RU198065U1 - REHABILITATION DEVICE - Google Patents
REHABILITATION DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU198065U1 RU198065U1 RU2018113351U RU2018113351U RU198065U1 RU 198065 U1 RU198065 U1 RU 198065U1 RU 2018113351 U RU2018113351 U RU 2018113351U RU 2018113351 U RU2018113351 U RU 2018113351U RU 198065 U1 RU198065 U1 RU 198065U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- rehabilitation
- orientation
- movements
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1113—Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
- A61B5/1114—Tracking parts of the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1124—Determining motor skills
- A61B5/1125—Grasping motions of hands
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
- A61H99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
Abstract
Полезная модель относится к медицине, в частности к области реабилитации, и может быть применена в процедурах восстановления мелкой моторики и улучшения элементарных моторных навыков пациентов в лечебных, профилактических учреждениях, а также вне стационара, в том числе в домашних условиях. Устройство для реабилитации содержит n датчиков (n натуральное) для фиксации на верхней конечности человека, блок отслеживания, блок управления, вход которого связан по сигналу с блоком отслеживания, а выход выполнен с возможностью подключения к компьютеру, взаимодействующему с блоком визуализации. Блок визуализации выполнен с возможностью отображения на экране монитора компьютера положения и ориентации в пространстве каждого из датчиков. Датчики выполнены с возможностью размещения и фиксации, соответственно, на дистальных фалангах пальцев, на средней части кисти, на предплечье. Каждый датчик является датчиком ориентации и содержит акселерометр, магнитометр и гироскоп. Блок отслеживания выполнен с возможностью регистрации и передачи данных о положении и ориентации в пространстве каждого из датчиков. Достигается визуализация расширенного спектра движений руки пациента и упрощение размещения устройства для реабилитации на руке пациента со сниженными возможностями. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to medicine, in particular to the field of rehabilitation, and can be applied in procedures for restoring fine motor skills and improving elementary motor skills of patients in medical, preventive institutions, as well as outside the hospital, including at home. The rehabilitation device contains n sensors (n natural) for fixing on a person’s upper limb, a tracking unit, a control unit, the input of which is connected by a signal to the tracking unit, and the output is configured to connect to a computer interacting with the visualization unit. The visualization unit is configured to display the position and orientation in space of each of the sensors on a computer monitor screen. The sensors are made with the possibility of placement and fixation, respectively, on the distal phalanges of the fingers, on the middle part of the hand, on the forearm. Each sensor is an orientation sensor and contains an accelerometer, magnetometer and gyroscope. The tracking unit is configured to register and transmit data on the position and orientation in space of each of the sensors. Achieved visualization of an extended range of movements of the patient’s arm and simplification of the placement of the device for rehabilitation on the patient’s arm with reduced capabilities. 7 c.p. f-ly, 2 ill.
Description
Полезная модель относится к медицине, в частности к области реабилитации, и может быть применена в процедурах восстановления мелкой моторики руки и связанных с ней нейропсихологических особенностей человека и улучшения элементарных моторных навыков пациентов в лечебных, профилактических учреждениях, а также вне стационара, в том числе в домашних условиях, для тренировки и восстановления движений в межфаланговых, пястно-фаланговых, лучезапястных, лучелоктевых суставах.The utility model relates to medicine, in particular to the field of rehabilitation, and can be applied in procedures for restoring fine motor skills of the hand and related neuropsychological characteristics of a person and improving elementary motor skills of patients in medical, preventive institutions, as well as outside the hospital, including at home, for training and restoration of movements in the interphalangeal, metacarpophalangeal, wrist, radicular and elbow joints.
Подвижность суставов кистей и рук снижается или утрачивается вследствие травм, при поражении центральной или периферической нервной системы, параличе и т.п. Лечение и реабилитация для восстановления мелкой моторики и движений рук происходит за счет многократного постоянного повторения движений. При этом важно, что двигательные зоны мозга человека восстанавливаются за счет визуального анализа действий. Системы реабилитации традиционно направлены на решение следующих задач: отслеживания движений, в том числе мелких; имитации реальных, бытовых движений и навыков: удержание предмета, поворот, закручивание/откручивание крышек и т.п.; определения изменения состояния пациента.The mobility of the joints of the hands and arms decreases or is lost due to injuries, with damage to the central or peripheral nervous system, paralysis, etc. Treatment and rehabilitation for the restoration of fine motor skills and hand movements occurs due to repeated repeated repetition of movements. It is important that the motor zones of the human brain are restored due to a visual analysis of actions. Rehabilitation systems are traditionally aimed at solving the following problems: tracking movements, including small ones; imitations of real, everyday movements and skills: holding the item, turning, twisting / unscrewing the covers, etc .; determining changes in the patient's condition.
