PL238692B1 - Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej - Google Patents

Abstract

Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej zawiera podstawę (1) oraz mocowania na nakładki rehabilitacyjne. Na podstawie (1) osadzony jest moduł rehabilitacyjny (2), przy czym ten moduł rehabilitacyjny (2) zawiera co najmniej jeden moduł napędowy centralny zakończony wałkiem mocującym (4) na nakładkę rehabilitacyjną oraz co najmniej jeden moduł napędowy boczny z wałkiem (6), na którym osadzone jest ramię (7) zawierające prowadnice (8) oraz moduł napędowy liniowy (9) zakończony mocowaniem bocznym (10) na nakładkę rehabilitacyjną.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej, 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 US 20150359697 A1 znane jest urządzenie mające postać egzoszkieletu kończyny górnej, w szczególności nadgarstka i przedramienia. Rehabilitowana kończyna umieszczana jest w obudowie egzoszkieletu, który połączony jest z układem napędowym, sensorycznym i sterowania. Rehabilitowaną ręką realizowane są zadania polegające na jej ruchu z wykorzystaniem ruchomej rączki. Urządzenie umożliwia obrót ręki w wielu kierunkach, a realizowane przy tym ruchy pronacji, supinacji, zginania, prostowania, odwodzenia lub przywodzenia wspomagają proces odbudowy połączeń nerwowych w mózgu. Egzoszkielet wyposażony jest w kilka trybów działania, w których siłowniki mogą wspomagać ruch, przeciwstawiać się ruchowi lub pasywnie zezwalać na swobodny ruch rehabilitowanej kończyny.

W opisie zgłoszeniowym wynalazku US 2002146672 A1 zostało ujawnione urządzenie wykorzystujące wirtualną rzeczywistość i przeznaczone do rehabilitacji palców ręki. To znane urządzenie zawiera system sterowania oraz cztery siłowniki zamontowane na podstawie, które umieszczane są po stronie wewnętrznej dłoni.

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 którym 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.

Znane jest również urządzenie Bi-Manu-Track, którego producentem jest przedsiębiorstwo ReJest. To znane urządzenie przeznaczone jest do rehabilitacji kończyny górnej ze szczególnym uwzględnieniem ćwiczeń realizowanych w układzie odbicia lustrzanego. Zawiera ono podstawę, dwie rączki, układ napędowy, układ pomiarowy oraz układ sterowania. Urządzenie umożliwia pacjentowi wykonywanie ćwiczeń pronacji oraz supinacji przedramienia oraz zgięcia lub wyprostu nadgarstka z uwzględnieniem przy tym trzech programów ćwiczeń: bierny-bierny, w którym urządzenie narzuca ruch dla dwóch kończyn, czynny-bierny, w którym zdrową kończyną prowadzi się ruch kończyny uszkodzonej oraz czynny-czynny, w którym ruch realizuje się wspólnie obiema kończynami.

Te znane urządzenia umożliwiają jednak jedynie prowadzenie ćwiczeń wybranych odcinków ręki, w szczególności nadgarstka.

W celu eliminacji wad dotychczasowych rozwiązań i umożliwienia prowadzenia ćwiczeń usprawniających całą kończynę górną opracowano nowe urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej.

Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej zawierające podstawę oraz mocowania na nakładki rehabilitacyjne, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że na podstawie w jej centralnej części, osadzony jest moduł rehabilitacyjny, który ma kształt graniastosłupa o podstawie ośmiokąta, przy czym ten moduł rehabilitacyjny zawiera wbudowany w niego, co najmniej jeden moduł napędowy centralny zakończony wałkiem mocującym na nakładkę rehabilitacyjną, który to wałek mocujący jest wyprowadzony na zewnątrz modułu rehabilitacyjnego i umieszczony jest na jego obudowie, ponadto ten moduł rehabilitacyjny zawiera, wbudowany w niego, co najmniej jeden moduł napędowy

PL 238 692 B1 boczny z wałkiem, który jest wyprowadzony na zewnątrz tego modułu rehabilitacyjnego i na którym osadzone jest ramię zawierające prowadnicę, na końcu której, po stronie przeciwnej do wałka, zamocowany jest moduł napędowy liniowy zakończony mocowaniem bocznym na nakładkę rehabilitacyjną, przy czym to mocowane boczne jest po przeciwnej, do napędu liniowego, stronie prowadnicy, a ponadto w przedniej części podstawy, równolegle do jej krawędzi, zamocowane jest mocowanie podporowe, na którym osadzony jest przesuwnie moduł podporowy dla stawu barkowego, przy czym ten moduł podporowy ma wysięgnik podporowy, który jest prostopadły do mocowania podporowego, zaś na jego końcu, przeciwnym do mocowania podporowego, zamocowany jest podpórka, a ponadto na podstawie równolegle do mocowania podporowego umieszczony jest co najmniej jeden moduł pomiarowy odległości pacjenta, zaś w tylnej części podstawy, po jej stronie przeciwnej do mocowania podporowego, poprzez ruchomy wysięgnik osadzony jest monitor.

