RU2184517C2 - Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering - Google Patents
Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering Download PDFInfo
- Publication number
- RU2184517C2 RU2184517C2 RU98102572A RU98102572A RU2184517C2 RU 2184517 C2 RU2184517 C2 RU 2184517C2 RU 98102572 A RU98102572 A RU 98102572A RU 98102572 A RU98102572 A RU 98102572A RU 2184517 C2 RU2184517 C2 RU 2184517C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drive
- movements
- patient
- sensors
- motion
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области реабилитационной (восстановительной) медицины и может быть использовано в сочетании с рефлексотерапией, медикаментозным и ортопедохирургическим лечением больного с нарушениями двигательных функций, в частности для лечения детского церебрального паралича (ДЦП). The invention relates to the field of rehabilitation (restorative) medicine and can be used in combination with reflexology, medical and orthopedic surgical treatment of a patient with impaired motor functions, in particular for the treatment of cerebral palsy (cerebral palsy).
Известен способ стимуляции мышц и восстановления двигательных функций больного ребенка, например церебральным параличом /1/, заключающийся в реализации движений головы и туловища, рук и ног, пальцев рук и ног руками врача или медсестры в соответствии с методиками лечебной физкультуры. Этот способ является эффективным, но изнурительным для обслуживающего высококвалифицированного медперсонала. A known method of stimulating muscles and restoring the motor functions of a sick child, for example, cerebral palsy / 1 /, which consists in the implementation of the movements of the head and body, arms and legs, fingers and feet with the hands of a doctor or nurse in accordance with the methods of physiotherapy. This method is effective, but debilitating for attending highly qualified medical staff.
Поэтому недостатком этого способа является необходимость иметь высококвалифицированный медперсонал. Вторым недостатком этого способа является отсутствие объективной информации о физиологическом состоянии такого больного, который не может реагировать на действия врача или медсестры. А при отсутствии информации о частоте пульса, частоте дыхания, давления крови и температуры тела лечащий врач или медсестра не всегда могут обеспечить оптимальный режим лечебной физкультуры для указанного больного, в частности для ребенка. Therefore, the disadvantage of this method is the need to have highly qualified medical staff. The second disadvantage of this method is the lack of objective information about the physiological state of such a patient who cannot respond to the actions of a doctor or nurse. And in the absence of information about the pulse rate, respiratory rate, blood pressure and body temperature, the attending physician or nurse can not always provide the optimal regimen of physiotherapy exercises for the specified patient, in particular for the child.
Известен способ биомеханической стимуляции мышц и восстановления двигательных функций взрослого человека, больного церебральным параличом /2/, заключающийся в установке головы, туловища и конечностей в начальное положение и в осуществлении программных движений этих частей тела в соответствии с методами лечебной физкультуры путем использования жестких механических тренажеров, управляемых по жесткой программе, при условии, что больной может подавать сигналы о физическом дискомфорте или сам включать и отключать тренажер при избыточных или неоптимальных физических нагрузках. Известно устройство, реализующее способ /2/, содержащее установленные на основании привод, устройство управления приводом, приспособления для крепления частей тела, взаимосвязанные с приводом через датчики реальных законов движения, процессор и источник электропневмопитания, при этом датчики реальных законов движения подключены ко входу процессора, выход процессора подключен ко входу устройства управления приводом, которое соединено с источником электропневмопитания. A known method of biomechanical muscle stimulation and restoration of motor functions of an adult suffering from cerebral palsy / 2 /, which consists in setting the head, trunk and limbs in the initial position and in the implementation of programmed movements of these parts of the body in accordance with the methods of physiotherapy using rigid mechanical simulators, controlled by a strict program, provided that the patient can give signals of physical discomfort or turn the simulator on and off with excessive or suboptimal physical exertion. A known device that implements the method / 2 / containing installed on the basis of the drive, the drive control device, devices for attaching parts of the body, interconnected with the drive through the sensors of the real laws of motion, the processor and the source of electric power supply, while the sensors of the real laws of motion are connected to the input of the processor, the output of the processor is connected to the input of the drive control device, which is connected to an electric power supply source.
Недостаток этого способа - применение его лишь для взрослого человека, а известно, что лечение церебрального паралича дает больший эффект выздоровления в период новорожденности и в грудном возрасте при условии правильной постановки диагноза. The disadvantage of this method is its use only for an adult, and it is known that the treatment of cerebral palsy gives a greater healing effect during the neonatal period and in infancy, provided that the diagnosis is made correctly.
Задачей предлагаемого способа является расширение функциональных возможностей способа биомеханической стимуляции мышц и повышение эффективности его для восстановления двигательных функций, а именно использование его для больных всех возрастов, начиная с новорожденных, за счет управления процессом стимуляции и формирования щадящей программы движения. The objective of the proposed method is to expand the functionality of the method of biomechanical muscle stimulation and increase its effectiveness for the restoration of motor functions, namely its use for patients of all ages, starting with newborns, by controlling the stimulation process and forming a gentle movement program.
Поставленная задача решается тем, что в способе биомеханической стимуляции мышц и восстановления двигательных функций, при котором голову, туловище, конечности и пальцы пациента устанавливают в начальное положение и задают принудительное движение этих частей тела по программе - методике лечебной физкультуры, согласно изобретению, предварительно определяют индивидуальные для пациента предельно допустимые значения параметров физиологического состояния: частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, кровяное давление, температуру тела, затем одновременно с проведением принудительных движений частей тела постоянно осуществляют измерение этих параметров, определяют разности между измеренными величинами и соответствующими допустимыми значениями, анализируют эти разности и на основе анализа формируют сигналы управления движениями частей тела, реализуют эти движения или прекращают последние. The problem is solved in that in the method of biomechanical muscle stimulation and restoration of motor functions, in which the patient’s head, trunk, limbs and fingers are set to the initial position and the forced movement of these body parts is set according to the program - the method of physiotherapy exercises, according to the invention, individual preliminarily determined for the patient, the maximum permissible values of the parameters of the physiological state: heart rate, respiratory rate, blood pressure, temperature and then concurrently with the forced movement of the body portions continuously performed measurement of these parameters determine the difference between the measured values and the respective admissible values, and these differences were analyzed by analyzing the movements of the body parts form control signals implementing these movements past or stopped.
