RU2727231C1

RU2727231C1 - Neurosurgeon's exoskeleton

Info

Publication number: RU2727231C1
Application number: RU2019145261A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Воробьёв; Фёдор Андреевич Андрющенко
Original assignee: Александр Александрович Воробьёв; Фёдор Андреевич Андрющенко
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-07-21

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to medicine, namely to neurosurgeon exoskeletons. Exoskeleton contains external frames for extremities. Each external frame consists of shoulder support (4), modules of a shoulder and a forearm, an elbow joint and a supporting accessory. Shoulder support, moduli of shoulder and forearm are oblong. Shoulder support is equipped with support (1) for attachment of outer frame. Forearm module is connected to the shoulder module by means of elbow joint (12) with possibility of movement in the horizontal plane. Forearm module is connected with support device. Shoulder module consists of proximal (8) and distal (9) units equipped with hooks (13, 14) for attachment of elastic elements and connected by upper (10) and lower (11) detachable planks with possibility of selection for anatomical adaptation. Support device is detachable and consists of L-shaped bracket (15) and support element (17). Horizontally arranged element of L-shaped bracket is equipped with rigidly fixed magnet (16). Support element has a concave support surface and is equipped with a rigidly fixed magnet (18) for interaction with the L-shaped bracket magnet. Vertically arranged element of the L-shaped bracket is installed by means of a slot with the possibility of movement and fixation relative to the forearm module made in the form of plank (19) connected by the proximal unit by means of a hinge with the distal unit of the shoulder module. Plank is spring loaded by elastic element (20), one end of which is connected to proximal unit of forearm module, and the other end is connected with free end of forearm module strap. Removable straps of shoulder module are arc-shaped with rounded ends and are installed with concave side towards each other.EFFECT: invention provides the possibility of eliminating hand tremor during long-term operations, while preserving the neurosurgeon's sterile hands.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области медицины, а именно к устройству для проведения работ, сопряженных с выполнением действий, связанных с длительным нахождением верхних конечностей в вынужденном статическом положении (поднятыми вверх руками), например нейрохирурга, сидящего в специальном кресле, при проведении операции на задней черепной ямке при положении больного сидя.The invention relates to medicine, namely to a device for carrying out work associated with the performance of actions associated with a prolonged stay of the upper limbs in a forced static position (hands raised up), for example, a neurosurgeon sitting in a special chair when performing an operation on the posterior cranial fossa when the patient is sitting.

При длительных операциях руки нейрохирурга, сидящего, например, в специальном кресле марки surgiline фирмы UFSK, длительное время находятся в поднятом вверх положении, что приводит к высокой утомляемости нейрохирурга, тремору его рук, нарушению осанки и болезненным ощущениям в спине, надплечье и руках. Существующие экзоскелеты не обеспечивают подъем и поддержку рук нейрохирурга на должную высоту, не имеют возможности соединения со специальным креслом нейрохирурга, и не выдерживают основного правила асептики, т.е. сокрытия экзоскелета за стерильным бельем.During long-term operations, the hands of a neurosurgeon sitting, for example, in a special surgiline chair from UFSK, are lifted up for a long time, which leads to high fatigue of the neurosurgeon, tremors of his hands, poor posture and painful sensations in the back, shoulder girdle and arms. Existing exoskeletons do not provide lifting and support of the neurosurgeon's arms to the proper height, do not have the ability to connect to a special neurosurgeon's chair, and do not withstand the basic rules of asepsis, i.e. hiding the exoskeleton behind sterile linen.

Известно устройство, содержащее внешние каркасы для конечностей, при этом каждый внешний каркас состоит из надплечья, модуля плеча и локтевого шарнира, модулы плечам выполнен продолговатым, надплечье соединено посредством шарнира с опорой для крепления, модуль плеча состоит из проксимального и дистального узлов, соединенных верхней и нижней съемными планками с возможностью подбора для анатомической адаптации, и снабжен зацепами для крепления упругих элементов, при этом локтевой шарнир одним концом соединен с дистальным узлом модуля плеча, а другим концом - с опорным приспособлением, (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2687897 «Экзоскелет эндохирурга», МПК А61Н 1/00, А61Н 1/02, опубл. 16.05.2019 г.).A device is known that contains external frames for the limbs, each external frame consists of a shoulder girdle, a shoulder module and an elbow joint, the shoulder module is made elongated, the shoulder girdle is connected by means of a hinge with a support for attachment, the shoulder module consists of a proximal and distal nodes connected by an upper and lower removable slats with the possibility of selection for anatomical adaptation, and is equipped with hooks for attaching elastic elements, while the ulnar hinge is connected at one end to the distal node of the shoulder module, and at the other end to a supporting device, (see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2687897 "Exoskeleton of an endosurgeon", IPC А61Н 1/00, А61Н 1/02, publ. 16.05.2019).

