące 8 nakładane są nakładki rehabilitacyjne umożliwiające rehabilitację ręki poprzez wykonywanie różnych rodzajów ćwiczeń. Jeden pierwszy moduł napędowy 7 z wałkiem mocującym 8 umieszczony jest w przedniej części bazy ruchomej 5 od strony osoby rehabilitowanej, zaś dwa pierwsze moduły napędowe 7 z wałkami mocującymi 8 umieszczone są po bokach bazy ruchomej 5. Moduły napędowe 7 służą do poruszania wałkami mocującymi 8. W podstawie 1 osadzony jest drugi moduł napędowy 9, na którym od góry zamocowany jest drugi moduł obrotowy 10. Drugi moduł napędowy 9 powoduje obrót płyty 1’, a tym samym umożliwia dostosowanie urządzenia do równoczesnego wykonywania ćwiczeń przez dwie osoby albo umożliwia prowadzenie ćwiczeń rotacji ciała przez jedną osobę. Drugi moduł obrotowy 10 posiada koło zębate, które wyprowadzone jest na zewnątrz podstawy 1 pomiędzy szynami 2 i współpracuje ono z zębami szyny 2, dzięki czemu możliwe jest wzajemne rozsuwanie modułów rehabilitacyjnych 3. Na podstawie 1 osadzone są obrotowo, na dwóch wysięgnikach 11, dwa dotykowe monitory 12, które mają zmienny kąt nachylenia względem tej podstawy 1. Monitory 12 przeznaczone są do obsługi urządzenia oraz do prezentowania na nich ćwiczeń przeznaczonych do wykonania przez pacjentów. Każdy z monitorów 12 można dowolnie obrócić i ustawić jego kąt nachylenia umożliwiając tym samym zarówno komfortową pracę rehabilitantowi, jak również ich ustawienie z przeznaczeniem dla jednego albo dwóch pacjentów ćwiczących jednocześnie. Każdy z pacjentów może ćwiczyć niezależnie od drugiego i na monitorze 12 obserwować zaproponowane przez rehabilitanta ćwiczenia oraz odbierać informację zwrotną poprzez wyświetlanie komunikatów na monitorze 12 albo poprzez emitowany sygnał dźwiękowy.

Ćwiczenia z wykorzystaniem urządzenia mechatronicznego do rehabilitacji ręki prowadzi się tak, że poprzez dotykowy monitor 12 ustawia się rodzaj ćwiczeń, które umają być wykonane przez pacjenta, zwłaszcza ćwiczenia całą kończyną albo ćwiczenia nadgarstka, oraz wybiera się nakładki rehabilitacyjne, którymi pacjent będzie ćwiczył. Następnie wybiera się grupę ćwiczeń z zestawu dostępnych w bazie komputera oraz ustawia się parametry ćwiczeń, takie jak zakres ruchu, prędkość, liczba powtórzeń oraz określa się czy pacjent będzie będzie ćwiczył jedynie chorą ręką, czy też będzie ćwiczył zarówno chorą jak i zdrową ręką.

Na dotykowym wyświetlaczu 12 obrazuje się poruszające się elementy graficzne, których ruch odpowiada ruchowi nadgarstka rehabilitowanej ręki. W głośniku komputera odtwarza się dźwięki odpowiadające określonym ruchom nadgarstka rehabilitowanej ręki. Pacjent wykonuje zadane ćwiczenia poprzez wykonywanie ruchów chorą ręką albo równocześnie obiema rękami, co pozwala na wykonywanie ruchów wspólnych albo przeciwstawnych. Pacjent może również samodzielnie narzucać ruch chorej kończyny przy pomocy zdrowej kończyny. Wykonywanie ćwiczeń w kilku płaszczyznach całą kończyną górną, z wykorzystaniem wymiennych nakładek rehabilitacyjnych, dodatkowo pobudza regenerację uszkodzonych partii ciała, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadku uszkodzeń mających podłoże w schorzeniach neurologicznych.

Prowadząc jednocześnie ćwiczenia dwóch pacjentów moduły rehabilitacyjne 3 rozsuwa się na szynach 2 poprzez ruch drugiego modułu obrotowego 10. Ćwiczenia dla obu pacjentów oraz ich wyniki są obrazowane niezależnie dla każdego pacjenta na monitorach 12.

Wykaz oznaczeń rysunkowych

- podstawa ’ - płyta

- szyna

- moduł rehabilitacyjny

- element prowadzący

- baza ruchoma

- pierwszy moduł obrotowy

- pierwszy moduł napędowy

- wałek mocujący

- drugi moduł napędowy

- drugi moduł obrotowy

- wysięgnik

- monitor

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji ręki połączone z komputerem za pomocą dwukierunkowej magistrali zawierające podstawę z płytą oraz co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny, znamienne tym, że na podstawie (1) umieszczona jest co najmniej jedna szyna (2) z zębami na jednym jej boku, na której przestawnie umieszczony jest co najmniej jeden moduł rehabilitacyjny (3), który zawiera element prowadzący (4) do przesuwania tego modułu rehabilitacyjnego po szynie (2), który złożony jest ze ścianki poziomej i ścianki pionowej, które połączone są ze sobą krawędziami pod kątem prostym, przy czym w spodniej części ścianki poziomej elementu prowadzącego (4) jest co najmniej jedna obejma prowadząca, poprzez którą ten moduł rehabilitacyjny (3) osadzony jest na szynie (2), a na ściance pionowej elementu prowadzącego (4) jest pierwszy moduł obrotowy (6), do którego zamocowana jest ruchomo baza ruchoma (5), przy czym baza ruchoma (5) obracana jest na tym module obrotowym (6) w płaszczyźnie poziomej, zaś wewnątrz tej bazy ruchomej (5) jest co najmniej jeden pierwszy moduł napędowy (7) z wałkiem mocującym (8) do poruszania tym wałkiem mocującym (8), przy czym wałek mocujący (8) na nakładki rehabilitacyjne wyprowadzony jest na zewnątrz bazy ruchomej (5), a ponadto w podstawie (1) osadzony jest co najmniej jeden drugi moduł napędowy (9), poprzez który płyta (1’) podstawy (1) jest poruszana, przy czym na tym drugim module napędowym (9), od jego górnej części, zamocowany jest co najmniej jeden drugi moduł obrotowy (10), który zawiera koło zębate, które wyprowadzone jest na zewnątrz podstawy (1), przy czym to koło zębate drugiego modułu obrotowego (10) zazębione jest z zębami szyny (2), zaś na podstawie (1) osadzony jest co najmniej jeden monitor (12).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w bazie ruchomej (5) są trzy moduły napędowe (7).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że jeden pierwszy moduł napędowy (7) jest w przedniej czyści bazy ruchomej (5), zaś dwa pierwsze moduły napędowe (7) są po bokach tej bazy ruchomej (5).
4. 4. Urządzenie według dowolnego z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że moduły rehabilitacyjne (3) są dwa.
5. 5. Urządzenie według dowolnego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że monitor (12) zamocowany jest do wysięgnika (11).
6. 6. Urządzenie według dowolnego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że monitor (12) jest dotykowy.
7. 7. Urządzenie według dowolnego z zastrz. od 1 do 6, znamienne tym, że monitor (12) jest osadzony obrotowo i ma zmienny kąt nachylenia względem podstawy (1).
8. 8. Urządzenie według dowolnego z zastrz. od 1 do 7, znamienne tym, że ma ono dwa monitory (12).