Для повышения кинематической и динамической точности реализации программных движений частей тела пациента сигналы управления движениями вычисляют по функционалу, зависящему от отклонений параметров движения от их программных значений и от производных по времени от этих отклонений. To increase the kinematic and dynamic accuracy of the implementation of the programmed movements of the patient’s body parts, the motion control signals are calculated by a functional that depends on the deviations of the motion parameters from their program values and on the time derivatives of these deviations.
Для осуществления более эффективного лечебного действия движений на пациента режимы программных движений изменяют в зависимости от его индивидуального физиологического состояния либо в сторону усиления интенсивности движений, либо в сторону ее ослабления. To implement a more effective therapeutic effect of movements on the patient, the regimes of program movements are changed depending on his individual physiological state either in the direction of increasing the intensity of movements, or in the direction of its weakening.
Введение в предлагаемый способ установления индивидуальных для каждого пациента предельно допустимых для него значений параметров физиологического состояния позволяют объективно выбрать режим движений, а постоянное измерение этих параметров и контроль за изменением величины разности их значений по отношению к допустимым позволяют регулировать интенсивность движений, увеличивая или уменьшая ее, или вообще прекратить процедуру в данный момент. Особенность способа состоит в том, что он не зависит от визуальной обратной связи пациента (ребенка) с врачом и от интуиции последнего для определения режимов движений, что расширяет функциональные возможности способа и применимо для пациентов в любом состоянии всех возрастов, включая новорожденных. The introduction of the proposed method of establishing the individual physiological state parameters maximum permissible values for each patient allows an objective choice of the mode of movements, and the constant measurement of these parameters and monitoring the change in the difference in their values relative to the permissible ones allow you to adjust the intensity of movements, increasing or decreasing it, or stop the procedure at the moment. A feature of the method is that it does not depend on the visual feedback of the patient (child) with the doctor and on the intuition of the latter to determine the modes of movement, which expands the functionality of the method and is applicable to patients in any condition of all ages, including newborns.
Для осуществления способа разработано устройство для биомеханической стимуляции мышц и восстановления двигательных функций, содержащее установленные на основании привод, устройство управления приводом, приспособления для крепления частей тела, взаимосвязанные с приводом через датчики реальных законов движения, процессор, источник электропневмопитания, в котором согласно изобретению исполнительные устройства привода выполнены в виде блоков, секций и элементов, представляющих собой расположенные на основании надувные камеры, соединенные системой электропневмоклапанов с источником электропневмопитания и снабженные датчиками физиологического состояния, при этом последние датчики и датчики реальных законов движения подключены ко входу процессора, выход процессора и датчики физиологического состояния подключены ко входу устройства управления приводом, которое соединено с источником электропневмопитания. To implement the method, a device has been developed for biomechanical muscle stimulation and restoration of motor functions, comprising a drive installed on the base, a drive control device, devices for attaching body parts, interconnected with the drive through sensors of real laws of motion, a processor, an electric air supply source, in which actuating devices according to the invention drives are made in the form of blocks, sections and elements, which are inflatable chambers located on the base, connected connected by a system of electro-pneumatic valves with a source of electro-pneumatic power supply and equipped with sensors of a physiological state, while the last sensors and sensors of real laws of motion are connected to the input of the processor, the output of the processor and physiological state sensors are connected to the input of the drive control device, which is connected to the source of electro-pneumatic power.
Выполнение устройства для стимуляции описанным образом позволяет автоматически реализовывать движения пациента согласно современным методикам лечебной физкультуры, обеспечивать независимость движений разными частями тела, а также регулировать интенсивность движений в сторону увеличения или уменьшения и вовремя дать сигнал о прекращении принудительных движений в зависимости от состояния пациента. The implementation of the device for stimulation in the described way allows you to automatically implement the patient’s movements according to modern methods of physiotherapy, to ensure independence of movements of different parts of the body, as well as to regulate the intensity of movements in the direction of increase or decrease and in time to give a signal to stop the forced movements, depending on the patient’s condition.
Изобретения поясняются чертежами, где на:
- фиг. 1 изображена функциональная блок-схема устройства для осуществления способа стимуляции мышц и восстановления двигательных функций;
- фиг.2 - блок-схема управления устройством;
- фиг. 3,4,5,6 - изображены исполнительные элементы блоков привода головы, туловища, рук и ног;
- фиг. 7,8,9,10 - изображен вид основания устройства снизу (с условно снятой герметизирующей крышкой) с указанием расположения каналов подвода и откачки воздуха;
- фиг. 11,12,13,14,15,16 - изображен возможный вариант конструкции привода ног и рук;
- фиг.17,18,19 - изображен блок привода пальцев рук и ног.The invention is illustrated by drawings, where:
- FIG. 1 shows a functional block diagram of a device for implementing a method of muscle stimulation and restoration of motor functions;
- figure 2 is a block diagram of a device control;
- FIG. 3,4,5,6 - executive elements of the drive units for the head, trunk, arms and legs are shown;
- FIG. 7,8,9,10 - shows a bottom view of the base of the device (with a conditionally removed sealing cover) indicating the location of the channels for supplying and pumping air;
- FIG. 11,12,13,14,15,16 - shows a possible design of the drive legs and arms;
- Fig.17,18,19 - shows the drive unit of the fingers and toes.