В настоящее время эти задачи успешнее решаются при отображении действий человека на экране монитора компьютера.Currently, these tasks are being successfully solved by displaying human actions on a computer screen.
Отображение жестов и движений рук также известно в робототехнике, в технологиях виртуальной реальности, при переводе языка жестов в речь или текст. В этих целях разработаны устройства, способные отслеживать положение, ориентацию и движения рук и пальцев и отображать их на экране монитора (см. патенты US №8,140,339 опубл. 20.03.2012 г. и №7,565,295 опубл. 21.07.2009 г.). Устройства содержат датчики-акселерометры, отслеживают движения сгибания и разгибания пальцев и кисти и вращение в лучелоктевых суставах руки. При этом данные устройства определяют жесты из набора заранее определенных отдельных положений рук и кистей, не учитывают мелкой моторики и не предназначены для реабилитации.The display of gestures and hand movements is also known in robotics, in virtual reality technologies, when translating sign language into speech or text. To this end, devices have been developed that can track the position, orientation and movements of hands and fingers and display them on a monitor screen (see US Pat. Nos. 8,140,339 publ. March 20, 2012 and No. 7,565,295 publ. July 21, 2009). The devices contain accelerometer sensors that track the movement of flexion and extension of the fingers and hands and the rotation in the elbow joints of the hand. Moreover, these devices determine gestures from a set of predetermined individual positions of the hands and hands, do not take into account fine motor skills and are not intended for rehabilitation.
Также сложилось большое число методов и устройств для отображения на экране монитора компьютера виртуальной руки и ее движений, соответствующих движениям руки человека, например, известная по патенту США 6,452,584 опубл. 17.09.2002 г. система управления компьютерной анимацией в режиме реального времени. Система включает перчатку с датчиками для определения движения руки. Датчики содержат резистивный материал, так что любой изгиб датчика приводит к отклонению значений сопротивления. Также ряд методов отображает изменения положения виртуальных объектов в соответствии с жестами, положением и движением руки оператора (см. патент США 7,205,979 опубл. 17.04.2007 г.), сами виртуальные объекты могут быть изображениями устройств ввода компьютера, таких как джойстик, мышь, кисточка, перо, клавиатура или другие устройства.Also, a large number of methods and devices have been developed for displaying on the computer screen a virtual hand and its movements corresponding to the movements of a human hand, for example, US Pat. No. 6,452,584 publ. 09/17/2002, the system of control of computer animation in real time. The system includes a glove with sensors to detect hand movement. The sensors contain resistive material, so that any bending of the sensor leads to a deviation of the resistance values. Also, a number of methods display changes in the position of virtual objects in accordance with gestures, position and movement of the operator’s hand (see US patent 7,205,979 publ. April 17, 2007), the virtual objects themselves can be images of computer input devices, such as a joystick, mouse, brush , pen, keyboard, or other devices.
В задачах медицинской реабилитации важно повторение целенаправленных упражнений с мгновенной обратной связью. Мгновенной обратной связью может являться визуальный контроль отображаемых на экране монитора жестов, либо изменений положений объектов игры в зависимости от движений человека. Мотивацией для многократного повторения определенных действий является заинтересованность в процессе компьютерных игр.In the tasks of medical rehabilitation, it is important to repeat targeted exercises with instant feedback. Instant feedback can be a visual control of gestures displayed on the monitor screen, or changes in the positions of game objects depending on human movements. The motivation for the repeated repetition of certain actions is an interest in the process of computer games.
Известны устройства для реабилитации (см. патенты США 5,562,707, опубл. 08.10.1996 г. и 8,165,685, опубл. 24.04.2012 г.) в которых с помощью перчатки с закрепленными на ней датчиками производят электростимуляцию кисти. Данные устройства не предполагают активных действий пациента и предназначены для восстановления минимальных двигательных функций верхней конечности.Known devices for rehabilitation (see US patents 5,562,707, publ. 08/10/1996, and 8,165,685, publ. 04.24.2012) in which using a glove with sensors mounted on it to produce electrical stimulation of the hand. These devices do not imply the patient’s active actions and are intended to restore the minimum motor functions of the upper limb.
