RU228277U1 - Реабилитационный тренажер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к реабилитационным тренажерам для восстановления двигательной активности ног. Ходунки содержат подвижные коленоупоры и подвижные упоры голени, тягу бедра, тягу голени, кривошипно-шатунную передачу, включающую соединенные между собой длинный рычаг и короткий рычаг, и рычаг голени. Ходунки содержат раму, установленную на колеса и состоящую из верхней и нижней П-образных перекладин, соединенных вертикальными стойками. Верхняя часть тяги бедра закреплена с возможностью вращения в боковых частях верхней перекладины, а нижний конец короткого рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с двигателем привода, закрепленным к раме ходунков и подключенным по каналу связи к блоку управления. Технический результат заключается в расширении возможностей реабилитации пациентов с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к реабилитационным тренажерам, предназначенным для восстановления двигательной активности ног пациентов с нарушением опорно-двигательного аппарата, а именно при травме спинного мозга, после инсульта, вследствие детского церебрального паралича (ДЦП), а также при заболеваниях, которые приводят к нарушению цикла шагательных движений.

Для людей с ограниченными возможностями движение крайне важно, оно поддерживает тонус организма, дает возможность тренировать или восстанавливать работоспособность вестибулярного аппарата, помогает восстанавливать двигательные функции ног, укреплять костный скелет и мышцы. Регулярное движения позволяет улучшить кровоток, укрепить мышечную систему ног, живота и спины, улучшить дыхательную функцию организма, а также достичь общее улучшение физического развития и жизнедеятельности человека.

Известны различные типы тренажеров. Например, ходунки (патент РФ №2739468, опубл. 24.12.2020, и патент РФ №2734954, опубл. 26.10.2020), включают раму, состоящую из нижнего элемента, вертикальной стойки и установленных на нее регулируемого по высоте седла, колес, вилок колес, оснащенных подшипниками, втулками и крепежом. Нижний элемент соединен с несущим элементом, оснащенным задними колесами. Вертикальная стойка, содержащая руль, соединяет верхний и нижний элементы. Стыковочный элемент, оснащенный регулируемым по вылету и углу упором для груди, соединяет верхний и несущий элементы. Хвостовик верхнего элемента содержит поворотный упор со стопором, шарнир, крепеж и подседельную трубу с регулируемым седлом. Ходунки выполнены с возможностью подхода пациента к седлу между задними колесами. Однако описанные ходунки не позволяют передвигаться людям, у которых присутствуют крайне незначительные остаточные движения в ногах или эти движения полностью отсутствуют, например, у людей с травмой спинного мозга. Также известные ходунки не позволяют исправлять «неправильную» ходьбу. Так, люди после инсульта часто «волочат» одну из ног. Кроме того, дети с последствиями ДЦП также часто ходят с большими нарушениями. Конструкция указанных ходунков не позволяет корректировать ходьбу во время движения.

Из уровня техники также известны ходунки (патент РФ №2437643, опубл. 27.12.2011), которые содержат две боковые прямоугольные несущие опоры, имеющие закругленные углы, с поперечной, верхними и срединными продольными перекладинами, коленный упор, который прикреплен к срединным продольным перекладинам. Боковые несущие опоры снабжены нижними поперечной и продольными перекладинами. Коленный упор выполнен с полукруглыми вогнутостями для упора суставов. Основным недостатком конструкции ходунков является то, что они обеспечивают нахождение пользователя в положении «стоя», но не способствуют его ходьбе.

