RU2809515C2 - Hardware and software complex for treatment of postural and gait disorders - Google Patents
Hardware and software complex for treatment of postural and gait disorders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809515C2 RU2809515C2 RU2022108763A RU2022108763A RU2809515C2 RU 2809515 C2 RU2809515 C2 RU 2809515C2 RU 2022108763 A RU2022108763 A RU 2022108763A RU 2022108763 A RU2022108763 A RU 2022108763A RU 2809515 C2 RU2809515 C2 RU 2809515C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- patient
- air
- receptors
- pneumatic
- support
- Prior art date
Links
- 206010017577 Gait disturbance Diseases 0.000 title claims abstract description 8
- 230000001144 postural effect Effects 0.000 title abstract description 7
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 claims abstract description 38
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 210000001872 metatarsal bone Anatomy 0.000 claims abstract description 13
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 239000010985 leather Substances 0.000 claims description 3
- 206010061296 Motor dysfunction Diseases 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 210000003371 toe Anatomy 0.000 description 9
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 8
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 6
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 3
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- 210000001255 hallux Anatomy 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 210000003789 metatarsus Anatomy 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000000272 proprioceptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000002747 voluntary effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000001142 back Anatomy 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 208000029028 brain injury Diseases 0.000 description 1
- 210000001638 cerebellum Anatomy 0.000 description 1
- 208000010877 cognitive disease Diseases 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 210000000337 motor cortex Anatomy 0.000 description 1
- 230000007659 motor function Effects 0.000 description 1
- 210000001152 parietal lobe Anatomy 0.000 description 1
- 230000006461 physiological response Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000276 sedentary effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 1
- 230000002739 subcortical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области медицинского приборостроения, в частности к программно-аппаратным комплексам с использованием виртуальной реальности, и может использоваться в тех областях медицины, где необходимо предупредить или лечить нарушение позы и ходьбы одновременно.The present invention relates to the field of medical instrumentation, in particular to hardware and software systems using virtual reality, and can be used in those areas of medicine where it is necessary to prevent or treat disorders of posture and walking at the same time.
Внедрение ВР-технологий в комплекс восстановительных мероприятий пациентов с утратой функции ходьбы в результате травм головного мозга является очень важным фактором в процессе восстановления двигательных навыков. Традиционные подходы в подобных случаях не способны полностью решить задачу задействования процессов нейропластичности, в то время как реабилитационные методы с использованием BP, обеспечивающие обратную связь, могут эти процессы улучшить. Иллюзия движения, создаваемая посредством BP, активирует моторную зону контралатерального полушария так же интенсивно, как и произвольное. Кроме того, в процесс движения в BP, помимо моторной коры вовлекаются мозжечок, подкорковые ядра, теменная доля, круговая извилина. Данные подтверждены электроэнцефалограммой (ЭЭГ) - во время произвольных и воображаемых движений происходит десинхронизация μ-ритма (10-12 Гц), т.е. можно наблюдать активацию мозга пациентов на фоне реабилитационных мероприятий с применением BP [Neuper C, 2009].The introduction of VR technologies into the complex of rehabilitation measures for patients with loss of walking function as a result of brain injuries is a very important factor in the process of restoring motor skills. Traditional approaches in such cases are not able to fully solve the problem of engaging neuroplasticity processes, while rehabilitation methods using BP, which provide feedback, can improve these processes. The illusion of movement created by BP activates the motor area of the contralateral hemisphere as intensely as the voluntary one. In addition, in addition to the motor cortex, the cerebellum, subcortical nuclei, parietal lobe, and circular gyrus are involved in the process of movement in the BP. The data was confirmed by an electroencephalogram (EEG) - during voluntary and imaginary movements, desynchronization of the μ-rhythm (10-12 Hz) occurs, i.e. it is possible to observe the activation of the brain of patients against the background of rehabilitation measures using BP [Neuper C, 2009].
Например, известен способ реабилитации больных с двигательными нарушениями функций конечностей с использованием виртуальной реальности по патенту на изобретение РФ №2655200, с приоритетом от 29.12.2016 г., опубл. 24.05.2018 г., включающий использование виртуальной среды с элементами управления и сенсорное взаимодействие с виртуальным объектом, при этом с учетом полученной с регистрирующих электроэнцефалографических и электромиографических датчиков информации, установленных на голове и пораженной конечности соответственно, а также способности пациента к движениям, регулируют объем управляющих виртуальных движений таким образом, что дает ощущение завершенности выполняемого движения при демонстрации заданий виртуальной реальности, причем сенсорное взаимодействие с виртуальными объектами посредством использования зрительного, слухового канала, а также тактильной и проприорецептивной стимуляции рецепторов конечности проводят таким образом, чтобы обеспечить ассоциирование пациента с виртуальным аватаром, с очувствлением тактильного и проприоцептивного контакта с виртуальными объектами и ощущением завершенности выполняемого движения.For example, there is a known method for the rehabilitation of patients with motor impairments of the limbs using virtual reality according to the RF patent for invention No. 2655200, with priority dated December 29, 2016, publ. 05/24/2018, including the use of a virtual environment with controls and sensory interaction with a virtual object, taking into account information received from recording electroencephalographic and electromyographic sensors installed on the head and affected limb, respectively, as well as the patient’s ability to move, adjusting the volume control virtual movements in such a way that gives a feeling of completion of the movement performed when demonstrating virtual reality tasks, and sensory interaction with virtual objects through the use of the visual, auditory channel, as well as tactile and proprioceptive stimulation of limb receptors is carried out in such a way as to ensure the patient’s association with a virtual avatar , with a feeling of tactile and proprioceptive contact with virtual objects and a feeling of completion of the movement being performed.
