PL243709B1 - Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże oraz do pomiaru momentu sił rotujących kończynę dolną - Google Patents

Abstract

Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stopy na podłoże oraz do pomiaru momentu sił rotujących kończynę dolną Rotenso charakteryzuje się tym, że składa się z modułu do pomiaru momentów sił rotujących zawierającego podstawę (1) z trwale przytwierdzonymi symetrycznie co najwyżej dwoma łożyskami (11), gdzie w każdym osadzona jest tuleja (3) stanowiąca połączenie z platformą (2), przy czym na końcu podstawy (1) zamontowane są co najmniej 2 tensometryczne czujniki nacisku (13) w postaci belek tensometrycznych, co najmniej jeden pręt (5) ograniczający ruchomość platformy (2), na której umieszczone są co najmniej 4 tensometryczne czujniki nacisku (14), co najmniej dwa pręty (8), do których przymocowane są co najmniej dwa czujniki nacisku (13) z zamocowanymi co najmniej dwoma prętami (9), do których przytwierdzone są co najmniej dwa płaskowniki (7) oraz modułu pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże zawierającego co najmniej 8 płyt (15) odseparowanych od siebie, z których każda wyposażona jest w co najmniej 4 tensometryczne czujniki nacisku (14).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stopy na podłoże oraz do pomiaru momentu sił ratujących kończynę dolną, mające zastosowanie w fizjoterapii, rehabilitacji oraz medycynie, ze względu na miejsce montażu i wymiary urządzenia jest ono montowane w stosunku do wielkości dostępnej przestrzeni.

Na rynku jak i w pracowniach fizjoterapeutycznych brakuje urządzeń, które pozwalają na szybki pomiar rozkładu nacisku stopy na podłoże dla 4 anatomicznych stref podparcia z równoczesnym pomiarem momentów sił ratujących kończynę dolną.

Dotychczas badania wykonywane były na platformach stabilograficznych, na których procedura badania wymaga więcej czasu niż na urządzeniu autorskim. Ponadto żadna z dostępnych platform nie umożliwia pomiaru momentów sił ratujących. Nie istnieją również inne, znane urządzenia pozwalające na pomiar momentu siły ratującej kończynę dolną w pozycji stojącej. Badania tego parametru przeprowadzane były dotychczasowo na urządzeniach fabrycznie nie przystosowanych do tego takich jak Biodex Medical System (D. Uritani, T. Fukumoto: '‘Differences of Isometric Internal and External Hip Rotation Torques among Three Different Hip Flexion Positions” J. Phys. Ther. Sci., vol. 24, no. 9, pp. 863-865, 2012). Budowa tego urządzenia podczas badania wymusza pozycję siedzącą lub leżącą co jest niezgodne z rzeczywistą pozycją, w której wykonywana jest rotacja kończyny dolnej podczas większości ćwiczeń, ponadto urządzenie to nie posiada żadnego systemu mocowania stopy. Urządzenie Biodex Medical System wykorzystane zostało również w badaniach Johnson S. z zespołem (S. Johnson and M. Hoffman, “Isometric Hip-Rotator Torque Production at Varying Degrees of Hip Flexion,” J. Sport Rehabil., vol. 19, no. 1, pp. 12-20, 2010). W tych badaniach również pozycja nie była stojącą. Urządzenie to ma postać fotela oraz głowicy, która pozwala na wykonywanie ćwiczeń izometrycznych i izokinetycznych dla kończyn górnych i dolnych. W przeciwieństwie do rozwiązania autorskiego, konstrukcja tego urządzenia wymusza pozycję siedzącą oraz nie pozwala na rejestrację wartości sił reakcji podłoża.

Z polskiego opisu patentowego PL224910 znane jest urządzenie do pomiaru nacisku zwłaszcza nacisku wywieranego przez stopy stojącej osoby na podłoże, które zawiera stałą platformę pomiarową, ruchomą platformę pomiarową, podstawę, mechanizm regulacji położenia ruchomej platformy pomiarowej oraz układ wskazujący, przy czym stała platforma pomiarowa jest przymocowana do podstawy, ruchoma platforma jest osadzona przesuwnie na podstawie i jest sprzężona z mechanizmem regulacji, zaś układ wskazujący jest połączony zdalnie lub kablem ze stałą platformą pomiarową oraz ruchomą platformą pomiarową.

Z amerykańskiego opisu patentowego US5209223A znane jest urządzenie pozwalające jedynie na rejestrację momentów sił rotujących kończynę dolną, jedynie w pozycji leżącej i po modyfikacjach pozwalających na zmianę pozycji osoby badanej.

Z innego amerykańskiego opisu patentowego US5408873A znane jest urządzenie pozwalające na rejestrację rozkładu nacisku stóp na podłoże takie jak Foot force sensor czy opisane w amerykańskim opisie Apparatus and method for measuring reaction forces and weight shifts. Niedogodnością powyższych rozwiązań jest brak możliwości pomiaru momentu sił rotujących kończynę dolną.