Наиболее близким к заявляемому решению является универсальное реабилитационное устройство принудительного передвижения ног (патент РФ на изобретение №2729732, опубл. 11.08.2020 г.), содержащее подвижные коленоупоры, подвижные упоры голени, тягу бедра, тягу голени, кривошипно-шатунную передачу и рычаг голени. Подвижные коленоупоры и подвижные упоры голени каждый имеет крепежную площадку с выступами, между которыми вставлена ось с подшипником скольжения, выполненным с возможностью свободного перемещения вдоль оси. Между верхним выступом и подшипником скольжения вставлена пружина сжатия. Верхняя часть тяги бедра закреплена неподвижно, а нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер коленоупора с подшипником скольжения коленоупора. Верхняя часть тяги голени соединена с нижней частью тяги бедра, а ее нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер упора голени с подшипником скольжения упора голени, а также соединена с рычагом прижатия стопы. Кривошипно-шатунная передача включает соединенные между собой длинный рычаг и короткий рычаг. Первый конец рычага голени соединен с первым концом длинного рычага кривошипно-шатунной передачи, а второй конец соединен с нижней частью тяги голени. Второй конец длинного рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с нижней частью тяги бедра. Дистансер коленоупора и рычаг прижатия стопы выполнены в виде телескопических соединений с механизмом изменения длины. Дистансер коленоупора имеет Г-образную форму и выполнен с возможностью изменения длины в продольном и поперечном направлении. Данное изобретение применимо для использования при ходьбе на тредмилле. Такая методика, локомоторная терапия, признана одной из самой эффективных реабилитационных технологий восстановления навыка ходьбы во всем мире. Однако при отсутствии специализированного дорогостоящего тренажера, используемого, как правило, в реабилитационных центрах, устройство не работает, соответственно оно не подходит для индивидуального пользования. Кроме того, предложенное устройство предназначено для людей с инвалидностью, для пожилых людей, больных, проходящих реабилитацию, и позволяет сохранять равновесие, улучшает координацию движений и уменьшает нагрузку на ноги. Они представляют собой алюминиевые или карбоновые конструкции в виде рамки, как правило, установленной на колесах. Однако они не подходят для людей, у которых или слабые движения в ногах или эти движения полностью отсутствуют. Помощь в реабилитации таких пациентов они оказать не могут.

Задачей заявляемого технического решения является усовершенствование существующих систем реабилитации пациентов в части обеспечения мобильности устройства и обеспечения возможности использования пациентами с существенными нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, в частности с наличием незначительного остаточного движения нижних конечностей или их полным отсутствием.

Технический результат полезной модели заключается в расширении возможностей реабилитации пациентов с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, в особенности тех, у которых слабые движения в ногах или эти движения полностью отсутствуют.

Технический результат достигается реабилитационным тренажером, содержащим подвижные коленоупоры и подвижные упоры голени, каждый из которых имеет крепежную площадку с выступами, между которыми вставлена ось с подшипником скольжения, выполненным с возможностью свободного перемещения вдоль оси, причем между верхним выступом и подшипником скольжения вставлена пружина сжатия, тягу бедра, верхняя часть которой закреплена неподвижно, а нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер коленоупора с подшипником скольжения коленоупора, тягу голени, верхняя часть которой соединена с нижней частью тяги бедра, а нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер упора голени с подшипником скольжения упора голени, а также соединена с рычагом прижатия стопы, кривошипно-шатунную передачу, включающую соединенные между собой длинный рычаг и короткий рычаг, и рычаг голени, первый конец которого соединен с первым концом длинного рычага кривошипно-шатунной передачи, а второй конец соединен с нижней частью тяги голени, при этом второй конец длинного рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с нижней частью тяги бедра, причем дистансер коленоупора и рычаг прижатия стопы выполнены в виде телескопических соединений с механизмом изменения длины, дистансер коленоупора выполнен с возможностью изменения длины в продольном и поперечном направлении. Тренажер содержит раму, установленную на колеса и состоящую из верхней и нижней П-образных перекладин, соединенных посредством вертикальных стоек. Причем верхняя часть тяги бедра закреплена с возможностью вращения в боковых частях верхней П-образной перекладины, а нижний конец короткого рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с двигателем привода, закрепленным к раме ходунков и подключенным по каналу связи к блоку управления.