Korzystnie to urządzenie ma dwa moduły napędowe centralne, przy czym jeden moduł napędowy centralny umieszczony jest w części przedniej modułu rehabilitacyjnego, zaś drugi moduł napędowy centralny umieszczony jest w części górnej modułu rehabilitacyjnego, a ponadto ma ono dwa moduły napędowe boczne, przy czym ma ono trzy moduły pomiarowe, zaś moduł pomiarowy jest regulowany.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli w podstawie osadzony jest moduł rotacyjny, zaś wysięgnik jest ruchomy, a monitor jest dotykowy.

Zaletą stosowania urządzenia mechatronicznego do rehabilitacji kończyny górnej jest możliwość jednoczesnego prowadzenie usprawnienia całej kończyny górnej, również z uwzględnieniem ćwiczeń nadgarstka i palców. Urządzenie umożliwia również prowadzenie ćwiczeń różnych chwytów dłoni. Rehabilitacja prowadzona jest w oparciu o wykonywanie przez pacjenta zadanych ćwiczeń wyświetlanych na monitorze, które są realizowane przy pomocy urządzenia będącego przedmiotem wynalazku oraz wymiennych nakładek rehabilitacyjnych osadzonych na mocowaniach i dobieranych w zależności od sposobu ruchu, który ma być ćwiczony przez pacjenta. Wymienne nakładki rehabilitacyjne łączone są do jednego z dostępnych mocowań: wałków mocujących oraz mocowań bocznych. Wałek mocujący umożliwia obrót nakładką, przy czym sam jest nieruchomy. Urządzenie, dzięki ruchom ramion i obrotu całego modułu rehabilitacyjnego przy pomocy modułu rotacyjnego, umożliwia prowadzenie rehabilitacji różnych chwytów dłoni, ćwiczeń nadgarstka oraz całej kończyny górnej w wielu płaszczyznach: czołowej, strzałkowej, poprzecznej i pośrednich. Jednocześnie przy użyciu dwóch wymiennych nakładek rehabilitacyjnych zamontowanych na mocowaniach bocznych ramion możliwe jest prowadzenie rehabilitacji w odbiciu lustrzanym, przy czym zdrowa kończyna górna wspomaga lub prowadzi ruch chorej kończyny górnej albo prowadzone są ruchy przeciwstawne dla zdrowej i chorej kończyny górnej.

Realizowane ćwiczenia wspomagane są przy pomocy dedykowanych dla nich gier przedstawianych w wirtualnej rzeczywistości lub wyświetlanych na monitorze. Dzięki równoczesnemu występowaniu bodźców dotykowych, słuchowych oraz wzrokowych, uzyskiwane jest sprzężenie zwrotne mające istotny wpływ na postępy w rehabilitacji zwłaszcza osób po urazach lub chorobach neurologicznych, w przypadku których najważniejsza jest odbudowa utraconych połączeń nerwowych.

Z wykorzystaniem urządzenia według wynalazku możliwe jest prowadzenie rehabilitacji zarówno przez rehabilitanta w ośrodku rehabilitacyjnym, jak również samodzielnie przez pacjenta w warunkach domowych. Dzięki połączeniu z komputerem urządzenie umożliwia także prowadzenie diagnostyki i raportowanie postępów w procesie rehabilitacji. Raportowanie zapewnia możliwość ilościowego opisu aktualnego stanu pacjenta oraz postępów w procesie rehabilitacji, co motywuje pacjenta do dalszej pracy. Rehabilitant ma możliwość opracowania optymalnego zestawu ćwiczeń możliwego do realizacji z wykorzystaniem urządzenia oraz różnych nakładek rehabilitacyjnych. Modułowość urządzenia umożliwia indywidualne dostosowanie się do aktualnych oczekiwań pacjenta. Ponadto rehabilitant nie ma problemu z wygospodarowaniem miejsca w gabinecie dla wielu urządzeń, jak również ma możliwość łatwego przewiezienia urządzenia do domu pacjenta, ponieważ urządzenie będące przedmiotem wynalazku jest mobilne i łatwe do wykorzystania poza gabinetem rehabilitacyjnym czy szpitalem. Dodatkową zaletą jest to, że pacjent ćwiczy przy pomocy jednego znanego mu urządzenia, co powoduje, że pacjent nie musi poznawać kilku urządzeń i przyzwyczajać się do nich.

Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do mechatronicznej rehabilitacji kończyny górnej w widoku z góry, fig. 2 - to samo urządzenie w widoku izometrycznym z przodu, góry i prawego boku, fig. 3 - to samo urządzenie w widoku z przodu, fig. 4 - to samo urządzenie w widoku izometrycznym z przodu, góry i lewego boku, fig. 5 - to samo urządzenie ze zdjętą obudową modułu rehabilitacyjnego w widoku z góry, fig. 6 - nakładkę rehabilitacyjną w kształcie półsfery w widoku z przodu oraz w widoku z przodu i dołu,

PL 238 692 B1 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 kończyny górnej, według wynalazku, w przykładzie wykonania jest połączone z komputerem za pomocą dwukierunkowej magistrali i zawiera podstawę 1, na której osadzony jest moduł rehabilitacyjny 2, który ma kształt graniastosłupa o podstawie ośmiokąta. Moduł rehabilitacyjny 2 zawiera, wbudowane w niego, dwa moduły napędowe centralne 3, z których jeden umieszczony jest w części przedniej modułu rehabilitacyjnego 2 od strony osoby rehabilitowanej, a drugi umieszczony jest w części górnej modułu rehabilitacyjnego 2. Moduł napędowy centralny 3 zakończony jest wałkiem mocującym 4, który wyprowadzony jest na zewnątrz modułu rehabilitacyjnego 2 i umieszczony jest na jego obudowie. Do wałka mocującego 4 mocowana jest nakładka rehabilitacyjna, która umożliwia ćwiczenie różnego rodzaju chwytu dłonią oraz wykonywanie ćwiczeń ruchów nadgarstka. Moduły napędowe centralne 3 z osadzonymi na wałkach mocujących 4 nakładkami rehabilitacyjnymi umożliwiają prowadzenie ćwiczeń rehabilitowanej kończyny w dwóch różnych płaszczyznach: czołowej i poziomej.

Po obu bokach modułu rehabilitacyjnego 2 umieszczone są moduły napędowe boczne 5, które wbudowane są w ten moduł rehabilitacyjny 2. Każdy moduł napędowy boczny 5 posiada wałek 6, który wyprowadzony jest na zewnątrz modułu rehabilitacyjnego 2 i na którym osadzone jest ramię 7 zawierające prowadnice 8, na której przeciwnie do wałka 6, osadzony jest moduł napędowy liniowy 9 z mocowaniem bocznym 10 na nakładkę rehabilitacyjną. Mocowanie boczne 10 umieszczone jest na prowadnicy 8 po stronie przeciwnej do napędu liniowego 9. Moduły napędowe boczne 5 wraz z nakładkami rehabilitacyjnymi umożliwiają prowadzenie ćwiczeń rehabilitowanej kończyny z uwzględnieniem zarówno ćwiczeń chwytu dłonią lub ruchów nadgarstka, ale również ruchów całą kończyną.

Na podstawie 1 osadzone są trzy moduły pomiarowe 11, które umożliwiają uzyskiwanie informacji o odległości pacjenta od urządzenia, zwłaszcza jego obręczy barkowej czy mostka klatki piersiowej. Moduły pomiarowe 11 są regulowane ręcznie i mogą być dowolnie ustawiane w zależności od antropometrii pacjenta lub ćwiczonej kończyny.

Na podstawie 1 poprzez mocowanie podporowe 12 osadzony jest przestawnie moduł podporowy 13 dla stawu barkowego. Mocowanie podporowe 12 jest w kształcie rurki, która umieszczona jest na podstawie 1 równolegle do krawędzi tej podstawy 1. Moduł podporowy 13 składa się z wysięgnika podporowego 14, który jest prostopadły do mocowania podporowego 12 i na którego końcu osadzona jest podpórka 15 pod bark. Zarówno wysięgnik podporowy 14, jak i podpórka 15 są ruchome i umożliwiają optymalne i komfortowe podparcie stawu barkowego. Moduł podporowy 13 może być przesuwany po mocowaniu podporowym 12 i zablokowany w dowolnym jego miejscu w zależności od tego, która kończyna jest poddawana rehabilitacji. Moduły pomiarowe 11 osadzone są na podstawie 1 równolegle do mocowania podporowego 12. Właściwe ustawienie modułu rehabilitacyjnego 2, zależne od ćwiczonej kończyny, umożliwia moduł rotacyjny 16 osadzony wewnątrz podstawy 1, pod modułem rehabilitacyjnym 2.