Известно устройство для реабилитации (см. патент США 9,326,909, опубл. 03.05.2016 г.) содержащее микродвигатели, создающие вибрационные ощущения на конечности пациента в зависимости от выбранной компьютерной программы. Известно устройство для реабилитации (см. патент США 9,375,382, опубл. 28.06.2016 г.) содержащее ортез в виде перчатки, на котором фиксируют гибкие тяги и приводы для их перемещения для обеспечения последовательности и/или комбинации движений руки, и включающее программное обеспечение для отображения имитации движений на мониторе компьютера. Эти устройства предназначены для выполнения пассивных движений рук пациента для развития начальных двигательных навыков при их полной утрате. Недостатком указанных устройств является отсутствие визуализации движений пациента и мотивации для самостоятельного повторения пациентом движений рукой.A device for rehabilitation is known (see US patent 9,326,909, publ. 05/03/2016) containing micromotors that create vibrational sensations on the patient's limbs, depending on the selected computer program. A device for rehabilitation is known (see US patent 9,375,382, published June 28, 2016) containing an orthosis in the form of a glove, on which flexible rods and actuators are fixed to move them to ensure a sequence and / or combination of arm movements, and includes software for display simulated movements on a computer monitor. These devices are designed to perform passive movements of the patient’s hands to develop initial motor skills when they are completely lost. The disadvantage of these devices is the lack of visualization of the patient’s movements and motivation for the patient to independently repeat the hand movements.
Известно устройство для реабилитации (см. патент США 8,565,487, опубл. 22.10.2013 г.) содержащее датчики, блок управления и блок определения и визуализации на экране монитора компьютера изменения положения датчиков. Недостатком устройства является сложность в использовании за счет применения оптических датчиков, которые генерируют сигналы в зависимости от информации, полученной от ориентиров, освещаемых оптических источником, движения которых соотносятся с движениями руки, и недостаточная точность определения ориентации и положения датчиков.A device for rehabilitation is known (see US patent 8,565,487, publ. 10/22/2013) containing sensors, a control unit and a unit for determining and visualizing on the computer screen a change in the position of the sensors. The disadvantage of this device is the difficulty in using due to the use of optical sensors, which generate signals depending on the information received from the landmarks illuminated by the optical source, the movements of which are related to the movements of the hands, and the insufficient accuracy of determining the orientation and position of the sensors.
Ближайшим аналогом разработанного устройства является устройство для реабилитации с использования видеоигр (см. заявку на патент США 20090098519, опубл. 16.04.2009 г.). Ближайший аналог содержит датчики, выполненные с возможностью фиксации их на теле человека, блок отслеживания, блок управления, вход которого связан по сигналу с блоком отслеживания, а выход выполнен с возможностью подключения к компьютеру, блок визуализации.The closest analogue of the developed device is a device for rehabilitation using video games (see application for US patent 20090098519, publ. 04/16/2009). The closest analogue contains sensors configured to fix them on the human body, a tracking unit, a control unit, the input of which is connected by a signal to the tracking unit, and the output is configured to connect to a computer, a visualization unit.
Однако в ближайшем аналоге для отслеживания изменения положения датчиков в пространстве используют дополнительное устройство (контроллер-джойстик) либо используют оптические датчики и специальные камеры, что усложняет устройство и делает его более громоздким. Сложность конструкции требует участия медицинского персонала и присутствия пациента в медицинском учреждении, вызывает трудности при самостоятельных тренировках пациента.However, in the closest analogue, an additional device (controller-joystick) is used to track changes in the position of sensors in space, or optical sensors and special cameras are used, which complicates the device and makes it more bulky. The complexity of the design requires the participation of medical personnel and the presence of the patient in a medical institution, causing difficulties with independent patient training.
Таким образом, задачей, на решение которой направлена разработанная полезная модель, является обеспечение тренировки расширенного спектра естественных движений пациента, повышение мотивации пациента при реабилитации и снижение врачебной нагрузки при применении разработанного устройства.Thus, the task to which the developed utility model is directed is to provide training for an expanded spectrum of the patient's natural movements, increase patient motivation during rehabilitation, and reduce the medical load when using the developed device.
Технической проблемой, на решение которой направлена предложенная полезная модель, является создание устройства для реабилитации, обеспечивающего визуализацию расширенного спектра естественных движений руки пациента в реальном времени.The technical problem to which the proposed utility model is aimed is the creation of a rehabilitation device that provides visualization of an extended spectrum of natural movements of the patient’s hand in real time.
Сущность разработанного устройства для реабилитации заключается в том, что оно так же, как ближайший аналог, содержит n датчиков (n натуральное), выполненных с возможностью фиксации на верхней конечности человека, блок отслеживания, блок управления, вход которого связан по сигналу с блоком отслеживания, а выход выполнен с возможностью подключения к компьютеру, блок визуализации.The essence of the developed device for rehabilitation is that it, like the closest analogue, contains n sensors (n natural) made with the possibility of fixing on the upper limb of a person, a tracking unit, a control unit, the input of which is connected by a signal to the tracking unit, and the output is configured to connect to a computer, a visualization unit.