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют вариант осуществления полезной модели и совместно с вышеприведенным общим описанием полезной модели служат для пояснения принципов настоящей полезной модели. На фиг.1 показан вид тренажера сбоку. На фиг.2 показан вид тренажера спереди.

Цифрами обозначено следующее:

1 - верхняя П-образная перекладина тренажера,

2 - нижняя П-образная перекладина тренажера,

3 - вертикальные, регулируемые по длине, стойки тренажера,

4 - тяга бедра,

5 - тяга голени,

6 - короткий рычаг кривошипно-шатунного механизма,

7 - длинный рычаг кривошипно-шатунного механизма,

8 - рычаг голени,

9 - двигатель привода,

10 - блок управления,

11 - коленоупор,

12 - упор голени,

13 - держатель двигателей,

14 - площадка блока управления.

Обычно в реабилитационном процессе восстановления двигательной активности пациентов с нарушением опорно-двигательного аппарата используют тренажер для локомоторной терапии, который состоит из нескольких составляющих: беговая дорожка, работающая на малых скоростях, вмонтированная в станину; станина с регулируемым верхним держателем и с брусьями, регулируемыми по высоте и ширине; устройство для компенсации части веса пациента, представляющее собой лебедку для облегчения вертикализации корпуса пациента и лямочные предохранительные пояса, которые надеваются на пациента; а также устройство принудительного передвижения ног. Настоящее решение относится в целом к независимому от тренажера для локомоторной терапии устройству принудительного передвижения ног, которое обеспечивает физиологическое движение нижних конечностей посредством приводов тазобедренного и голеностопного суставов, и кинематическая схема которого позволит улучшить биомеханику ходьбы по сравнению с существующими аналогами.

Описываемое устройство включает раму тренажера, состоящую из верхней П-образной перекладины 1, нижней П-образной перекладины 2 и вертикальных, регулируемые по длине, стоек 3, установленных попарно между перекладинами 1 и 2 в их передней части и, с целью обеспечения прочности конструкции, в средней части.

Колени и голеностопные суставы пациента фиксируются с помощью соответствующих коленоупоров и упоров голени. В частности, каждая нога пациента крепится с помощью эластичных ремней к подвижному коленоупору и подвижному упору голени.

Конструкция коленоупора 11 аналогична известной из патента на изобретение №2729732. Коленоупор 11 выполнен в виде крепежной площадки коленоупора, с тыльной стороны которой расположены выступы. Выступы ориентированы в сторону кинематической схемы устройства принудительного передвижения ног. В целом, крепежная площадка коленоупора имеет П-образный профиль при виде сбоку. Основание крепежной площадки коленоупора может представлять собой деталь прямоугольной формы. Между выступами крепежной площадки коленоупора вставлена ось коленоупора, на которой свободно перемещается подшипник скольжения коленоупора. Причем между верхним выступом и подшипником скольжения вставлена пружина сжатия коленоупора.

Конструкция упора голени 12 аналогична известной из патента на изобретение №2729732. Упор голени 12 выполнен в виде крепежной площадки упора голени, которая имеет конструкцию аналогичную площадке коленоупора. Крепежная площадка упора голени имеет расположенные с ее тыльной стороны выступы. Выступы ориентированы в сторону кинематической схемы устройства принудительного передвижения ног. В целом, крепежная площадка упора голени имеет П-образный профиль при виде сбоку. Основание крепежной площадки упора голени может представлять собой деталь прямоугольной формы. Между выступами крепежной площадки упора голени вставлена ось упора голени, на которой свободно перемещается подшипник скольжения упора голени. Причем между верхним выступом и подшипником скольжения вставлена пружина сжатия упора голени.