Известное устройство дополнительно оснащено опорно-адаптационным элементом, посредством которого устройство крепят на несущем жилете, который затем надевают на хирурга, располагая руки хирурга с внутренней стороны устройства с упором локтей хирурга на поверхность опорного приспособления в виде чаши.The known device is additionally equipped with a supporting-adaptive element, by means of which the device is attached to a supporting vest, which is then put on the surgeon, placing the surgeon's hands on the inside of the device with the surgeon's elbows resting on the surface of the supporting device in the form of a bowl.

Известное устройство предназначено для обеспечения эффективного повышения двигательных возможностей верхних конечностей эндохирурга (поддерживает руки при длительных операциях), тем самым устраняя усталость и снимая нагрузку со спины. Благодаря несущему жилету устройство может быть скрыто за стерильным халатом, надеваемым на тело эндохирурга после мытья рук.The known device is intended to provide an effective increase in the motor capabilities of the upper limbs of an endosurgeon (supports the arms during long-term operations), thereby eliminating fatigue and relieving stress from the back. Thanks to the carrying vest, the device can be hidden behind a sterile gown worn on the endosurgeon's body after washing hands.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, содержащее внешние каркасы для конечностей, при этом каждый внешний каркас состоит из надплечья, модулей плеча и предплечья, локтевого шарнира и опорного приспособления, при этом надплечье, модули плеча и предплечья выполнены продолговатыми, надплечье снабжено опорой для крепления внешнего каркаса, модуль предплечья соединен с модулем плеча посредством локтевого шарнира с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, а модуль предплечья соединена опорным приспособлением (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2629738 «Экзоскелет верхних конечностей», МПК А61Н 1/00, А61Н 1/02, опубл. 30.08.2017).A device is known, taken as a prototype, containing external frames for the limbs, while each external frame consists of a shoulder girdle, shoulder and forearm modules, an elbow hinge and a supporting device, while the shoulder girdle, shoulder modules and forearm are oblong, the shoulder girdle is provided with a support for fastening external frame, the forearm module is connected to the shoulder module by means of an elbow hinge with the ability to move in the horizontal plane, and the forearm module is connected by a supporting device (see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2629738 "Exoskeleton of upper limbs", IPC A61H 1/00, A61H 1 / 02, publ. 08/30/2017).

Конструктивное выполнение локтевого шарнира известного устройства обеспечивает соединение модулей плеча и предплечья только для выполнения движений в горизонтальной плоскости и модуля предплечья в горизонтальной и дополнительно в вертикальной плоскостях, а также ротацию кнаружи/ротации внутрь предплечья относительно плеча и увеличения амплитуды движений.The constructive implementation of the elbow hinge of the known device provides connection of the shoulder and forearm modules only for performing movements in the horizontal plane and the forearm module in the horizontal and additionally in the vertical planes, as well as outward rotation / rotation inward of the forearm relative to the shoulder and increasing the range of motion.

Технической задачей и результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности облегчить труд нейрохирурга при длительных статических позах верхних конечностей в поднятом вверх положении, устранения тремора рук при длительных операциях, сохраняя при этом стерильными руки нейрохирурга при использовании устройства.The technical problem and result of the present invention is to provide an opportunity to facilitate the work of a neurosurgeon with prolonged static positions of the upper limbs in a raised position, eliminate hand tremors during prolonged operations, while keeping the neurosurgeon's hands sterile when using the device.