Устройство, осуществляющее способ биомеханической стимуляции мышц и восстановления двигательных функций, содержит (фиг.1) исполнительные устройства привода 1, находящиеся в контакте с пациентом и приводящие в движение части его тела, датчики 2 параметров физиологического состояния пациента, соединенные с одним из входов коммутатора 3 сигналов датчиков физиологического состояния пациента, имеющего два входа и три выхода. Второй вход коммутатора 3 соединен с блоком памяти 4, в котором хранится априорная информация об индивидуальных лечебно-допустимых интервалах изменения параметров физиологического состояния пациента. Один выход коммутатора 3 соединен с вычислительным блоком 5, генерирующим программные законы движений привода, реализующие методики лечебной физкультуры для нормального режима лечения, а выход блока 5 соединен с входом суматора 6. Датчики 7 параметров реальных законов движения исполнительных устройств привода через исполнительные устройства соединены с устройством 8 управления приводом. Второй выход коммутатора 3 соединен с вычислительным блоком 9, генерирующим адаптируемые к физиологическому состоянию пациента законы движения привода, реализующие усиленный тренировочный режим лечебной физкультуры, подаваемые на вход сумматора 10. Третий выход коммутатора 3 соединен с вычислительным блоком 11, генерирующим программные законы аварийного останова привода из-за плохого физиологического состояния пациента. Выходы датчиков 7 соединены с коммутатором 12 сигналов датчиков реальных законов движения исполнительных устройств привода, имеющим один вход и два выхода: "удовлетворительно" - по этому сигналу привод продолжает работу, и "неудовлетворительно" - по этому сигналу привод останавливается из-за технических несоответствий, отклонений от номиналов. A device that implements a method of biomechanical muscle stimulation and restoration of motor functions, contains (Fig. 1)
Коммутаторы 3, 12, блок памяти 4, сумматоры 6, 10 и вычислительные блоки 5, 9, 11 объединены в единое устройство - процессор, осуществляющий хранение априорной информации и обработку измеряемой информации для генерирования вычисляемой информации в соответствии с критериями-функционалами, характеризующими состояние пациента и состояние привода.
Согласно предлагаемому способу, исполнительные устройства привода 1 реализуют движения головы, туловища, конечностей и пальцев конечностей пациента, на котором фиксированы датчики 2 его физиологического состояния. Сигналы с датчиков 2 подают на первый вход коммутатора 3, на второй вход которого подают эталонные сигналы из блока памяти 4, соответствующие требуемой программе-методике лечебной физкультуры. Сигналы датчиков и эталонные сигналы сравнивают в коммутаторе 3, в результате чего вырабатывают один из трех выходных сигналов, оцениваемые соответственно как "удовлетворительно", "хорошо" и "плохо". According to the proposed method,
Если выходной сигнал коммутатора 3 имеет оценку "удовлетворительно", то его подают на вход вычислительного блока 5, генерирующего сигналы о программных законах движения привода, реализующих методики лечебной физкультуры для нормального режима лечения, которые подают на неинвертирующий вход сумматора 6, на инвертирующий вход которого подают сигналы с датчиков 7 реальных законов движения привода, а выходные сигналы сумматора 6 подают на устройства управления 8 приводом. If the output signal of the
Если выходной сигнал коммутатора 3 имеет оценку "хорошо", то его подают на вход вычислительного блока 9, генерирующего адаптируемые к физиологическому состоянию пациента сигналы о программных законах движения привода, реализующих усиленный тренировочный режим лечебной физкультуры, которые подают на неинвертирующий вход сумматора 10, на инвертирующий вход которого подают сигналы датчиков 7 реальных законов движения привода, а выходные сигналы сумматора 5 подают на устройства управления 8 приводом. If the output signal of the
Если выходной сигнал коммутатора 3 имеет оценку "плохо", то его подают на вход вычислительного блока 11, генерирующего сигналы о программных законах аварийного останова привода, которые подают на устройства управления 8 привода с целью его останова. Аварийный останов привода будет реализован и по сигналам датчиков 7 реальных законов движения привода в том случае, если реальные величины углов или угловых скоростей или угловых ускорений будут таковы, что критерий-функционал, вычисляемый в коммутаторе 12, будет иметь оценку "неудовлетворительно", в результате чего его выходной сигнал подаст команду на останов привода по техническим причинам. If the output signal of the
Согласно предлагаемому способу, пациента помещают в бокс (например, в устройство, подобное боксу-инкубатору для недоношенного в случае, когда пациентом является новорожденный), оснащают пациента датчиками 2 его физиологического состояния и подсоединяют к нему исполнительные устройства 1 привода и устанавливают голову, туловище, конечности и кисти конечностей в исходное положение в соответствии с требованиями лечебной физкультуры. Включают устройства управления 8 приводом, которые реализуют программные законы движения приводом, генерируемые либо блоком 5, либо блоком 9 для случаев, когда состояние пациента оценивается соответственно либо как "удовлетворительно", либо как "хорошо". В том случае, когда состояние пациента оценивается как "плохо", блоком 11 генерируются сигналы о программных законах аварийного останова привода, которые подают на устройства управления 8, и привод останавливается. Привод останавливается и в том случае, когда сигналы датчиков 7 реальных законов движения привода будут превышать допустимые величины в смысле заданного функционала-критерия, характеризующего состояние привода. Таким образом, останов привода предусмотрен по двум причинам: из-за плохого физиологического состояния пациента и из-за возможных технических неисправностей привода. According to the proposed method, the patient is placed in a box (for example, in a device similar to an incubator box for a premature infant when the patient is a newborn), the patient is equipped with