Колебательное движение колен пациента обеспечивается за счет тяги бедра 4, верхняя часть которой закреплена в боковых частях верхней П-образной перекладины тренажера 1 неподвижно с возможностью вращения, и кривошипно-шатунной передачи (далее - КШП), состоящей из соединенных длинного рычага 7 и короткого рычага 6. Нижняя часть тяги бедра 4 соединена с одним из концов длинного рычага 7 КШП, а также - через дистансер, с подшипником скольжения крепежной площадки коленоупора, к которой крепится колено пациента. Соединение подшипника скольжения коленоупора через дистансер коленоупора с нижней частью тяги бедра 4 неподвижное.

Принудительное движение голеностопа пациента обеспечивается за счет тяги голени 5 и рычага голени 8. Верхняя часть тяги голени 5 соединена с нижней частью тяги бедра 4, а нижняя часть тяги голени 5 соединена с крепежной площадкой упора голени и с рычагом прижатия стопы. Рычаг голени 8 первым концом соединен с концом длинного рычага 7 КШП, а вторым - с нижней частью тяги голени 5. При этом верхняя часть рычага прижатия стопы соединена с нижней частью рычага голени 8, а нижняя часть рычага прижатия стопы упирается в стопу пациента. Соединение крепежной площадки упора голени с нижней частью тяги голени 5 осуществляется неподвижным соединением нижней части тяги голени 5 через дистансер голени с подшипником скольжения крепежной площадки упора голени.

Длинный 7 и короткий 6 рычаги КШП, тяга бедра 4, тяга голени 5, рычаг голени 8, дистансер коленоупора и рычаг прижатия стопы выполнены в виде телескопических соединений, каждое из которых содержит наружную и внутреннюю трубы. Аналогично устройству, принятому за прототип, каждое телескопическое соединение рычага или тяги снабжено механизмом изменения длины, который выполнен в виде электропривода, установленного на ось, проходящую внутри соответствующих тяг и рычагов. В качестве электропривода предпочтительно используется электропривод на базе шагового двигателя. Однако для специалиста в данной области техники является очевидным использование любого типа электропривода. Двигатель может быть закреплен внутри наружной трубы телескопического соединения и соединен со штоком, на конце которого установлена гайка. Гайка в свою очередь закреплена внутри внутренней трубы телескопического соединения. Для специалиста в данной области техники является очевидным любое другое крепление двигателя.

Так, механизм изменения длины рычага голени 8 в предпочтительном варианте осуществления полезной модели имеет конструкцию, аналогичную той, что описана в патенте №2729732. Рычаг голени 8 выполнен в виде наружной трубы и внутренней трубы, вставленной в наружную. В наружной трубе закреплен шаговый двигатель, внутри которого проходит шток. На конце штока закреплена гайка, соединенная с внутренней трубой. Аналогично механизму изменения длины рычага голени 8 выполнены механизмы изменения длины короткого и длинного рычагов КШП, тяги бедра и тяга голени, рычага прижатия стопы.

Длина рычага прижатия стопы увеличивается во время упора ноги и уменьшается во время переноса.

Конструкция дистансера коленоупора известна из патента №2729732 и содержит два механизма изменения длины с использованием шаговых двигателей. Дистансер выполнен Г-образной формы. Наружная труба телескопического соединения дистансера коленоупора имеет Г-образную форму, а внутренние трубы выполнены с возможностью перемещаться вдоль оси наружной трубы за счет шаговых двигателей и штоков. Длина телескопической конструкции дистансера коленоупора в продольном направлении меняется с помощью одного шагового двигателя, а в поперечном направлении - другого.

Нижняя часть короткого рычага КШП 6 жестко насажена на ось двигателя привода 9 (например, на базе шагового двигателя привода), который закреплен к передней вертикальной стойке тренажера 3 посредством держателей двигателя 13. Двигатель привода 9 необходим для приведения в движение всей конструкции рычагов КШП 6 и 7 и, следовательно, для принудительной перестановки ног пациента.

