RU223244U1 - Тренажер для разработки тазобедренного и коленного суставов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к механотерапевтическим аппаратам для разработки коленного и тазобедренного суставов человека с целью увеличения их подвижности в процессе лечения и реабилитации. Технический результат достигается тем, что тренажер для разработки тазобедренного и коленного суставов, содержит неподвижное основание с установленными на нем блоком управления, трубный каркас, включающий шарнирно соединенные звенья, и ложементы для бедра, голени и основания стопы, направляющую и шарико-винтовую передачу, кинематически связанную с мотор-редуктором с помощью ременной передачи, каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющей и соединенную с гайкой шарико-винтовой передачи, при этом трубный каркас связан посредством соединительного элемента с кареткой, причем трубный каркас посредством телескопических труб соединен с осью поворота основания стопы, на которой размещен тензометрический блок, а на участке соединения звеньев для размещения бедра и голени размещен абсолютный энкодер. Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в осуществлении эффективной контролируемой реабилитации пациента, включающей возможность выполнения упражнений как в пассивном, так и в активном режимах.

Description

Полезная модель относится к механотерапевтическим аппаратам для разработки коленного и тазобедренного суставов человека с целью увеличения их подвижности в процессе лечения и реабилитации.

Тренажеры важная часть терапии при различных дегенеративно-дистрофических процессах в опорно-двигательном аппарате и для реабилитации после переломов и других травм суставов. Тренажер для тазобедренного и коленного суставов позволяет восстанавливать активность и подвижность после операций и различных травм или заболеваний.

Из уровня техники известен аппарат для восстановления подвижности коленного и тазобедренного суставов человека (патент на изобретение РФ №2307638, МПК А61Н 1/02), обеспечивающий увеличение подвижности при разработке коленного и тазобедренного суставов человека в процессе лечения и реабилитации. Аппарат содержит неподвижное основание, раму, реверсивный электропривод, соединенный с винтовой парой в виде ходового винта и гайки, коромысла, шарнирно закрепленные на основании, трансмиссию, два ложемента и опору для стопы. Аппарат также содержит микроконтроллер, датчик положения, концевые выключатели и узел управления реверсивным электроприводом. Трансмиссия выполнена в виде двух связанных параллельно расположенных четырехзвенных механизмов. Коромысла жестко связаны со вторыми звеньями четырехзвенных механизмов, смежных с первыми звеньями. Ложемент голени закреплен на раме. Ложемент бедра закреплен на третьих звеньях, смежных с первыми звеньями и связанных через четвертые звенья со вторыми звеньями. Рама шарнирно связана с кареткой, в паз которой расположена гайка винтовой пары с возможностью ее перемещения в радиальном направлении относительно оси ходового винта. На основании установлены концевые выключатели, фиксирующие крайние положения каретки, на четырехзвенный механизм установлен датчик положения, микроконтроллер связан с узлом управления реверсивным электроприводом, выход которого соединен с реверсивным электроприводом, а концевые выключатели связаны с микроконтроллером.

Недостатками данного изобретения являются: отсутствие обратной связи прилагаемого усилия, в результате чего присутствует опасность нанесение травмы при проведении процедуры тренировки; низкая точность проведения процедуры всего в 3°; малый диапазон (0°-110°) перемещения во время проведения процедуры тренировки; ограниченный диапазон остановки в крайних положениях всего до 60 с; отсутствие активного режима тренировки.

Из уровня техники известно устройство непрерывного пассивного движения с функцией зоны комфорта (патент на изобретение США № US 6267735, МПК A61H-001/02), устройство можно использовать для проведения физиотерапии колена пациента путем перемещения ноги пациента через множество циклов движения в каждом из нескольких сеансов лечения. Устройство включает в себя функцию диапазона движения «Зона комфорта», которая позволяет оператору временно увеличивать угол сгибания (или уменьшать угол разгибания), чтобы облегчить дискомфорт, который испытывает пациент при повороте опоры верхней части ноги и опоры голени или попытке поворота через часть рабочего диапазона движений. Предпочтительный вариант устройства автоматически уменьшает угол сгибания (или автоматически увеличивает угол разгибания) с заданной скоростью в течение периода времени лечения, так что устройство может вернуться к работе между заранее установленными рабочими пределами диапазона. В предпочтительном варианте осуществления изобретения каретка, удерживающая ногу пациента, замедляется с контролируемой скоростью на контролируемом расстоянии от рабочей скорости до нуля.