Реализация предлагаемого способа предполагает наличие трех помещений: реабилитационной палаты, операторской комнаты и силового помещения. В реабилитационной палате размещают боксы для пациентов с устройствами для лечения и восстановления двигательных функций, в операторской комнате располагают компьютер с мониторами, в силовое помещение выносят все необходимые источники энергии: электропитания, пневмопитания и др. Для каждого помещения необходим свой обслуживающий персонал: врач-педиатр, инженер-программист, техник. После постановки диагноза заболевания у каждого пациента собирают всю необходимую информацию и заносят ее в компьютер, формируя банк данных. Затем больных размещают в боксы. К каждому больному подсоединяют датчики его физиологического состояния и исполнительные устройства привода. За каждым больным в реабилитационной палате "закреплен" соответствующий монитор в операторской комнате, хотя не исключается и последовательный обзор с одного монитора с оптимальной частотой. С каждого бокса к центральному процессору (системному блоку компьютера) подключают кабели от датчиков физиологического состояния и от датчиков реальных законов движения привода. После включения и загрузки центрального процессора с клавиатуры компьютера подается команда запуска на режим лечебной физкультуры того или иного пациента, информация о состоянии которого отражена на соответствующем мониторе. Далее начинается процесс лечения пациентов путем реализации индивидуальной для каждого из них методики лечебной физкультуры в реабилитационной палате, а в операторской палате ведется процесс обработки информации с целью управления и выдачи необходимой врачебной информации, заканчивающийся выдачей необходимой врачебной документации. Implementation of the proposed method involves the presence of three rooms: a rehabilitation chamber, an operator's room and a power room. In the rehabilitation ward there are boxes for patients with devices for the treatment and restoration of motor functions, a computer with monitors is located in the control room, all the necessary energy sources are taken out to the power room: power supplies, pneumatic supplies, etc. Each room needs its own staff: pediatrician , software engineer, technician. After the diagnosis of the disease, each patient collects all the necessary information and puts it into a computer, forming a data bank. Then the patients are placed in the boxes. Sensors of his physiological state and actuators are connected to each patient. Each patient in the rehabilitation ward is assigned a corresponding monitor in the operator’s room, although consistent viewing from one monitor with the optimal frequency is not ruled out. From each box, cables are connected from the sensors of the physiological state and from the sensors of the real laws of motion of the drive to the central processor (system unit of the computer). After turning on and loading the central processor, a start command is issued from the computer keyboard to the regime of physiotherapy exercises for a particular patient, the status of which is reflected on the corresponding monitor. Next, the process of treating patients begins by implementing an individual method of physical therapy in a rehabilitation ward, and in the camera room, an information processing process is conducted to manage and issue the necessary medical information, ending with the issuance of the necessary medical documentation.
Согласно предлагаемому способу, в основу создания реализующего его устройства необходимо положить следующие принципы:
1. Устройство должно автоматически реализовывать движения пациента согласно современным методикам лечебной физкультуры.According to the proposed method, the following principles must be used as the basis for creating the device implementing it:
1. The device should automatically implement the movement of the patient according to modern methods of physiotherapy.
2. Особенность стимуляции мышц у ребенка заключается в отсутствии визуальной обратной связи его с врачом, что необходимо учитывать при создании привода этого устройства. 2. The peculiarity of muscle stimulation in a child is the lack of visual feedback from the doctor, which must be taken into account when creating the drive of this device.
3. Устройство при длительном его использовании не должно приводить к повреждению элементов скелета, мышц и кожного покрова пациента. 3. The device with prolonged use should not lead to damage to the elements of the skeleton, muscles and skin of the patient.
4. Устройство не должно оказывать вредных побочных эффектов на состояние пациента и не должно оказывать вредного влияния на окружающую среду. 4. The device should not have harmful side effects on the patient's condition and should not have a harmful effect on the environment.
Эти принципы были заложены в предлагаемом способе. Для реализации сформулированных принципов необходимо выполнить следующие требования:
1. Устройство должно: 1) иметь привод, реализующий требуемый характер пространственного движения частей тела пациента; 2) иметь надежную систему предохранения от нежелательных режимов работы при отказах каких-либо цепей управления или при механических повреждениях конструкции, и при этом не травмировать пациента и не изменять параметры окружающей среды; 3) быть универсальной по использованию: в палате для доношенных и в боксе-инкубаторе для недоношенных детей; 4) удовлетворять специфическим медицинским требованиям: стерильности и др.; 5) иметь такую блочную структуру, при которой блоки и агрегаты, оказывающие негативное воздействие на пациента, могут быть удалены в отдельное помещение; 6) иметь минимальные объемно-массовые характеристики; 7) быть сориентированной на какой-либо один вид энергии.These principles were laid down in the proposed method. To implement the principles formulated, the following requirements must be met:
1. The device should: 1) have a drive that implements the required nature of the spatial movement of the parts of the patient's body; 2) have a reliable system of protection against unwanted operating modes in case of failure of any control circuits or in case of mechanical structural damage, and at the same time not to injure the patient and not change the environmental parameters; 3) be universal in use: in the ward for full-term and in the box-incubator for premature babies; 4) satisfy specific medical requirements: sterility, etc .; 5) have such a block structure in which blocks and units that have a negative effect on the patient can be removed to a separate room; 6) have the minimum volumetric mass characteristics; 7) be oriented towards any one type of energy.
2. Устройство не должно изменять параметры окружающей пациента среды за пределы допустимых значений. 2. The device should not change the parameters of the patient’s environment outside the acceptable range.
3. Материалы конструкций, взаимодействующих с телом пациента, должны обладать податливостью в той степени, которая необходима для компенсации неточностей начальной установки и неточностей реализации законов движений частей тела в смысле снятия перенапряжений суставов, элементов скелета, мышц и сухожилий. 3. Materials of constructions interacting with the patient’s body must be flexible to the extent necessary to compensate for inaccuracies in the initial setup and inaccuracies in the implementation of the laws of motion of body parts in the sense of relieving overstrain of joints, skeleton elements, muscles and tendons.