Техническая задача и результат достигается тем, что экзоскелет нейрохирурга содержит внешние каркасы для конечностей, при этом каждый внешний каркас состоит из надплечья, модулей плеча и предплечья, локтевого шарнира и опорного приспособления, при этом надплечье, модули плеча и предплечья выполнены продолговатыми, надплечье снабжено опорой для крепления внешнего каркаса, модуль предплечья соединен с модулем плеча посредством локтевого шарнира с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, модуль предплечья соединен с опорным приспособлением, модуль плеча состоит из проксимального и дистального узлов, снабженных зацепами для крепления упругих элементов, и соединенных верхней и нижней съемными планками с возможностью подбора для анатомической адаптации, при этом опорное приспособление выполнено разъемное и состоит из L-образного кронштейна, горизонтально размещенный элемент которого оснащен жестко закрепленным магнитом, и опорного элемента, выполненного с вогнутой опорной поверхностью и оснащенного аналогичным жестко закрепленным магнитом для обеспечения возможности взаимодействия с магнитом L-образного кронштейна, при этом вертикально размещенный элемент L-образного кронштейна установлен посредством паза с возможностью перемещения и фиксации относительно модуля предплечья, выполненного в виде планки соединенной проксимальным узлом посредством шарнира с дистальным узлом модуля плеча, причем планка подпружинена упругим элементом, один конец которого соединен с проксимальным узлом модуля предплечья, а другой г-, со свободным концом планки модуля предплечья, при этом съемные планки модуля плеча выполнены дугообразные со скругленными концами и установлены вогнутой стороной навстречу друг другу.The technical task and result is achieved by the fact that the neurosurgeon's exoskeleton contains external frames for the limbs, while each external frame consists of a shoulder girdle, shoulder and forearm modules, an elbow joint and a supporting device, while the shoulder girdle, shoulder and forearm modules are made oblong, the shoulder girdle is provided with support for fastening the external frame, the forearm module is connected to the shoulder module by means of an elbow hinge with the ability to move in the horizontal plane, the forearm module is connected to the support device, the shoulder module consists of proximal and distal nodes equipped with hooks for fastening elastic elements, and connected by the upper and lower removable slats with the possibility of selection for anatomical adaptation, while the support device is detachable and consists of an L-shaped bracket, a horizontally placed element of which is equipped with a rigidly fixed magnet, and a support element made with a concave support surface spine and equipped with a similar rigidly fixed magnet to enable interaction with the magnet of the L-shaped bracket, while the vertically placed element of the L-shaped bracket is installed by means of a groove with the possibility of movement and fixation relative to the forearm module, made in the form of a bar connected by a proximal unit by means of a hinge with a distal knot of the shoulder module, and the bar is spring-loaded with an elastic element, one end of which is connected to the proximal unit of the forearm module, and the other end is connected to the free end of the bar of the forearm module, while the removable slats of the shoulder module are arcuate with rounded ends and installed with the concave side towards each other ...

Экзоскелет нейрохирурга поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен общий вид устройства, сверху; на фиг. 2 – то же, вид сбоку на фиг. 1; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение Б - Б на фиг. 3; на фиг. 5 - поперечное сечение опорного элемента, на фиг. 6 - L-образный кронштейн, установленный на планке модуля предплечья.The exoskeleton of a neurosurgeon is illustrated by drawings, where: in Fig. 1 shows a general view of the device, from above; in fig. 2 - the same, side view in FIG. 1; in fig. 3 - view A in FIG. 1; in fig. 4 - section B - B in Fig. 3; in fig. 5 is a cross-section of the support element, FIG. 6 - L-shaped bracket mounted on the bar of the forearm module.

Предлагаемое устройство состоит из двух внешних каркасов (механических рук), оснащенных опорами 1, соединенными со стойками 2 для крепления на кресле, на котором сидит нейрохирург во время операции (кресло на чертеже не показано).The proposed device consists of two external frames (mechanical arms), equipped with supports 1, connected to the posts 2 for attachment to the chair on which the neurosurgeon sits during the operation (the chair is not shown in the drawing).

Опора 1 и стойка 2 для жесткости, в месте их соединения, выполнены со взаимно сопрягаемыми пазами и дополнительно соединены между собой крепежом 3 (пазы на чертеже не показаны).The support 1 and the rack 2 for rigidity, in the place of their connection, are made with mutually mating grooves and are additionally interconnected by fasteners 3 (the grooves are not shown in the drawing).