Недостатком данного изобретения является: отсутствие обратной связи прилагаемого усилия, в результате чего присутствует опасность нанесение травмы при проведении процедуры тренировки; отсутствие активного режима тренировки.

Наиболее близким техническим результатом является устройство для восстановления работоспособности коленного и тазобедренного суставов человека (патент на изобретение РФ №2281077, МПК А61Н 1/02), состоящее из рамы, реверсивного электропривода, соединенного с винтовой парой в виде ходового винта и гайки, трансмиссии, двух ложементов и опоры для стопы. Устройство также содержит неподвижное основание и коромысла, шарнирно закрепленные на основании. Трансмиссия выполнена в виде двух связанных параллельно расположенных четырехзвенных механизмов. Коромысла жестко связаны со вторыми звеньями четырехзвенных механизмов, смежных с первыми звеньями. Ложемент голени закреплен на раме. Ложемент бедра закреплен на третьих звеньях, смежных с первыми звеньями и связанных через четвертые звенья со вторыми звеньями. Опора стопы установлена на оси, закрепляемой элементами фиксации в паз рамы, которая шарнирно связана с кареткой, в паз которой расположена гайка винтовой пары.

Недостатками данного изобретения являются: отсутствие обратной связи прилагаемого усилия, в результате чего присутствует опасность нанесения травмы при проведении процедуры тренировки; саморазмыкающаяся муфта не обеспечивает возможности регулирования прикладываемого усилия; отсутствие регулирования наклона стопы, что важно для комплексного проведения тренировки; отсутствие активного режима тренировки, что ограничивает пациента в выборе возможных видов нагрузок.

Технической задачей полезной модели является создание тренажера для разработки тазобедренного и коленного суставов в послеоперационный период, повышающий эффективность реабилитации.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в осуществлении эффективной контролируемой реабилитации пациента, включающей возможность выполнения упражнений как в пассивном, так и в активном режимах.

Технический результат достигается тем, что тренажер для разработки тазобедренного и коленного суставов, содержит неподвижное основание с установленными на нем блоком управления, трубный каркас, включающий шарнирно соединенные звенья, и ложементы для бедра, голени и основания стопы, направляющую и шарико-винтовую передачу, кинематически связанную с мотор-редуктором с помощью ременной передачи, каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющей и соединенную с гайкой шарико-винтовой передачи, при этом трубный каркас связан посредством соединительного элемента с кареткой, причем, трубный каркас посредством телескопических труб соединен с осью поворота основания стопы, на которой размещен тензометрический блок, а на участке соединения звеньев для размещения бедра и голени размещен абсолютный энкодер.

Далее полезная модель поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1 - общий вид тренажера;

Фиг. 2 - вид тренажера сбоку;

Фиг. 3 - общий вид основания с механизмом перемещения.

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - неподвижное основание;

2 - первые звенья трубного каркаса;

3 - вторые звенья трубного каркаса;

4 - соединительное звено;

5 - основание трубного каркаса;

6 - угловые звенья;

7 - первое шарнирное звено;

8 - второе шарнирное звено;

9 - ложементы бедра и голени;

10 - абсолютный энкодер;

11 - узел фиксации стопы;

12 - зажим;

13 - ось;

14 - скоба;

15 - зажим поворота скобы;

16 - опора стопы;

17 - тензометрический блок;

18 - тензометрический датчик;

19 - пульт управления;

20 - мотор-редуктор;

21 - ременная передача;

22 - винт шарико-винтовой пары;

23 - направляющая;

24 - каретка;

25 - гайка шарико-винтовой пары;

26 - концевые выключатели;

27 - ремень крепления ложемента стопы;

28 - ремень крепления ложемента голени;

29 - ремень крепления ложемента бедра;

30 - шкив;

31 - блок управления на базе контроллера STM;

32 - преобразователь напряжения 24-5В;

33 - плата управления мотор-редуктором;

34 - кнопка вкл./выкл.;

35 - разъем питания;

36 - разъем флеш-накопителя.