Новым в разработанном устройстве для реабилитации является то, что датчики выполнены с возможностью размещения и фиксации, соответственно, на дистальных фалангах пальцев, на средней части кисти, на предплечье, каждый датчик является датчиком ориентации и содержит акселерометр, магнитометр и гироскоп, при этом блок отслеживания выполнен с возможностью регистрации и передачи данных о положении и ориентации в пространстве каждого из датчиков, а блок визуализации выполнен с возможностью отображения на экране монитора компьютера положения и ориентации в пространстве каждого из датчиков.New in the developed device for rehabilitation is that the sensors are arranged to be placed and fixed, respectively, on the distal phalanges of the fingers, on the middle part of the hand, on the forearm, each sensor is an orientation sensor and contains an accelerometer, magnetometer and gyroscope, while the tracking unit made with the possibility of recording and transmitting data on the position and orientation in space of each of the sensors, and the visualization unit is configured to display on the computer screen the position and orientation in space of each of the sensors.
В частном случае блок отслеживания включает микроконтроллер.In the particular case, the tracking unit includes a microcontroller.
В другом частном случае датчики и блок отслеживания размещены на основании, выполненном в виде имеющей очертания кисти руки накладки с карманами для пальцев, соединенной с манжетой, которая снабжена средствами крепления на предплечье.In another particular case, the sensors and the tracking unit are placed on the base, made in the form of a lining of the palm of the hand with pockets for the fingers, connected to the cuff, which is equipped with fastening devices on the forearm.
В другом частном случае датчики размещены в отсеках, выполненных на каждой из частей накладки, соответствующих пальцам кисти руки, и средней части накладки, а манжета выполнена с возможностью фиксации по меньшей мере одного датчика.In another particular case, the sensors are located in compartments made on each of the parts of the lining corresponding to the fingers of the hand and the middle part of the lining, and the cuff is configured to fix at least one sensor.
В конкретной реализации блок управления размещен на основании.In a specific implementation, the control unit is located on the base.
В частном случае блок отслеживания, размещенный на основании, включает микроконтроллер.In the particular case, the tracking unit located on the base includes a microcontroller.
В другой конкретной реализации блок управления закреплен на манжете.In another specific implementation, the control unit is mounted on the cuff.
В другой конкретной реализации один датчик и блок управления размещены в едином корпусе на манжете.In another specific implementation, one sensor and a control unit are located in a single housing on the cuff.
Выполнение разработанного устройства с возможностью размещения датчиков как на кисти, так и на предплечье позволяет визуализировать на экране монитора изменение положения и ориентации датчиков в пространстве, соответствующие естественным сложным движениям руки пациента движениям. Использование датчиков ориентации, содержащих акселерометр, магнитометр и гироскоп, позволяет в реальном времени обрабатывать и визуализировать данные о движении руки пациента, а также повысить точность определения ориентации и положения датчиков и, соответственно, частей руки пациента в пространстве, что особенно важно для развития мелкой моторики. Использование акселерометра, магнитометра и гироскопа в одном датчике обеспечивает уменьшение габаритов и массивности устройства, что позволяет применять устройство для реабилитации вне медицинских учреждений, размещение датчиков на основании и/или совмещение микроконтроллера с блоком отслеживания усиливает указанный результат. Размещение блока управления на основании снижает зависимость от конкретной конфигурации компьютера при проведении реабилитационных процедур.The implementation of the developed device with the possibility of placing sensors on both the hand and forearm allows you to visualize on the monitor screen the change in the position and orientation of the sensors in space, corresponding to the natural complex movements of the patient’s arm movements. The use of orientation sensors containing an accelerometer, magnetometer and gyroscope allows real-time processing and visualization of data on the movement of the patient’s arm, as well as improving the accuracy of determining the orientation and position of the sensors and, accordingly, parts of the patient’s arm in space, which is especially important for the development of fine motor skills . The use of an accelerometer, magnetometer and gyroscope in one sensor provides a reduction in the size and mass of the device, which allows the device to be used for rehabilitation outside medical facilities, placing sensors on the base and / or combining the microcontroller with the tracking unit enhances this result. The placement of the control unit on the base reduces the dependence on the specific configuration of the computer during rehabilitation procedures.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства по п. 1 формулы полезной модели.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device according to
На фиг. 2 приведена конкретная реализация устройства для реабилитации по пп. 3, 4, 5, 6, 7, 8 формулы полезной модели.In FIG. 2 shows a specific implementation of the device for rehabilitation according to paragraphs. 3, 4, 5, 6, 7, 8 formulas of a utility model.