Каждый внешний каркас содержит также надплечье 4, модуль плеча, модуль предплечья и опорное приспособление, поддерживающее предплечьеEach outer frame also contains a shoulder girdle 4, a shoulder module, a forearm module and a support device that supports the forearm

Надплечье 4 представляет собой Z-образную пластину, соединенную одним концом с опорой 1 посредством крепежа 5 и шарнира 6, а другим концом посредством шарнира 7 - с модулем плеча.The shoulder girdle 4 is a Z-shaped plate connected at one end to the support 1 by means of fasteners 5 and hinge 6, and at the other end by means of hinge 7 - to the shoulder module.

Модуль плеча выполнен продолговатым и состоит из проксимального узла 8 и дистального узла 9, соединенных между собой съемными планками 10 и 11, верхней и нижней с возможностью подбора для анатомической адаптации. Проксимильный узел 8 соединен крепежом с шарниром 7, а дистальный узел 9 - с локтевым шарниром 12 (крепеж на чертеже не показан).The shoulder module is made elongated and consists of a proximal assembly 8 and a distal assembly 9, connected by removable strips 10 and 11, upper and lower with the possibility of fitting for anatomical adaptation. The proximal node 8 is connected by fasteners to the hinge 7, and the distal node 9 to the elbow hinge 12 (fasteners are not shown in the drawing).

Планки 10 и 11 выполнены съемные дугообразные со скругленными концами и установлены вогнутой стороной навстречу друг другу. Съемные планки 10 и 11 позволяют производить анатомическую адаптацию модулей плеча к верхним конечностям нейрохирурга. Форма планок 10 и 11 и их концов позволяет избежать их смыкания планок 10 и 11 при повороте в вертикальной плоскости и обеспечить им, по сравнению с прототипом (150°), в крайних положениях рук нейрохирурга большую амплитуду движения рук в вертикальной плоскости (180°).The strips 10 and 11 are made removable arcuate with rounded ends and installed with the concave side towards each other. Removable slats 10 and 11 allow anatomical adaptation of the shoulder modules to the upper limbs of the neurosurgeon. The shape of the strips 10 and 11 and their ends allows them to avoid closing the strips 10 and 11 when turning in the vertical plane and to provide them, in comparison with the prototype (150 °), in the extreme positions of the neurosurgeon's hands with a large amplitude of hand movement in the vertical plane (180 °) ...

По наружной поверхности устройства на проксимальном узле 8 и дистальном узле 9 модуля плеча закреплены зацепы 13 и 14, соответственно, выполненные, например, в виде оси с буртиком на конце для предотвращения соскальзывания упругих элементов и предназначенные для крепления концов упругих элементов (упругие элементы на чертеже не показаны). Упругие элементы выполнены в виде резиновых жгутов для обеспечения компенсации веса плеча и частично предплечья нейрохирурга, позволяя обеспечить эффективное повышение двигательных возможностей верхних конечностей нейрохирурга, облегчая длительное нахождение нейрохирурга в статической позе с поднятыми вверх руками.On the outer surface of the device on the proximal unit 8 and the distal unit 9 of the shoulder module, hooks 13 and 14 are fixed, respectively, made, for example, in the form of an axis with a shoulder at the end to prevent slipping of elastic elements and intended for fastening the ends of elastic elements (elastic elements in the drawing not shown). Elastic elements are made in the form of rubber bands to provide compensation for the weight of the shoulder and partly of the forearm of the neurosurgeon, allowing for an effective increase in the motor capabilities of the neurosurgeon's upper limbs, facilitating the neurosurgeon's long-term stay in a static position with arms raised up.

Опорное приспособление выполнено разъемное и состоит из L-образного кронштейна 15, горизонтально размещенный элемент которого оснащен жестко закрепленным магнитом 16, и опорного элемента 17. Опорный элемент 17 выполнен с вогнутой опорной поверхностью и оснащен аналогичным жестко закрепленным магнитом 18 для обеспечения возможности взаимодействия с магнитом 16, L-образного кронштейна 15. Вертикально размещенный элемент L-образного кронштейна 15 установлен посредством паза с возможностью перемещения и фиксации относительно модуля предплечья. Модуль предплечья выполнен в виде планки 19, соединенной с шарниром 12 с помощью проксимильного узла 20. Планка 19 подпружинена упругим элементом 21 резиновым жгутом или пружиной, один конец которого соединен с проксимальным узлом 20 модуля предплечья, а другой - со свободным концом планки 19 модуля предплечья.The support device is split and consists of an L-shaped bracket 15, the horizontally placed element of which is equipped with a rigidly fixed magnet 16, and a support element 17. The support element 17 is made with a concave support surface and is equipped with a similar rigidly fixed magnet 18 to enable interaction with the magnet 16 , L-shaped bracket 15. The vertically placed element of the L-shaped bracket 15 is installed by means of a groove with the possibility of movement and fixation relative to the forearm module. The forearm module is made in the form of a bar 19 connected to the hinge 12 by means of a proximal assembly 20. The bar 19 is spring-loaded by an elastic element 21 with a rubber band or a spring, one end of which is connected to the proximal unit 20 of the forearm module, and the other to the free end of the bar 19 of the forearm module ...