Тренажер для тазобедренного и коленного суставов содержит неподвижное основание 1, снабженное механизмом перемещения; трубный каркас, включающий расположенные в параллельных плоскостях первые звенья 2 для размещения бедра пациента, вторые звенья 3 для размещения голени пациента, соединительный элемент 4 с механизмом перемещения, основание трубного каркаса 5, угловые звенья 6, соединенные с основанием трубного каркаса с помощью первого шарнирного звена 7 и с первым звеном с помощью второго шарнирного звена 8; ложементы бедра и голени 9, соединенные с первыми звеньями и вторыми звеньями соответственно, и снабженные ремнями для регулировки; абсолютный энкодер 10, установленный на шарнире, соединяющем первое и второе звенья; узел фиксации стопы 11, включающий соединенные с первыми звеньями телескопические трубы, зажим 12, выполненный с возможностью фиксации телескопической трубы относительно второго звена в необходимом положении, ось 13, соединенный с телескопическими трубами и содержащий установленную на нем скобу 14, зажим поворота скобы 15, опору стопы 16, блок тензометрический 17 с тензодатчиком 18, установленный на скобе и поджатый к опоре стопы посредством эксцентрикового зажима; блок управления с пультом управления 19.

Механизм перемещения включает бесколлекторный мотор-редуктор 20, выходную ось которого кинематически соединен посредством ременной передачи 21 с винтом шариково-винтовой передачи 22, направляющую 23, каретку 24, снабженную гайкой шариково-винтовой пары 25 и выполненную с возможностью перемещения вдоль винта по направляющей, и концевые выключатели 26, ограничивающие перемещение каретки по направляющей.

За опорой стопы 16 закреплен тензометрический датчик 18 с помощью эксцентрикового зажима, который позволяет обеспечить вращение вправо и влево на 30° вокруг оси винта крепления опоры стопы 16, тензодатчик 18 крепится к скобе 14, связанной с телескопической трубой при помощи зажимного винта. Данное соединение позволяет регулировать опору стопы 16 по наклону. Телескопическая труба перемещается вдоль рамы трубного каркаса и фиксируется на необходимой длине с помощью зажима 12. Ко второму звену трубного каркаса 2 шарнирно крепится угловое звено трубного каркаса 6, имеющее телескопическое соединение с первым шарнирным звеном 7. Первое звено трубного каркаса 3 шарнирно соединено с первым звеном и на шарнире расположен абсолютный магнитный энкодер 10. Второе шарнирное звено соединяет между собой первое звено трубного каркаса и угловое звено 6.

В каретке 24 установлена гайка шарико-винтовой пары, которая приводится в движение с помощью винта шарико-винтовой пары через ременную передачу 21 с мотор-редуктора 20.

Блок управления, снабженный пультом управления 19, контролирует драйвер мотор-редуктора 20 для определения и регулирования скорости мотор-редуктора. Для обеспечения управления процессом тренировки, тренажер оснащен связанными с блоком управления концевыми выключателями 26, абсолютным энкодером 10 и тензометрическим датчиком 18. Цифровой абсолютный энкодер 10 снимает показания угла сгибания и разгибания. Уровень нагрузки определяется по контролю показаний тензометрического датчика 18 и импульсов от цифрового абсолютного энкодера 10.

Блок управления включает плату управления на базе контроллера STM 31, преобразователь напряжения 34, плату управления мотор-редуктором 33.

Для обеспечения управления процессом восстановления подвижности коленного и тазобедренного суставов человека предусмотрен выносной пульт управления 19, на котором расположены сенсорный экран, механическая кнопка аварийной остановки, кабель подключения к изделию и резиновые вставки - держатели.

Данные о прошедшей тренировке сохраняются в энергозависимой памяти микропроцессорного устройства блока управления и могут быть импортированы на флеш-накопитель или взяты из него.

Настройки индивидуального процесса реабилитации можно перенести с памяти контроллера на флеш-накопитель через соответствующий разъем. При следующей процедуре с этим пациентом, возможно через этот же разъем загрузить индивидуальные настройки в память контроллера. Так же можно выгрузить результаты процедур на компьютер или иное устройство.