Устройство по фиг. 1 содержит датчики 1, предназначенные для размещения на дистальных фалангах пальцев руки пациента, датчик 2, предназначенный для размещения в средней части кисти, и датчик 3, предназначенный для размещения на предплечье. Сигналы с датчиков 1 и 2 поступают на блок 4 отслеживания изменения положения и ориентации датчиков 1, 2 в пространстве. Выход блока 4 по сигналу связан со входом микроконтроллера 5. Входы блока 6 управления связаны по сигналу с микроконтроллером 5 и датчиком 3, а выход подключен к компьютеру 7. Блок визуализации 8 отображает на экране монитора компьютера 7 изменения виртуальных объектов в зависимости от изменения положения и ориентации датчиков 1, 2, 3.The device of FIG. 1 contains
Устройство по фиг. 2 содержит основание 10 устройства для реабилитации, накладку 11, соединенную с манжетой 12. Части 13 накладки соответствуют пальцам кисти руки, на концах частей 13 выполнены отсеки 14, в которых размещены датчики 1. Карманы для пальцев выполнены с обратной стороны от отсеков 14 и на чертеже не показаны. Датчик 2 размещен в средней части накладки 11 в отсеке 15, датчик 3 размещен на манжете 12 основания 10. Блок 4 совмещен с микроконтроллером 5 и размещен в отсеке 15. Блок управления 6 совмещен с датчиком 3 и связан с компьютером 7 через канал связи 16.The device of FIG. 2 contains a
Каждый из датчиков 1,2,3 представляет собой микрочип с интегрированными 3-осевым акселерометром, 3-осевым магнитометром и 3-осевым гироскопом, и могут быть выполнены, например, на основе микросхем LSM9DS0, LSM9DS1 фирмы STMicroelectronics (http://www.st.com/content/st_com/en/products/mems-and-sensors/inemo-inertial-modules.html?querycriteria=productId=SC1448). либо ICM-20948, MPU-9250, MPU-9150 фирмы TDK InvenSense (https://www.invensense.com/products/motion-tracking/9-axis). При этом данные с каждого из датчиков 1, 2, 3 в совокупности однозначно задают вектор, соответствующий ориентации датчика в пространстве. Датчики 1 размещают на дистальных фалангах пальцев рук. Датчик 2 размещают в средней части кисти, а датчик 3 размещают на предплечье. При использовании основания 10 датчики 1, 2 размещают в отсеках 14 и 15 соответственно, датчик 3 - на манжете 12.Each of the
Калибровку производят при изготовлении устройства, при этом осуществляют настройку датчиков для минимизации систематической ошибки, возникающей за счет погрешности датчиков.Calibration is carried out in the manufacture of the device, while the sensors are configured to minimize the systematic error arising from the error of the sensors.
Блок 4 обеспечивает отслеживание изменения положения датчиков в пространстве и осуществляет передачу команд для настройки и установки параметров датчиков 1, 2, 3, а также получение данных с датчиков 1, 2, 3 для последующей обработки. Выполнен программно, например, на языке программирования С++. Блок 4 размещают в отсеке 15.
Обмен данными между датчиками 1, 2, 3 и блоком 4, может производиться по беспроводным или проводным каналам, поддерживающим интерфейсы подобных датчиков, например: SPI, 1-Wire, uart, USB 2.0 или их комбинаций, но не ограничиваясь ими. Беспроводным каналом может быть, например, радиоканал, Wi-Fi, Bluetooth, BLE, LoRa, ZigBee и другие. Проводные каналы могут бытьData exchange between
осуществлены, например, на основе кабеля VCOM VU6945, изготовитель VCOM international Со либо кабель управления USB моделей USB2.0v, USB2.0v-3.2 производитель I-TAKI (http://www.1-cable.ru/models/10905-1001.html#avail).implemented, for example, on the basis of a VCOM cable VU6945, manufactured by VCOM international Co or a USB control cable of models USB2.0v, USB2.0v-3.2 manufactured by I-TAKI (http://www.1-cable.ru/models/10905-1001 .html # avail).
Микроконтроллер 5 осуществляет первоначальную обработку данных с Блока 4, предварительный расчет ориентации датчиков 1 и 2, для чего может быть применен такой микроконтроллер, как, например, STM32L151, STM32L152, STM32F103, фирмы STMicroelectronics. (http://www.st.com/en/microcontrollers.html). nRF51822 компании Nordic Semiconductor или другой подобный. При использовании микроконтроллера 5 его целесообразно совмещать с блоком 4, выполняя на плате блока 4. В частном случае операции микроконтроллера 5 по предварительному расчету ориентации датчиков 1 и 2 выполняются в блоке 6.