Celem wynalazku jest umożliwienie badań momentów sił rotujących kończynę dolną podczas rotacji izometrycznej zewnętrznej oraz równoczesne badanie wartości sił reakcji podłoża podczas danej aktywności.

Cel ten osiągnięto poprzez zastosowanie czujników nacisku, na które nacisk wywierają platformy zamontowane na łożyskach, oraz czujników nacisku, na które naciskają płyty, na których stoi osoba podczas badania.

Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże oraz do pomiaru momentu sił rotujących kończynę dolną charakteryzuje się tym, że składa się z modułu do pomiaru momentów sił rotujących zawierającego podstawę z trwale przytwierdzonymi symetrycznie łożyskami, gdzie w każdym osadzona jest tuleja stanowiąca połączenie z platformą, przy czym przy frontalnym końcu podstawy w miejscu zbiegu tego końca z krótszymi krawędziami podstawy zamontowane są dwa tensometryczne czujniki nacisku w postaci belek tensometrycznych, jeden pręt trwale przytwierdzony przy krawędzi podstawy ograniczający ruchomość platformy, na której umieszczone są 4 tensometryczne czujniki nacisku, dwa pręty, do których przymocowane są dwa czujniki nacisku z zamocowanymi dwoma prętami, do których przytwierdzone są dwa płaskowniki oraz modułu pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże zawierającego 8 płyt odseparowanych od siebie, z których każda wyposażona jest w 4 tensometryczne czujniki nacisku.

Korzystnie urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według wynalazku ma łożyska usytuowane w odległości 2/3 długości platformy.

Korzystnie urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według wynalazku ma czujniki nacisku, które umieszczone są zgodnie z orientacją na pomiar sił w osi poprzecznej ciała pacjenta.

Korzystnie urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według wynalazku ma czujniki nacisku, które pracują w zakresie pomiarowym od 0 do 20 kg.

Korzystnie urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według wynalazku ma czujniki nacisku, które umieszczone są zgodnie z orientacją na pomiar składowej pionowej reakcji podłoża.

Korzystnie urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według wynalazku ma tensometryczne czujniki nacisku, które pracują w zakresie nacisku od 0 do 50 kg.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na schematycznym rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia widok aksonometryczny urządzenia Fig. 2 przedstawia schemat urządzenia w widoku z przodu wraz z przekrojem, Fig. 3 przedstawia moduł do pomiaru momentów sił ratujących, Fig. 4 przedstawia moduł pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże.

Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku według wynalazku zawiera stałą podstawę (1), do której trwale przymocowane są symetrycznie łożyska (11) w odległości 2/3 długości platformy (2), która przymocowana jest do tulei (3) osadzonej w łożysku (11) za pomocą gwintowanych prętów (4) i nakrętek (12) przykręcanych do platformy (2), co pozwala na obrót w osi pionowej ciała człowieka. Do podstawy (1) przyspawany jest pręt prostokątny (5) ograniczający ruchomość platformy (2). Na platformach (2) umieszczone są czujniki nacisku (14) w plastikowych obudowach (17), czujniki nacisku (14) pozwalają na rejestrację siły nacisku płyty (15), na której znajduje się stopa użytkownika przyrządu, przy czym na czujnikach nacisku (14) przyklejone trwale są odseparowane od siebie płyty (15), do których bezpośrednio staje osoba badana. Do podstawy (1) przyspawane są dwa pręty (8), do których przykręcone są czujniki nacisku (13), naciskane przez platformy (2), z przyspawanymi dwoma prętami (9), do których przykręcone są płaskowniki (7), zapobiegające przemieszczaniu się stopy podczas badania, przy czym płaskowniki (7), przykręcone są za pomocą śruby (6).

Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stopy na podłoże oraz do pomiaru momentu sił ratujących kończynę dolną składa się z modułów do przeprowadzania badań rozkładu nacisku stopy na podłoże dla 4 anatomicznych stref podparcia oraz modułów do pomiaru momentów sił ratujących kończynę dolną. Moduł pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże (b) składa się z czujników nacisku (14) umiejscowionych pod odseparowanymi od siebie płytami (2), na których staje osoba. Pod stopą użytkownika przyrządu, znajdują się cztery płyty (15), z których każda wyposażona jest w cztery tensometryczne czujniki nacisku (14) rejestrujące zmianę napięcia, odpowiadające zmianie siły nacisku. Moduł do pomiaru momentów sil rolujących (a) składa się z tensometrycznych czujników nacisku (13) w postaci belek tensometrycznych umieszczonych na końcu podstawy (1). Na tensometryczne czujniki nacisku (13) wywierany jest nacisk przez dwie platformy (2), które mają zapewnioną ruchomość w osi pionowej ciała człowieka. Tensometryczne czujniki nacisku (13) rejestrują zmianę napięcia, która jest proporcjonalna do siły (czujniki zbudowane są z belek tensometrycznych w układzie zrównoważonego mostka tensometrycznego, który jest zasilany napięciem stałym). Algorytm zaimplementowany w sterowniku przemnaża odległość czujnika od osi obrotu, czego efektem jest otrzymanie wartości momentu siły rolującego kończynę. Dodatkowym walorem urządzenia jest możliwość pracy każdego z modułów równocześnie jak i osobno.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest skrócenie czasu przeprowadzenia badań procedura jest znacznie uproszczona w stosunku do badań aktualnie występujących, gdzie osobno należy wykonywać badania na platformach dynamometrycznych lub dynamo graficznych, na urządzeniach pozwalających na zbadanie momentu rotującego, ale także rozwiązuje problem techniczny jakim jest pomiar bezpośredni momentów rolujących kończyn dolnych w pozycji stojącej. Proponowane rozwiązanie pozwala także na badanie parametrów które, pozwalają na wstępną ocenę stabilizacji kończyny dolnej. Według badań przeprowadzonych przez Claiborne TL z zespołem, dowiedziono, że parametry takie jak moment siły rolującej kończynę dolną może mieć wpływ na dany aspekt (T. L. Claiborne, C. W. Armstrong, V. Gandhi, and D. M. Pincivero, “Relationship between hip and knee strength and knee valgus during a single leg squat,” J. Appl. Biomech., pp. 41-865, 2006). Zmniejszony moment siły rotującej kończynę dolną może mieć również wpływ na występowanie kontuzji co wykazał Fredericson M wraz z zespołem w swoich badaniach (M. Fredericson, C. L, Cookingham, A. M. Chaudhari, B. C. Dowdell, N. Oestreicher, and S. A. Sahrmann, “Hip abductor weakness in distance runners with iliotibial band syndrome,” Clin. J. Sport Med., pp. 169-175, 2000). Powyższe przesłanki świadczą o tym, że badanie parametrów, przedstawione w rozwiązaniu według wynalazku jest istotnym aspektem diagnostycznym jak i rehabilitacyjnym.

Wykaz oznaczeń:

1. Podstawa

2. Platforma

3. Tuleja

4. Gwintowany pręt

5. Pręt prostokątny

6. Śruba

7. Płaskownik

8. Pręt prostokątny

9. Pręt prostokątny

10. Kształtownik

11. Łożysko

12. Nakrętka

13. Czujnik nacisku

14. Czujnik nacisku

15. Płyta

16. Łącznik

17. Obudowa

a. Moduł do pomiaru momentów sił ratujących

b. Moduł pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże

Claims (6)

1. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże oraz do pomiaru momentu sił rotujących kończynę dolną znamienne tym, że składa się z modułu do pomiaru momentów sił ratujących (a) zawierającego podstawę (1) z trwale przytwierdzonymi symetrycznie łożyskami (11), gdzie w każdym osadzona jest tuleja (3) stanowiąca połączenie z platformą (2), przy czym przy frontalnym końcu podstawy (1) w miejscu zbiegu tego końca z krótszymi krawędziami podstawy (1) zamontowane są dwa tensometryczne czujniki nacisku (13) w postaci belek tensometrycznych, jeden pręt (5) trwale przytwierdzony przy krawędzi podstawy (1) ograniczający ruchomość platformy (2), na której umieszczone są 4 tensometryczne czujniki nacisku (14), dwa pręty (8), do których przymocowane są dwa czujniki nacisku (13) z zamocowanymi dwoma prętami (9), do których przytwierdzone są dwa płaskowniki (7) oraz modułu pomiaru rozkładu nacisku stóp na podłoże (b) zawierającego 8 płyt (15) odseparowanych od siebie, z których każda wyposażona jest w 4 tensometryczne czujniki nacisku (14).

2. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według zastrz. 1, znamienne tym, że łożyska (11) usytuowane są w odległości 2/3 długości platformy (2).

3. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według zastrz. 1, znamienne tym, że czujniki nacisku (13) umieszczone są zgodnie z orientacją na pomiar sił w osi poprzecznej ciała pacjenta.

4. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według zastrz. 1, znamienne tym, że czujniki nacisku (13) pracują w zakresie pomiarowym od 0 do 20 kg.

5. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według zastrz. 1, znamienne tym, że czujniki nacisku (14) umieszczone są zgodnie z orientacją na pomiar składowej pionowej reakcji podłoża.

6. Urządzenie do pomiaru rozkładu nacisku stóp według zastrz. 1, znamienne tym, że tensometryczne czujniki nacisku (14) pracują w zakresie nacisku od 0 do 50 kg.