Описание работы устройства:

Перед началом тренировки необходимо подготовить тренажер. Для этого производят следующие манипуляции: усаживают пациента так, чтобы его бедро располагалось на ложементе бедра 9, голень на ложементе голени 9, а стопа на основании стопы 16 соответственно. После чего производят следующие настройки: настраивают длину голени по вылету с помощью телескопического соединения второго звена трубного каркаса 3 с трубами соединение со скобой 14, длину бедра с помощью телескопического соединения углового звена 6 и первого шарнирного звена 7, фиксируют наклон и положение основания стопы и фиксируют пациента при помощи ремней крепления стопы, голени и бедра соответственно.

Далее, при помощи пульта управления подбирают необходимый режим тренировки, диапазон сгибания коленного и тазобедренного сустава от -10° до 120°, с выполнением заданных функций и возможностью сохранения информации о тренировке на флеш-накопителе.

Тренажер для разработки тазобедренного и коленного суставов может осуществлять следующие функции:

Реверс на нагрузку - функция, обеспечивающая реверсивное движение рамы трубного каркаса при достижении заданного максимального усилия при проведении тренировки. Данная функция включается и выключается пользователем в блоке меню тренировки.

Остановка на нагрузку - функция, обеспечивающая остановку движения рамы трубного каркаса при достижении заданного максимального усилия при проведении тренировки. Данная функция включается и выключается пользователем в блоке меню тренировки в пульте управления.

Паузы при вытяжении - функция, обеспечивающая паузы движения рамы трубного каркаса при достижении угла вытяжения, заданного пользователем. Время паузы задается пользователем в блоке меню тренировки. Пауза при вытяжении регулируется в пульте управления в диапазоне от 1 с до 5 мин.

Пауза при сгибании - функция, обеспечивающая паузы движения рамы трубного каркаса при достижении угла сгибания, заданного пользователем. Время паузы задается пользователем подменю тренировки. Пауза при сгибании регулируется в пульте управления в диапазоне от 1 с до 5 мин.

В зависимости от требований нагрузки, на тренажере возможно осуществление «активной», «пассивной» и тренировки в «ручном режиме».

Пассивная тренировка – тренировка, при которой происходит вытяжение и сгибание рамы трубного каркаса в заданном диапазоне углов под воздействием момента двигателя; в этом режиме пациент не должен прикладывать усилие на раму. Данная тренировка включает в себя процедуры «Разогрев», «Охлаждение», «Комфорт», «Удлинение сгибания» и «Удлинение вытяжения». В данной тренировке возможно включение следующих функций «Реверс на нагрузку», «Остановка на нагрузку», «Паузы при вытяжении», «Пауза при сгибании». Во всех режимах обеспечивается безопасность пациента от превышения приложенной нагрузки с помощью замера прикладываемого усилия на тензодатчике 18 и превышение максимального допустимого тока на мотор редукторе 20. Максимальная нагрузка регулируется в соответствующем пункте меню пульта управления, диапазон регулирования от 1 до 30 кг.

Активная тренировка - обеспечивает активную работу пациента с предварительно настроенным сопротивлением в диапазоне от 30 до 1 кг подтягивание ноги с сопротивлением, значения усилия в диапазоне от 1 до 30 кг - нажим. Сопротивление настраиваться в соответствующем окне пульта управления. Сопротивление (усилие) для вытяжения и сгибания можно настроить отдельно. Допуск составляет 20% от настроенного усилия. Если пациент не сможет приложить требуемое усилие для движения, рамы трубного каркаса останется на месте, движение не произойдет. Данная тренировка включает в себя процедуры «Разогрев», «Охлаждение», «Комфорт». В данной тренировке возможно включение следующих функций «Реверс на нагрузку», «Остановка на нагрузку», «Паузы при вытяжении», «Пауза при сгибании».

В активном режиме тренировке пациент своими усилиями, активирует работу мотор-редуктора, где мотор-редуктор с меньшей силой и скоростью будет двигать ходовой винт и приведет в движение трубный каркас с ногой пациента в ту сторону, в которую было приложено усилие на блок тензометрический. Как только желаемая сила будет достигнута, система запустит мотор-редуктор в принудительном направлении, снимая часть нагрузки, пациенту необходимо поддерживать усилие для постоянного перемещения для разгибания или сгибания ноги. Этот процесс повторяется до тех пор, пока пользователь не завершит тренировку.