Na podstawie 1 osadzony jest również dotykowy monitor 17, który połączony jest z tą podstawą 1 poprzez ruchomy wysięgnik 18, który ma możliwość dowolnego obrotu, podwyższenia i ustawienia kąta nachylenia monitora 17, dzięki czemu możliwa jest komfortowa obsługa urządzenia przez użytkownika. Na monitorze 17 wyświetlane są ćwiczenia przeznaczone do wykonania przez pacjenta oraz możliwa jest analiza uzyskiwanych przez niego wyników zarówno na początku, w trakcie, jak również na zakończenie procesu rehabilitacji.

Ćwiczenia z wykorzystaniem urządzenia mechatronicznego do rehabilitacji kończyny górnej prowadzi się tak, że poprzez dotykowy monitor 17 ustawia się rodzaj ćwiczeń, które mają być wykonane przez pacjenta, zwłaszcza ćwiczenia całą kończyną albo ćwiczenia nadgarstka. Następnie wybiera się grupę ćwiczeń z zestawu dostępnych w bazie komputera oraz ustawia się parametry ćwiczeń, takie jak: zakres ruchu, prędkość, ilość powtórzeń oraz określa się czy pacjent będzie ćwiczył jedynie chorą ręką, czy też będzie ćwiczył zarówno chorą jak i zdrową ręką.

Na dotykowym monitorze 17 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 ręka albo równocześnie obiema rękami, co pozwala na wykonywanie

PL 238 692 B1 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.

Claims (8)

1. Urządzenie mechatroniczne do rehabilitacji kończyny górnej zawierające podstawę oraz mocowania na nakładki rehabilitacyjne, znamienne tym, że na podstawie (1), w jej centralnej części, osadzony jest moduł rehabilitacyjny (2), który ma kształt graniastosłupa o podstawie ośmiokąta, przy czym ten moduł rehabilitacyjny (2) zawiera wbudowany w niego, co najmniej jeden moduł napędowy centralny (3) zakończony wałkiem mocującym (4) na nakładkę rehabilitacyjną, który to wałek mocujący (4) jest wyprowadzony na zewnątrz modułu rehabilitacyjnego (2) i umieszczony jest na jego obudowie, ponadto ten moduł rehabilitacyjny (2) zawiera wbudowany w niego, co najmniej jeden moduł napędowy boczny (5) z wałkiem (6), który jest wyprowadzony na zewnątrz tego modułu rehabilitacyjnego (2) i na którym osadzone jest ramię (7) zawierające prowadnicę (8), na końcu której, po stronie przeciwnej do wałka (6), zamocowany jest moduł napędowy liniowy (9) zakończony mocowaniem bocznym (10) na nakładkę rehabilitacyjną, przy czym to mocowanie boczne (10) jest po przeciwnej, do modułu napędu liniowego (9), stronie prowadnicy (8), a ponadto w przedniej części podstawy (1), równolegle do jej krawędzi, zamocowane jest mocowanie podporowe (12), na którym osadzony jest przesuwnie moduł podporowy (13) dla stawu barkowego, przy czym ten moduł podporowy (13) ma wysięgnik podporowy (14), który jest prostopadły do mocowania podporowego (12), zaś na jego końcu, przeciwnym do mocowania podporowego (12), zamocowana jest podpórka (15), a ponadto na podstawie (1) równolegle do mocowania podporowego (12) umieszczony jest co najmniej jeden moduł pomiarowy (11) odległości pacjenta, zaś w tylnej części podstawy (1), po jej stronie przeciwnej do mocowania podporowego (12), poprzez ruchomy wysięgnik (18) osadzony jest monitor (17).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma dwa moduły napędowe centralne (3), przy czym jeden moduł napędowy centralny (3) umieszczony jest w części przedniej modułu rehabilitacyjnego (2), zaś drugi moduł napędową centralny (3) umieszczony jest w części górnej modułu rehabilitacyjnego (2).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że ma dwa moduły napędowe boczne (10).

4. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że ma trzy moduły pomiarowe (11).

5. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że moduł pomiarowy (11) jest regulowany.

6. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że w podstawie (1) osadzony jest moduł rotacyjny (16).

7. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienne tym, że wysięgnik (18) jest ruchomy.

8. Urządzenie według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienne tym, że monitor (17) jest dotykowy.