Блок 6 управления осуществляет получение данных с блока 4 или при наличии с микроконтроллера 5, их обработку, преобразование данных и передачу в компьютер 7. Блок 6 выполнен программно на основе указанных микроконтроллеров, осуществляет управление информационными потоками, обеспечивает обмен данными между датчиками 1, 2, 3 и блоками 6, 8, индикацию ошибок. Блок 6 размещают на манжете 12. Целесообразно датчик 3 и блок 6 при размещении на манжете выполнять в едином корпусе. На основе данных, поступающих с блока 4 или микроконтроллера 5, осуществляет расчет ориентации датчиков. Расчет ориентации выполняется на основе алгоритмов расчета кватернионов по формулам, известным, например, из книг и статей: Джон Х. Конвей, Дерек А. Смит. О кватернионах и октавах: об их геометрии, арифметике и симметриях. - М.: МЦНМО, 2009. - 184 с.; Hazewinkel. Michiel. ed. (2001) [1994], "Quaternion". Encyclopedia of Mathematics. Springer Science+Business Media В.V. / Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1-55608-010-4: В.И. Арнольд, Геометрия комплексных чисел, кватернионов и спинов, - М.: МЦНМО, 2002, - 40 с.The
Обмен данными между блоком 6 и компьютером 7 может производиться по беспроводным или проводным каналам. Беспроводным каналом может быть, например, радиоканал, Wi-Fi, Bluetooth, аналогично другим беспроводным устройствам связи (ввода) с компьютером. Проводной канал может быть, например, сформирован через интерфейс USB, при этом возможно применение кабеля VCOMVU6945, изготовитель VCOM international Co либо кабель управления USB моделей USB2.0v, USB2.0v-3.2 производитель I-TAKI (http://www.1-cable.ru/models/10905-1001.html#avail).Data exchange between
Компьютер 7 может быть любым персональным или мобильным компьютером, в том числе планшетным, что удобно для осуществления процедур реабилитации вне лечебного учреждения. В качестве компьютера могут быть применены игровые приставки и консоли, а также мобильные телефоны, смартфоны, коммуникаторы и другие устройства. В частном случае монитором компьютера, на котором выполняется отображение положения и ориентации в пространстве датчиков, является дисплей очков виртуальной реальности.
Блок 8 выполнен программно, на языке программирования высокого уровня, например таких как С++, JAVA, соответствующая программа для ЭВМ обеспечивает выполнение последовательности операций: выбор режима визуализации в соответствии с выбранной игрой, отображение виртуальных объектов в зависимости от движений руки пациента. Используют два режима, один предусматривает визуализацию в форме движений виртуальной руки, второй - в форме движений игровых объектов.
В первом режиме по данным с блока 6 на экране монитора компьютера 7 моделируется виртуальная рука, при этом целесообразно фиксировать датчики 1 на дистальных фалангах пальцев руки пациента так, что датчики, отражающие движения конкретного пальца виртуальной руки, закреплены на соответствующем пальце руки пациента. Положение локтя виртуальной руки задается в программе, положение и ориентация дистальных фаланг пальцев, кисти и предплечья определяют на основе данных с датчиков 1, 2, 3, положение и ориентация средних и проксимальных фаланг пальца определяется путем интерполяции данных с датчиков 1 и 2. При этом движения виртуальной руки соответствуют движениям руки пациента.In the first mode, according to the data from
Во втором режиме для движения игровых объектов используются углы между векторами, определенными по данным от датчиков 1 и 2, соответствующих движениям в межфаланговых, пястно-фаланговых и лучезапястных суставах, или датчиков 2 и 3 соответствующих движениям в лучезапястных, лучелоктевых суставах или данным датчика 3. Для обеспечения обратной связи при визуализации сложных естественных движений руки пациента через соответствующие движения игровых объектов модель взаимодействия этих объектов должна быть физически корректна, то есть в достаточной мере воспроизводить действие законов гравитации, упругого столкновения и т.п., при этом игровое пространство имитирует естественную среду, и движения игровых объектов воспринимаются пациентом как естественные. Для визуализации используют объекты стандартных графических библиотек, таких как Havok Physics, Bullet Physics Library. Для имитации окружающего пространства и его изменения в зависимости от игровой ситуации используют наложение кубических и сферических текстур, например, с использованием стандартных процедур графической карты.In the second mode, for the movement of game objects, angles are used between vectors determined from data from
Основание 10 устройства для реабилитации выполняют из гибких материалов, таких как латекс, неопрен, винил, нейлон, эластомеры, тканые и нетканые материалы, настоящая или искусственная кожа и т.д. Основание 10 устройства для реабилитации выполнено в виде накладки 11, имеющей очертания кисти руки, не имеет ладонной части. Для фиксации датчиков 1 и 2 выполнены отсеки на каждом пальце и на средней части накладки соответственно. Датчик 3, совмещенный с блоком 6, размещают на манжете 12, жестко закрепляя, например, с помощью скобок, клея или пришивая. Пальцы пациента размещают в карманах, выполненных с обратной стороны от отсеков 14 для датчиков, манжета 12 крепится на предплечье, например, с помощью эластичных ремешков, кнопок или липучек. К средней части основания могут быть дополнительно присоединены, например, с помощью специальных крепежных проушин или петель, крепления на кисти, такие как застежки, липучки, ремешки и другие, позволяющие выбрать комфортную степень затягивания. Отсеки для датчиков также могут быть дополнительно снабжены эластичным поясками для более уверенного крепления датчиков на пальцах.The
Устройство для реабилитации и его основание работает в процедурах реабилитации следующим образом.The device for rehabilitation and its foundation works in rehabilitation procedures as follows.