Устройство управления для биомеханической стимуляции мышц и восстановления двигательных функций пациента, реализующее предлагаемый способ, включает в себя (фиг.2) блок электропневмопитания 13, привод, состоящий из устройства управления 14, исполнительных устройств 15 и датчиков 16 реальных законов движения, датчиков 17 физиологического состояния пациента, процессора 18. Пульт 19 позволяет взрослому больному самостоятельно выбирать режимы лечебной физкультуры. The control device for biomechanical muscle stimulation and restoration of motor functions of the patient, which implements the proposed method, includes (Fig. 2) an electric
Конструкция устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг.3, 4, 5, 6), состоит из основания 20, в котором вмонтированы блоки 21 и 22 приводов соответственно головы и туловища и две секции 23 привода рук. Имеются также два блока 24 привода кистей и пальцев рук, две секции 25 привода ног и два блока 26 привода ступней и пальцев ног. На блоке 22 привода туловища закреплены два развернутых рукава 27 с надувными элементами привода плеча и встроенными датчиками физиологического состояния пациента. Голова, туловище, руки и ноги закрепляются относительно соответствующих приводов с помощью мягких эластичных ленточных фиксаторов 28 с использованием "липучки". Часть конструкции рассматриваемого устройства, включающая приводы 25 и 26, имеет возможность горизонтального перемещения в направлении туловища по направляющим 33, при этом гибкая гофрированная трубка 29 обеспечивает герметичное соединение частей пневмосистемы. На уровне нижней части туловища пациента располагается набор 30 сменных гигиенических элементов, включающий матрац, клеенку, подстилку, пеленку и подгузник с вложенным датчиком влажности. Элементы 31 блоков приводов головы и туловища представляют собой индивидуально управляемые надувные конструкции, подробнее изображенные на фиг.7, 8, 9, 10. Четыре группы датчиков 32, установленных на основании 20 вблизи приводов 23 и 25 рук и ног, позволяют контролировать реальные законы движения приводов. На основании 20 имеются штуцеры 34 для соединения с пневмосистемой. На рукавах 27 установлены надувные элементы 35 привода плеча. The design of the device that implements the proposed method (Figs. 3, 4, 5, 6) consists of a
Снизу основания 20 (фиг.7) имеются фрезерованные фигурные разделенные каналы 36 и 37 соответственно пониженного и избыточного давлений. Из этих каналов каждый исполнительный надувной элемент управляется индивидуально парой электропневмоклапанов, один из которых (позиция 38 на фиг.8) управляет подачей избыточного давления, а второй (позиция 39 на фиг.8) управляет откачкой или стравливанием воздуха. Электропневмоклапаны вворачиваются в основание 20 корпуса с использованием герметичной прокладки. Герметизирующая крышка 40 обеспечивает изоляцию каналов 36 и 37 от атмосферы. Фигурный упор-распределитель 41 обеспечивает распределение воздуха внутри надувного элемента-колпачка 42 и гарантирует его функционирование. Надувные элементы-колпачки 42 могут иметь несколько гофров (фиг.9), что обеспечит больший ход рабочей поверхности при необходимости. Стопорное кольцо 43 (фиг.10) обеспечивает закрепление надувного элемента 42 на основании 20. Фигурная решетка 44, заполняющая промежутки между надувными элементами, обеспечивает общее выравнивание поверхности с использованием подстилки 45. На участках 46 расположены электропневмоклапаны в количестве, обеспечивающем эффективную работу приводов рук. Штуцеры 47 (фиг.7) предназначены для соединения с блоками привода кистей и пальцев. Элементы 31 (фиг.4) блоков привода движений головы и туловища, управляемые индивидуально, расположены в виде взаимно перпендикулярных (горизонтальных) рядов, обозначенных соответственно буквами а, б, г, д и цифрами 1, 2, 3, 4,... и т.д. (фиг.7) в зависимости от длины тела пациента. Индивидуальное управление элементами 31 позволяет получить множество вариантов реализации движений или массажа. В частности, управляя одновременной работой элементов в рядах, можно получить продольные или поперечные волновые массирующие воздействия, а также и волновые движения, ориентированные под различными углами, последовательно или встречно. Кроме того, возможен вариант случайного закона управления элементами с целью эффективных и разнообразных режимов массажа тела. Управление элементами в секциях, рядах и блоках позволяет реализовать движения туловища и головы требуемым образом. Так, например, надув элементов с координатами а1, а2, а3; б1, б2, б3; г4, г5, г6; . . ., д4, д5, д6;... позволяет получить относительные повороты головы и туловища вокруг продольной оси тела и т.п. Устройство позволяет вызвать повороты головы из стороны в сторону, наклоны головы вперед-назад. Аналогичные движения можно вызвать и у туловища. Использование устройства (фиг.3) предполагает наличие выравнивающего и термоизолирующего коврика и гигиенической подстилки. Bottom of the base 20 (Fig.7) there are milled curly divided
Так как конструкции приводов (фиг.3) головы, туловища, рук и ног выполнены в виде надувных деформируемых, имеющих соответствующую жесткость элементов, секций, блоков, то учет этого обстоятельства сможет удовлетворить одному из основных требований механической безопасности эксплуатации устройства: приводы обладают податливостью в такой степени, которая обеспечивает травмобезопасность пациента. Since the design of the drives (Fig. 3) of the head, trunk, arms and legs is made in the form of inflatable deformable, with the corresponding stiffness of elements, sections, blocks, taking this into account can satisfy one of the basic requirements of the mechanical safety of the operation of the device: the drives are flexible in to such an extent that ensures patient safety.