Каждый шаговый двигатель механизмов изменения длины и двигатель привода 9 соединены с блоком управления 10, размещенным, например, на площадке блока управления 14, расположенной между частями нижней П-образной перекладины тренажера 2 спереди. Средства передачи данных между двигателями и блоком управления 10 выбираются из устройств, предназначенных для реализации процесса коммуникации между различными устройствами посредством проводной и/или беспроводной связи, в частности, такими устройствами могут быть: GSM модем, Wi-Fi приемопередатчик, Bluetooth или BLE модуль, GPRS модуль, Глонасс модуль, NFS, Ethernet и т.п.

Блок управления 10 запрограммирован таким образом, чтобы рычаги принудительного передвижения ног и рама тренажера двигались синхронно со скоростью движения в соответствии с циклом шагательных движений клинической биомеханики ходьбы. Движению рамы тренажера также способствуют колеса, на которых она установлена.

При регулировании длины короткого рычага 6 КШП можно менять длину шага пациента. Меняя длину рычага голени 8 и длинного рычага 7 КШП можно менять походку пациента.

Пример осуществления заявленной полезной модели

Пациенту фиксируют коленные и голеностопные суставы, после чего он принимает вертикальное положение за счет силы рук и коленоупоров. Управление работой реабилитационного тренажера осуществляется с компьютера, встроенного в блок управления 10, или от удаленного компьютера (например, ноутбука), согласованного с блоком управления 10, который позволяет задавать скорость движения рамы тренажера, контролировать спастику пациента, следить за реакцией ног пациента на прикладываемые усилия. Встроенный компьютер предпочтителен в применении тренажера пациентами с травмой спинного мозга, так как они способны самостоятельно управлять движением (их процессы мышления не затронуты травмой). В то же время у пациентов, например, после инсульта или с последствиями ДЦП зачастую затронуты процессы мышления. В этом случае предпочтительным является управление блоком управления 10 посредством удаленного компьютера. Работа элементов принудительного перемещения ног осуществляется с помощью передачи управляющих воздействий на их приводы от блока управления 10.

Подстройка механизма устройства принудительного перемещения ног под рост пациента происходит таким же образом, как и в устройстве, принятом за прототип.

После установки на блоке управления 10 параметров ходьбы (начальное положение, скорость, движение одной или двумя ногами), включают режим ходьбы.

В исходном положении короткий рычаг КШП 6 находится в вертикальном положении, т.е. угол его поворота равен 0 град. За счет пружины сжатия крепежной площадки коленоупора и направляющей оси крепежная площадка коленоупора находится в верхнем положении по отношению к неподвижно закрепленному подшипнику коленоупора.

После начала движения короткий рычаг КШП 6 вращается по часовой стрелке. Тяга бедра 4 и тяга голени 5 вращаются против часовой стрелки, оставаясь примерно на одной линии. Нога перемещается назад.

В момент, когда короткий рычаг 6 КШП повернется на угол примерно 90 град, крепежная площадка коленоупора за счет веса пациента смещается в нижнее положение, пружина коленоупора сжимается, и стопа остается на поверхности, на которой стоит пациент, а не преждевременно поднимается. Поднятие стопы при использовании аналогичного устройства без подпружиненных коленоупора и упора голени в момент отрыва происходит уже при угле поворота короткого рычага 6 КШП около 70 град.

В цикле переноса ноги короткий рычаг 6 КШП поворачивается на угол 110-250 град.

После переноса ноги, когда короткий рычаг 6 КШП повернется на угол примерно 270 град., нога занимает переднее положение, крепежная площадка коленоупора продолжает занимать нижнее положение, и нога своевременно опускается, а не зависает над поверхностью, на которой стоит пациент.

За счет того, что при угле поворота короткого рычага КШП 6 в пределах 270-300 град, пружина сжатия коленоупора разжимается, крепежная площадка коленоупора перемещается в верхнее положение, происходит своевременное без запаздывания постановка стопы с пятки.