Первоначально производят выбор устройства для правой или левой руки, затем подбор устройства подходящего пациенту размера.Initially, the device is selected for the right or left hand, then the selection of the device is suitable for the patient size.
Датчики 1 размещают на дистальных фалангах пальцев рук. Некоторые датчики 1 могут быть отключены, в случае, например, отсутствия причины реабилитировать подвижность суставов некоторых пальцев или при отсутствии пальцев. Датчик 2 размещают в средней части кисти, а датчик 3 размещают на предплечье ближе к запястью. При проведении реабилитации вне лечебного учреждения целесообразно для закрепления на руке датчиков 1, 2, 3 применять основание 10, при этом помещают накладку 11 с внешней стороны кисти, закрепляют манжету 12 и накладку 11 с помощью, например, застежек-липучек, пальцы помещают в карманы, фиксируя их поясками, при этом основание выбирают соответствующего размера.
Устройство подключают к порту USB компьютера 7 и запускают установленную программу, с помощью которой отображают на экране монитора компьютера изменения положения виртуальных объектов в соответствии с движениями пальцев, кисти и предплечья пациента. Режим программы устанавливают режим программы на основе заранее установленных характеристик тренируемых движений в зависимости от диагноза, целей тренировок и реабилитации. В зависимости от выбранных игр движения виртуальных объектов на экране монитора компьютера соответствуют движениям частей руки при сгибании, разгибании и вращении в межфаланговых, пястно-фаланговых, лучезапястных, лучелоктевых суставах. В частном случае на экране монитора компьютера отображают виртуальную руку, движения которой соответствуют движениям руки пациента.The device is connected to the USB port of
В некоторых играх из данного набора игр отображается, как одни виртуальные объекты, в соответствии с положением и ориентацией частей руки пациента, захватывают, удерживают и приводят в движение другие виртуальные объекты. В частном случае предусмотрено, что после сгибания или вращения некоторые суставы кисти сохраняют на некоторое время определенное взаимное положение (например, неподвижны относительно друг друга), что обеспечивает возможность тренировки движений выделенных суставов и развития более естественных движений. Неподвижность в суставах может достигаться при использовании подставки под ладонь с выемками для пальцев без установки дополнительных датчиков в устройстве.In some games from this set of games, it is shown how one virtual object, in accordance with the position and orientation of the parts of the patient’s hand, captures, holds and sets in motion other virtual objects. In the particular case, it is provided that after bending or rotating, some joints of the hand retain a certain mutual position for some time (for example, they are motionless relative to each other), which makes it possible to train the movements of the selected joints and develop more natural movements. Joint immobility can be achieved by using a palm rest with finger recesses without installing additional sensors in the device.