Возможный вариант конструкции привода ног (фиг.11,12, 13) и рук (фиг. 14,15,16) представляет собой гофрированный (типа гармошки) надувной герметичный толкатель 48 с закрепленным на нем ложементом 49, имеющим форму, удобную для закрепления конечности. Для контроля реальных законов движения привода на ложементе 49 закреплен поводок 50, к которому прикрепляется гибкая нить измерительного устройства. Такой привод ног обладает большей устойчивостью вокруг оси, параллельной ногам, и меньшей устойчивостью вокруг ей перпендикулярной горизонтальной оси (Δ2 > Δ1), что и требуется для нормальной работы привода без травмирования ног, причем одновременно конечная жесткость привода на стадии наполнения воздухом будет осуществлять "натяжение" ног, а на стадии откачки воздуха осуществляется естественное движение ног, допускаемое ногой совместно с приводом. А конструкция привода руки является равножесткой (Δ2 = Δ1), что позволяет реализовать естественные пространственные движения рук. A possible design of the drive legs (11,12, 13) and hands (Fig. 14,15,16) is a corrugated (accordion type) inflatable
Исполнительные устройства привода для приведения в движение пальцев руки (фиг.17) представляют собой полуперчатку 51, каждый напальник которой с внутренней стороны изготовлен из упругого материала, а с наружной стороны имеет камеру 52, к которой подведена трубка 53 от блока клапанов 54 (фиг.18). Actuator actuators for actuating the fingers (Fig. 17) are a semi-glove 51, each file of which is internally made of elastic material, and on the outside has a
Блок клапанов (фиг. 18) привода пальцев конечностей представляет собой корпус 55 с крышкой 56 и пятью парами цилиндрических отверстий с резьбой в корпусе, в каждую пару из которых ввинчены впускной клапан 57 и выпускной клапан 58. Эти клапаны через втулки 59 и трубки 60 герметично подсоединены к компрессору и вакуумному насосу. В крышку 56 герметично вмонтированы втулки 59, на которые герметично посажены трубки 60, которые другими концами герметично соединены с камерами полуперчатки. К каждому клапану подведен электропровод 61 для подачи управляющих импульсов из процессора. The valve block (Fig. 18) of the limb finger drive is a
В предварительно подкачанном состоянии напальников полуперчатки 51 (фиг. 17) их надевают на каждый палец руки (ноги) пациента, затем на клапаны 54 (фиг. 18) подают управляющие импульсы на откачку воздуха из напальников, в результате пальцы руки (ноги) сжимаются под действием сил упругости. При подаче электрических управляющих импульсов из процессора на клапаны 57 (фиг. 19) осуществляется накачка воздуха в камеры 52 (фиг.17) и пальцы разгибаются. При подаче электрических управляющих импульсов из процессора на клапаны 58 (фиг.19) осуществляется откачка воздуха из камер 52 (фиг.17) и пальцы сгибаются. При этом изменением частоты подачи импульсов будет реализовано изменение скорости разгибания и сгибания пальцев. Описанное устройство позволяет двигать каждым пальцем руки (ноги) как отдельно друг от друга с разными движениями, так и всеми вместе: сжатие в кулак (пригибание к стопе) и разгибание в прямую ладонь (прямую ступню). То есть может быть реализован любой требуемый режим движения, информация о котором хранится в блоке памяти процессора. In the pre-inflated condition of the semi-glove’s filers 51 (Fig. 17) they are put on each finger of the patient’s hand (feet), then control pulses are fed to the valves 54 (Fig. 18) to pump air out of the filers, as a result the fingers (legs) are compressed under the action of elastic forces. When applying electrical control pulses from the processor to the valves 57 (Fig. 19), air is pumped into the chambers 52 (Fig. 17) and the fingers are unbent. When applying electrical control pulses from the processor to the valves 58 (Fig. 19), air is pumped out from the chambers 52 (Fig. 17) and the fingers are bent. In this case, by changing the frequency of the pulse supply, a change in the speed of extension and flexion of the fingers will be realized. The described device allows each finger (legs) to be moved separately from each other with different movements, and all together: clenching into a fist (bending to the foot) and extension into a straight palm (straight foot). That is, any desired driving mode can be implemented, information about which is stored in the processor memory block.
В качестве датчиков физиологического состояния ребенка могут быть использованы датчики температуры, пульса (частоты сердечных сокращений), кровяного давления, влажности с цифровым выходом, такие, например, которые входят в состав системы мониторинга физиологических функций /3/ или в состав клинического инкубатора - кювеза /4/. As sensors of the physiological state of the child, sensors of temperature, pulse (heart rate), blood pressure, humidity with a digital output can be used, such as, for example, that are part of the physiological function monitoring system / 3 / or a clinical incubator - incubator / 4/.
В качестве датчиков реальных законов движения привода могут быть использованы, в частности, индуктивные датчики углов и линейных перемещений /5/. As sensors of the real laws of motion of the drive can be used, in particular, inductive sensors of angles and linear displacements / 5 /.
В качестве источников пневмопитания: а) устройства подкачки воздуха в пневмосистему может быть использован поршневой компрессор /7/, б) устройства откачки воздуха из пневмосистемы может быть использован вакуумный насос /8/. Если эти устройства являются достаточно шумящими, то они могут быть объединены в блок и вынесены за пределы помещения, в котором находится пациент. As sources of pneumatic power: a) a piston compressor / 7 / can be used to pump air into the pneumatic system; b) a vacuum pump / 8 / can be used to pump air from the pneumatic system. If these devices are sufficiently noisy, then they can be combined into a unit and taken out of the premises in which the patient is located.
В качестве электропневмоклапанов могут быть использованы устройства /9/. As electro-pneumatic valves, devices / 9 / can be used.
В качестве процессора, в котором осуществляется хранение априорной информации и обработка измеряемой информации с целью генерирования вычисляемой информации для подачи импульсов управления на электропневмоклапаны и для подачи других необходимых сигналов, может быть использован системный блок универсальной ЭВМ типа IBM PC 486DX с объемом оперативной памяти не менее 4 мб, объемом памяти винчестера не менее 250 мб и тактовой частотой не менее 40 мГц /6/, допускающая стыковку с системой датчиков с использованием аналого-цифрового преобразователя и снабженного выходным усиливающим блоком, соединенным с ЭПК системы или микро PC, например, фирмы Ohtagon System /10/. As a processor in which a priori information is stored and measured information is processed in order to generate calculated information for supplying control pulses to electro-pneumatic valves and for supplying other necessary signals, the system unit of a universal computer type IBM PC 486DX with at least 4 RAM can be used mb, with a Winchester memory capacity of at least 250 mb and a clock frequency of at least 40 MHz / 6 /, allowing docking with a sensor system using an analog-to-digital converter provided with reinforcing output unit connected to the system or micro EPA PC, for example from Ohtagon System / 10 /.