Экзоскелет нейрохирурга используют следующим.The neurosurgeon's exoskeleton is used as follows.

Два внешних каркаса (механические руки) посредством стоек 2 крепят предварительно к креслу, например, марки surgiline фирмы UFSK. Затем посредством застежки Велкро (липучки) крепят опорные элементы 17 на оба предплечья нейрохирурга.Two external frames (mechanical arms) are preliminarily fixed to the chair by means of racks 2, for example, of the surgiline brand from UFSK. Then, by means of Velcro fasteners (Velcro), the supporting elements 17 are attached to both forearms of the neurosurgeon.

Для обеспечения эффективного повышения двигательных возможностей верхних конечностей «нейрохирурга (облегчения поднятия рук) упругие элементы концами устанавливают на зацепы 13 и 14. Усилие упругих элементов выбирают таким, чтобы обеспечить свободное вывешивание рук в требуемом положении.To ensure an effective increase in the motor capabilities of the neurosurgeon's upper extremities (facilitating the raising of hands), the elastic elements are installed at their ends on the hooks 13 and 14. The force of the elastic elements is chosen so as to ensure free hanging of the hands in the required position.

Затем нейрохирург моется, надевает халат, размещая рукава халата поверх опорных элементов 17 с магнитами 18, предварительно закрепленных посредством застежки Велкро (липучки), надевает перчатки и садится в кресло, располагая руки над горизонтально размещенным элементом кронштейна 15, при этом магниты 16 и 18 взаимодействуют между собой, фиксируя руки нейрохирурга относительно внешних каркасов, что позволяет избежать расстерилизации рук хирурга, так как фиксация их к экзоскелету происходит без его участия, под действием силы притяжения магнитов. Планки 19 дополнительно скрывают с помощью стерильных рукавов, расположенных поверх халата.Then the neurosurgeon washes, puts on the gown, placing the sleeves of the gown on top of the supporting elements 17 with magnets 18, previously fixed by means of Velcro fastener (Velcro), puts on gloves and sits in the chair, placing his hands over the horizontally placed element of the bracket 15, while the magnets 16 and 18 interact between themselves, fixing the neurosurgeon's hands relative to the external frameworks, which avoids de-sterilization of the surgeon's hands, since their fixation to the exoskeleton occurs without its participation, under the action of the force of attraction of the magnets. The straps 19 are additionally concealed with sterile sleeves located over the gown.

Claims

Exoskeleton of a neurosurgeon containing external frames for the extremities, while each external frame consists of a shoulder girdle, shoulder and forearm modules, an elbow hinge and a supporting device, while the shoulder girdle, shoulder modules and forearm are oblong, the shoulder girdle is equipped with a support for attaching the external frame, a forearm module connected to the shoulder module by means of the elbow hinge with the ability to move in the horizontal plane, the forearm module is connected to the support device, the shoulder module consists of proximal and distal nodes equipped with hooks for fastening elastic elements, and connected by upper and lower removable strips: with the possibility of selection for anatomical adaptation, characterized in that the support device is split and consists of an L-shaped bracket, a horizontally placed element of which is equipped with a rigidly fixed magnet, and a support element made with a concave support surface and equipped with a similar rigid a tightly fixed magnet to enable interaction with the magnet of the L-shaped bracket, while the vertically placed element of the L-shaped bracket is installed by means of a groove with the possibility of movement and fixation relative to the forearm module, made in the form of a bar, connected by the proximal node by means of a hinge with the distal node of the shoulder module , moreover, the bar is spring-loaded by an elastic element, one end of which is connected to the proximal unit of the forearm module, and the other to the free end of the bar of the forearm module, while the removable bars of the shoulder module are made arcuate with rounded ends and installed with the concave side towards each other.