Тренировку проводят по одной или нескольким играм. Возможен режим, в котором при небольшом активном диапазоне частей руки при визуализации движений малым движениям руки пациента соответствуют более сильные движения виртуальных объектов.Training is carried out on one or several games. A mode is possible in which, with a small active range of parts of the hand, when visualizing the movements, small movements of the patient's hand correspond to stronger movements of virtual objects.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113351U RU198065U1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | REHABILITATION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018113351U RU198065U1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | REHABILITATION DEVICE |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018142091U Division RU192463U1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | BASIS OF REHABILITATION DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU198065U1 true RU198065U1 (en) | 2020-06-16 |
Family
ID=71095579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018113351U RU198065U1 (en) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | REHABILITATION DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU198065U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798083C1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-06-15 | Николай Алексеевич Кычкин | Object management system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004121865A (en) * | 1995-09-13 | 2004-04-22 | Seiko Epson Corp | Health condition managing device |
RU2233619C1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-10 | Государственное учреждение "Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии" | Method for evaluating functional state in patients with pathology in articulations of inferior limbs during rehabilitation |
KR20080005798A (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-15 | (주)유리시스 | A cognitive and conduct disorder rehabilitation therapy systems using mothion tracking technologies and augmented reality |
US20160067136A1 (en) * | 2013-05-16 | 2016-03-10 | New York University | Game-based sensorimotor rehabilitator |
WO2016064349A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | Singapore University Of Technology And Design | Rehabilitation exercise system |
US20160129343A1 (en) * | 2013-06-13 | 2016-05-12 | Biogaming Ltd. | Rehabilitative posture and gesture recognition |
EP3127526A1 (en) * | 2014-04-04 | 2017-02-08 | Sapporo Medical University | Device for rehabilitation, rehabilitation system provided therewith, program for rehabilitation and rehabilitation method |
-
2018
- 2018-04-12 RU RU2018113351U patent/RU198065U1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004121865A (en) * | 1995-09-13 | 2004-04-22 | Seiko Epson Corp | Health condition managing device |
RU2233619C1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-10 | Государственное учреждение "Нижегородский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии" | Method for evaluating functional state in patients with pathology in articulations of inferior limbs during rehabilitation |
KR20080005798A (en) * | 2006-07-10 | 2008-01-15 | (주)유리시스 | A cognitive and conduct disorder rehabilitation therapy systems using mothion tracking technologies and augmented reality |
US20160067136A1 (en) * | 2013-05-16 | 2016-03-10 | New York University | Game-based sensorimotor rehabilitator |
US20160129343A1 (en) * | 2013-06-13 | 2016-05-12 | Biogaming Ltd. | Rehabilitative posture and gesture recognition |
EP3127526A1 (en) * | 2014-04-04 | 2017-02-08 | Sapporo Medical University | Device for rehabilitation, rehabilitation system provided therewith, program for rehabilitation and rehabilitation method |
WO2016064349A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-28 | Singapore University Of Technology And Design | Rehabilitation exercise system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2798083C1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-06-15 | Николай Алексеевич Кычкин | Object management system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220338761A1 (en) | Remote Training and Practicing Apparatus and System for Upper-Limb Rehabilitation | |
Baldi et al. | GESTO: A glove for enhanced sensing and touching based on inertial and magnetic sensors for hand tracking and cutaneous feedback | |
Aubin et al. | A pediatric robotic thumb exoskeleton for at-home rehabilitation: the Isolated Orthosis for Thumb Actuation (IOTA) | |
Mousavi Hondori et al. | A spatial augmented reality rehab system for post-stroke hand rehabilitation | |
Ma et al. | Virtual reality and serious games in healthcare | |
Girone et al. | A Stewart platform-based system for ankle telerehabilitation | |
US20100280418A1 (en) | Method and system for evaluating a movement of a patient | |
US20120157263A1 (en) | Multi-user smartglove for virtual environment-based rehabilitation | |
JP4742278B2 (en) | Driving force calculating device, driving force calculating method, muscle force assisting device, program, and computer-readable recording medium | |
Ferre et al. | Haptic device for capturing and simulating hand manipulation rehabilitation | |
Wang et al. | Literature review on wearable systems in upper extremity rehabilitation | |
Gamecho et al. | A context-aware application to increase elderly users compliance with physical rehabilitation exercises at home via animatronic biofeedback | |
Rotella et al. | Hapi bands: a haptic augmented posture interface | |
Grubišić et al. | Novel approaches in hand rehabilitation | |
D'Auria et al. | Human-computer interaction in healthcare: How to support patients during their wrist rehabilitation | |
Naranjo et al. | User experience evaluation of an interactive virtual reality-based system for upper limb rehabilitation | |
TW201417796A (en) | Interactive rehabilitating system for lower-limbs | |
Bethi et al. | Wearable inertial sensors for exergames and rehabilitation | |
KR102162922B1 (en) | Virtual reality-based hand rehabilitation system with haptic feedback | |
RU198065U1 (en) | REHABILITATION DEVICE | |
ee Chin et al. | Home-based ankle rehabilitation system: Literature review and evaluation | |
Rawashdeh et al. | Highly-Individualized physical therapy instruction beyond the clinic using wearable inertial sensors | |
Baribina et al. | Development of pressure sensitive glove prototype | |
Pan et al. | Interactive balance rehabilitation tool with wearable skin stretch device | |
Bethi | Exergames for telerehabilitation |