В качестве источника электропитания может быть использована обычная электрическая сеть с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Например, потребляемая предлагаемым устройством мощность при обслуживании нескольких детей годовалого возраста (до десяти) не будет превышать 5 кВт. As a power source, a conventional electrical network with a voltage of 220 V and a frequency of 50 Hz can be used. For example, the power consumed by the proposed device when servicing several children of one year old (up to ten) will not exceed 5 kW.
Работа устройства для биомеханической стимуляции мышц, восстановления двигательных функций и тренировки правильных движений человека начинается с подачи электропитания на процессор 18 (фиг.2), датчики 17 физиологического состояния, датчики 16 реальных законов движения привода, устройства 14 управления приводом и с подачи пневмопитания на исполнительные устройства привода 15, после чего осуществляется контроль функционирования - тестирование всех необходимых элементов системы. Далее укладывают больного на основание устройства, закрепляют голову и туловище фиксаторами, закрепляют на руках рукава с датчиками физиологического состояния, запястья рук и голени ног укладывают в мягкие податливые ложементы толкателей приводов и закрепляют с помощью эластичной тканевой ленты (с "липучкой"), на пальцы рук и ног надевают полуперчатки, предварительно подготовленные к надеванию путем небольшой накачки воздуха в напальники. После этого в процессор подают командный сигнал на реализацию требуемого режима работы устройства и процессор начинает генерировать сигналы, содержащие информацию о программных движениях частей тела больного, которые через устройства управления 14, реализованные системой электропневмоклапанов, приводят в движение исполнительные устройства 15, т. е. по заданной программе впускают воздух в элементы, секции и блоки приводов головы, туловища, рук, ног, пальцев рук и пальцев ног и выпускают воздух из этих элементов. В том случае, если сигналы датчиков 17 физиологического состояния превышают заданные допустимые значения, то исполнительные устройства 15 выходят на более щадящий режим, вплоть до программного останова предлагаемого устройства. И в случае, если сигналы датчиков 16 реальных законов движения привода превышают заданные допустимые значения, то также осуществляется программный останов предлагаемого устройства, но уже по техническим причинам. The operation of the device for biomechanical muscle stimulation, restoration of motor functions and training the correct movements of a person begins with the power supply to the processor 18 (figure 2),
Пациент, способный самостоятельно или с использованием измеренной информации и в соответствии с самочувствием принимать решения об изменении режима лечебной физкультуры, вводит с расположенного у него "под рукой" пульта 19 (фиг.2) информацию об изменениях режимов работы устройства. A patient who is able to make decisions on changing the regimen of physiotherapy exercises on his own or using the measured information and in accordance with his well-being, enters information about changes in the operating modes of the device from his remote control "at hand" 19 (Fig. 2).
Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют высокоэффективно заменить и существенно превзойти возможности квалифицированного медперсонала, так как: 1) имеется объективная информация о физиологическом состоянии пациента, используемая для выбора режимов работы устройств; 2) каждое из устройств позволяет реализовать до 60 и более независимых движений, что невозможно реализовать нескольким медработникам одновременно и тем более одному врачу; 3) один оператор в состоянии обслуживать несколько (до десяти) установок с пациентами, объединенных центральным процессором. Thus, the proposed method and device can highly replace and significantly exceed the capabilities of qualified medical staff, since: 1) there is objective information about the physiological state of the patient, used to select the operating modes of the devices; 2) each of the devices allows you to implement up to 60 or more independent movements, which is impossible to implement for several health workers at the same time, and even more so for one doctor; 3) one operator is able to service several (up to ten) units with patients, united by a central processor.
Предлагаемые способ и устройство могут найти широкое применение для лечения большого класса нарушений двигательных функций, не исключая и нарушения, вызванные физическими травмами, применительно к больному любого возраста. При этом используемые устройства могут быть разделены на несколько типоразмеров и мощностей и отличаться друг от друга последними. То есть толкающие усилия и размеры надувных элементов для взрослого человека должны быть пропорционально большими по сравнению с таковыми для ребенка. Например, надувные элементы (поз. 31 на фиг.4) целесообразно увеличить в 1,5-2 раза, ход секций (поз. 25 на фиг.3 и поз. 23 на фиг.5) должен обеспечивать перемещения элементов конечностей больше в 5-10 раз по сравнению с таковыми для ребенка годовалого возраста. The proposed method and device can be widely used for the treatment of a large class of impaired motor functions, not excluding disorders caused by physical injuries, as applied to a patient of any age. Moreover, the devices used can be divided into several sizes and capacities and differ from each other in the latter. That is, the pushing efforts and sizes of the inflatable elements for an adult should be proportionally large compared with those for a child. For example, inflatable elements (pos. 31 in Fig. 4) it is advisable to increase by 1.5-2 times, the course of sections (pos. 25 in Fig. 3 and pos. 23 in Fig. 5) should provide movement of limb elements more than 5 -10 times compared with those for a one-year-old child.
Источники информации
1. Большая медицинская энциклопедия. Т.7. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - с.567-603.Sources of information
1. Big medical encyclopedia. T.7. - M .: Soviet Encyclopedia, 1977 .-- p.567-603.
2. Фрайзен П., ред. Микрокомпьютеры в физиологии. Пер. с англ. Н.Н.Алипова. Под ред. Б.А.Бабаяна. - М.: Мир, 1990. - с.265-268. 2. Freisen P., ed. Microcomputers in physiology. Per. from English N.N. Alipova. Ed. B.A.Babayana. - M.: Mir, 1990 .-- p.265-268.
3. Система мониторинга физиологических функций Cardiocap ТМ 2. - Руководство по эксплуатации 880900-2. Фирма Datex. Instrument Corp. P.O. Box 446, SF-00101, Helsinki, Finland. 1993. 3.