В момент выпрямления ноги, когда она занимает положение аналогичное исходному положению, пружина коленоупора находится уже в разжатом состоянии, основание с выступами крепежной площадки коленоупора находится в верхнем положении, цикл повторяется.

Аналогично перемещается упор голени 12.

Описание изменения в продольном и поперечном направлении положения колена раскрыто в патенте №2729732. Оно достигается возможностью изменения длины телескопической конструкции дистансера коленоупора. Изменение положения коленоупора в продольном или в поперечном направлении меняется по решению лечащего врача от блока управления 10 в ручном режиме.

Прижатие стопы во время цикла опоры шага достигается за счет изменения длины телескопического рычага прижатия стопы, которое происходит с помощью соответствующего шагового двигателя. В момент опоры длина рычага прижатия стопы увеличивается, а момент переноса уменьшается. Изменение длины рычага прижатия стопы синхронизировано с движением рычагов принудительного передвижения ног.

Вышеприведенный пример осуществления заявленного устройства подтверждает возможность получения технического результата, который в целом достигается за счет установки известного универсального реабилитационного устройства принудительного движения ног внутри рамы тренажера.

Предлагаемый реабилитационный тренажер позволяют передвигаться людям, у которых или нет движения в ногах (после травмы спинного мозга), или это движение очень слабое (после инсульта), или движение неправильное, как у детей с последствиями ДЦП. Заявляемое устройство позволяет людям с ограниченными возможностями передвижения восстанавливать движения в ногах во время ходьбы в залах ЛФК, самостоятельно в домашних условиях, по асфальтовой дорожке во время прогулки или по открытой местности с плотным покрытием, что значительно повышает мотивацию к ходьбе.

Claims (4)

1. Реабилитационный тренажер, содержащий подвижные коленоупоры и подвижные упоры голени, каждый из которых имеет крепежную площадку с выступами, между которыми вставлена ось с подшипником скольжения, выполненным с возможностью свободного перемещения вдоль оси, причем между верхним выступом и подшипником скольжения вставлена пружина сжатия, тягу бедра, верхняя часть которой закреплена неподвижно, а нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер коленоупора с подшипником скольжения коленоупора, тягу голени, верхняя часть которой соединена с нижней частью тяги бедра, а нижняя часть имеет неподвижное соединение через дистансер упора голени с подшипником скольжения упора голени, а также соединена с рычагом прижатия стопы, кривошипно-шатунную передачу, включающую соединенные между собой длинный рычаг и короткий рычаг, и рычаг голени, первый конец которого соединен с первым концом длинного рычага кривошипно-шатунной передачи, а второй конец соединен с нижней частью тяги голени, при этом второй конец длинного рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с нижней частью тяги бедра, причем дистансер коленоупора и рычаг прижатия стопы выполнены в виде телескопических соединений с механизмом изменения длины, дистансер коленоупора выполнен с возможностью изменения длины в продольном и поперечном направлении, отличающийся тем, что содержит раму, установленную на колеса и состоящую из верхней и нижней П-образных перекладин, соединенных посредством вертикальных стоек, причем верхняя часть тяги бедра закреплена с возможностью вращения в боковых частях верхней П-образной перекладины, а нижний конец короткого рычага кривошипно-шатунной передачи соединен с двигателем привода, закрепленным к раме ходунков и подключенным по каналу связи к блоку управления.

2. Реабилитационный тренажер по п. 1, отличающийся тем, что тяга бедра, тяга голени, длинный рычаг кривошипно-шатунной передачи, короткий рычаг кривошипно-шатунной передачи, рычаг голени выполнены в виде телескопических соединений с механизмом изменения длины.

3. Реабилитационный тренажер по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что механизм изменения длины выполнен в виде электропривода, установленного на ось, проходящую внутри телескопического соединения.

4. Реабилитационный тренажер по п. 3, отличающийся тем, что электропривод выполнен на базе шагового двигателя.