Ручной режим – режим, при котором происходит вытяжение и сгибание рамы трубного каркаса в ручном режиме самим пользователем, управляя направлением движения с выносного пульта управления. Данный режим предназначен для начальной диагностики пациента и определения диапазона подвижности ноги пациента.

Тренажер, может осуществлять такие процедуры как:

Разогрев - когда перед началом основного цикла тренировки пассивного или активного, происходит постепенное увеличение угла в сторону разгибания от начального(стартового) угла до заданного тренировочного диапазона.

Охлаждение - после основного цикла тренировки пассивного или активного, происходит постепенное уменьшение угла в сторону сгибания от заданного тренировочного диапазона до начального(стартового) угла.

Комфорт - Данная процедура обеспечивает плавное увеличение диапазона движений до максимальных запрограммированных значений вытяжения и сгибания. Для этого вначале программируются максимальные значения, после чего активизируется специальная функция и начинается, терапия. Привод Тренажера в течение пяти циклов перемещается в диапазоне максимальных значений угла за вычетом 10° для каждого направления. Затем в ходе каждого цикла диапазон движений увеличивается на 2° в направлении вытяжения и сгибания, пока не будут достигнуты максимальные запрограммированные значения. После достижения максимального диапазона движений аппарат работает в запрограммированном режиме до окончания тренировки.

Удлинение вытяжения/сгибания - это специальная процедура, обеспечивающая мягкое растягивание сустава в направлении вытяжения/сгибания. Механотерапевтический аппарат перемещается из среднего положения в запрограммированное значение сгибания/вытяжения c заданной скоростью, а затем в запрограммированное значение вытяжения/сгибания. После этого аппарат перемещается назад в направлении сгибания/вытяжения на 5°, после чего очень медленно возвращается к запрограммированному значению вытяжения/сгибания и проходит его еще на дополнительные 5°. После достижения дополнительного угла происходит движение в обратную строну. Если при перемещении на дополнительные 5° значение на датчике усилия становится выше заданного значения предельной нагрузки при вытяжении/сгибания, то автоматически активируется функция переключения нагрузки и аппарат перемещается в противоположном направлении в сторону сгибания/вытяжения с заданной скоростью. Этот цикл вытяжения/сгибания повторяется 10 раз. После этого аппарат перемещается в запрограммированное значение сгибания/вытяжения, чтобы повторно начать цикл вытяжения/сгибания. После достижения счетчика заданного значения, процедура завершается и автоматически начинается основная пассивная тренировка. Специальная процедура «Удлинение вытяжения» не может быть активизирована одновременно со специальной процедурой «Удлинение сгибания».

Claims (1)

1. Тренажер для разработки тазобедренного и коленного суставов, содержащий неподвижное основание с установленными на неподвижном основании блоком управления и трубным каркасом, включающий расположенные в параллельных плоскостях первые звенья для размещения бедра пациента, вторые звенья для размещения голени пациента, угловые звенья, соединенные с основанием трубного каркаса с помощью первого шарнирного звена и с первым звеном с помощью второго шарнирного звена, ложементы бедра и голени, соединенные с первыми звеньями и вторыми звеньями соответственно, ложемент основания стопы, при этом ложементы бедра, голени и основания стопы снабжены ремнями для регулировки, направляющую и шарико-винтовую передачу, кинематически связанную с мотор-редуктором с помощью ременной передачи, каретку, выполненную с возможностью перемещения вдоль направляющей и соединенную с гайкой шарико-винтовой передачи, причем неподвижное основание содержит концевые выключатели, фиксирующие крайние положения каретки, а трубный каркас связан посредством соединительного элемента с кареткой, отличающийся тем, что трубный каркас посредством телескопических труб соединен с осью поворота основания стопы, на которой размещен тензометрический блок, а на участке соединения звеньев для размещения бедра и голени размещен абсолютный энкодер, при этом блок управления включает плату управления на базе контроллера STM, преобразователь напряжения, плату управления мотор-редуктором, снабжен разъемом для флеш-накопителя с возможностью выгрузки и загрузки индивидуальных настроек и тренировок, и содержит пульт управления.