4. Клинический инкубатор IСВ-141. - Изготовитель: Акционерное общество электромедицинского приборостроения Медикор", г. Будапешт. 4. Clinical incubator ICB-141. - Manufacturer: Joint-Stock Company of Electromedical Instrument-Making Medicor, Budapest.
5. Аш Ж. и др. Датчики измерительных систем. Кн.1. Пер. с франц. - М.: Мир, 1962. - с.342-398. 5. Ash Zh. Et al. Sensors of measuring systems.
6. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. Изд. 5-е. - М.: Финансы и статистика, НПО "Информатика и компьютеры", 1994. - с.25-66. 6. Figurnov V. IBM. IBM PC for the user. Ed. 5th. - M .: Finance and statistics, NPO "Informatics and computers", 1994. - p.25-66.
7. Френкель М.И. Поршневые компрессоры. 3-е изд. - Л.: Машиностроение, 1969. - 773 с. 7. Frenkel M.I. Piston compressors. 3rd ed. - L .: Engineering, 1969 .-- 773 p.
8. Пипко А.И. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем. 3-е изд. - М.: Энергия, 1979. - 504 с. 8. Pipko A.I. and others. Design and calculation of vacuum systems. 3rd ed. - M .: Energy, 1979.- 504 p.
9. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Т.5. - М.: Наука, 1976. - с.536-537. 9. Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology. T.5. - M .: Nauka, 1976 .-- p. 536-537.
10. Каталог фирмы Ohtagon System Solution. 1995 г. 10. Catalog of the company Ohtagon System Solution. 1995 year
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98102572A RU2184517C2 (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98102572A RU2184517C2 (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98102572A RU98102572A (en) | 2000-01-27 |
RU2184517C2 true RU2184517C2 (en) | 2002-07-10 |
Family
ID=20202233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98102572A RU2184517C2 (en) | 1998-02-10 | 1998-02-10 | Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2184517C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8188332B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-05-29 | Sca Hygiene Products Ab | Disposable cover for use in an incubator for premature infants |
WO2013105874A1 (en) | 2012-01-10 | 2013-07-18 | Rakhmatullin Ildar Farvazovich | Therapeutic exercise method and therapeutic exercise apparatus |
-
1998
- 1998-02-10 RU RU98102572A patent/RU2184517C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШТАРК М.Б., ТРИСТАН В.Г. Биоуправления в медицине и спорте. - Омск, 1999, с.69. ФРАЙЗЕН П. Микрокомпьютеры в физиологии. Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, с.265-268. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8188332B2 (en) | 2006-12-22 | 2012-05-29 | Sca Hygiene Products Ab | Disposable cover for use in an incubator for premature infants |
WO2013105874A1 (en) | 2012-01-10 | 2013-07-18 | Rakhmatullin Ildar Farvazovich | Therapeutic exercise method and therapeutic exercise apparatus |
RU2520248C2 (en) * | 2012-01-10 | 2014-06-20 | Ильдар Фарвазович Рахматуллин | Method for therapeutic exercises and apparatus for therapeutic exercises |
DE212012000241U1 (en) | 2012-01-10 | 2014-08-11 | Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstennostyu "Krisaf" | Apparatus for therapeutic exercises |
CN104144666A (en) * | 2012-01-10 | 2014-11-12 | 科里斯夫有限责任公司 | Therapeutic exercise method and therapeutic exercise apparatus |
CN104144666B (en) * | 2012-01-10 | 2016-09-14 | 科里斯夫有限责任公司 | Exercise therapy method and exercise therapy instrument |
US9662539B2 (en) | 2012-01-10 | 2017-05-30 | Krisaf Llc | Therapeutic exercise method and therapeutic exercise apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10813591B2 (en) | Robotic knee testing device, subjective patient input device and method for using same | |
Emken et al. | Feasibility of manual teach-and-replay and continuous impedance shaping for robotic locomotor training following spinal cord injury | |
JP2018531676A (en) | Rehabilitation mechanism for patients with sputum | |
AU2015248948A2 (en) | Rehabilitation mechanism for patients confined to bed and bed comprising the rehabilitation mechanism | |
Colombo et al. | Rehabilitation robotics: Technology and application | |
Yeow et al. | Cable-driven finger exercise device with extension return springs for recreating standard therapy exercises | |
WO2013105874A1 (en) | Therapeutic exercise method and therapeutic exercise apparatus | |
Lee et al. | Design of a clinically relevant upper-limb exoskeleton robot for stroke patients with spasticity | |
RU2184517C2 (en) | Method and device for performing biomechanical muscle stimulation and motor function recovering | |
JP2022509410A (en) | robot | |
Weerasingha et al. | C-JAE: 3 DOF robotic ankle exoskeleton with compatible joint axes | |
CN105853148B (en) | A kind of patella ulnaris joint traction recovering robot and its antiwind structure of rope | |
CN105853044B (en) | A kind of patella ulnaris joint traction recovering robot | |
Zhang | A novel robotic platform to assist, train, and study head-neck movement | |
Vinay et al. | Design of a device for lower limb prophylaxis and exercise | |
Ahmed et al. | Robotic glove for rehabilitation purpose | |
Orlov et al. | Biomechatronic neurorehabilitation complex—Design, models and control | |
Zhu et al. | A peristaltic soft, wearable robot for compression therapy and massage | |
Matokhina et al. | Analysis of Dynamics in Human—Exoskeleton Collaborative System | |
Abadi et al. | Venous ulceration and the measurement of movement: a review | |
CN114099227B (en) | Spinal rehabilitation robot and system, shape sensing and motion control method thereof | |
RU2236211C2 (en) | Medical health-improving device | |
RU2762482C1 (en) | Device for rehabilitation of patients with radial nerve damage | |
RU206844U1 (en) | Device for upper limb finger rehabilitation procedures | |
RU2744753C1 (en) | Assisting simulator robot for the damaged hand |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070211 |