При этом устройство для реализации известного способа включает устанавливаемые в проекции подошвенных поверхностей стоп четыре пневмоманжеты на каждую подошвенную поверхность. Причем пневмоманжеты выполнены таким образом, что каждый виртуальный шаг пациента синхронизирован с последовательным раздуванием пневмоманжет той же стороны, что дает пациенту тактильное ощущение контакта с виртуальным контентом, например, виртуальной дорожкой для перемещения.In this case, the device for implementing the known method includes four pneumatic cuffs installed in the projection of the plantar surfaces of the feet on each plantar surface. Moreover, the pneumatic cuffs are designed in such a way that each virtual step of the patient is synchronized with the sequential inflation of the pneumatic cuffs of the same side, which gives the patient a tactile sensation of contact with the virtual content, for example, a virtual track for moving.
Известное техническое решение имеет ряд недостатков. Так, пневмоманжеты в результате механического давления обжатием на конечность создают раздражение рецепторов как на опорной поверхности, так и на тыле стопы, который, по сути, не имеет никакого отношения к организации реакции опоры и формирования рефлекторной дуги, лежащей в основе управления локомоциями. Таким образом, обжатие приводит к созданию нефизиологичного, ненужного механического давления на конечность и никак не может формировать физиологическую реакцию цикла шага. При этом необходимо отметить, что имитация физиологического цикла шага не может формироваться только лишь посредством последовательного стимулирующего воздействия различные зоны левой и правой стопы, поскольку цикл шага представляет собой сложную программу, включающую в себя такие временные характеристики шага, как длительность цикла, опорной, переносной и двуопорной фаз, интервалы опоры на пятку, на всю стопу и носок.The known technical solution has a number of disadvantages. Thus, pneumatic cuffs, as a result of mechanical pressure by squeezing the limb, create irritation of receptors both on the supporting surface and on the dorsum of the foot, which, in fact, has nothing to do with the organization of the support reaction and the formation of the reflex arc that underlies the control of locomotion. Thus, compression leads to the creation of non-physiological, unnecessary mechanical pressure on the limb and cannot in any way shape the physiological response of the step cycle. It should be noted that an imitation of the physiological step cycle cannot be formed only through sequential stimulation of various zones of the left and right foot, since the step cycle is a complex program that includes such temporal characteristics of the step as the duration of the cycle, support, transfer and two-support phases, intervals of support on the heel, on the entire foot and toe.
Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для имитации ходьбы с системой обратной связи, раскрытое в патенте РФ №2655200, с приоритетом от 05.03.2012 г., опубл. 10.02.2014 г., содержащее модуль питания, контрольно-измерительный модуль с датчиками измерения физиологических параметров, данные о которых передаются в компьютер с программным обеспечением, при этом устройство дополнительно содержит микропроцессорный блок управления, модуль ввода параметров, выполненный с возможностью выбора режима воздействия; компьютер с программным обеспечением, выполненным с возможностью управления микропроцессорным блоком управления и с возможностью задавать предельно допустимые значения физиологических параметров, при превышении которых осуществляется оповещение или имитация ходьбы автоматически прекращается, ортезы со стельками, содержащими встроенные пневмокамеры, в которые поступает воздух под давлением через пневмоклапаны из ресивера, снабженного датчиком давления и регулирующим клапаном, и соединенного с компрессором, при этом микропроцессорный блок управления выполнен с возможностью получения данных с датчика давления, на основании которых регулируется давление в пневмокамерах.The closest in its technical essence is a device for simulating walking with a feedback system, disclosed in RF patent No. 2655200, with priority dated 03/05/2012, publ. 02/10/2014, containing a power module, a control and measuring module with sensors for measuring physiological parameters, the data of which are transmitted to a computer with software, while the device additionally contains a microprocessor control unit, a parameter input module made with the ability to select an exposure mode; a computer with software configured to control a microprocessor control unit and with the ability to set maximum permissible values of physiological parameters, when exceeded, an alert is issued or the walking simulation is automatically stopped, orthoses with insoles containing built-in pneumatic chambers, into which air is supplied under pressure through pneumatic valves from a receiver equipped with a pressure sensor and a control valve, and connected to the compressor, wherein the microprocessor control unit is configured to receive data from the pressure sensor, on the basis of which the pressure in the pneumatic chambers is regulated.
Известное устройство имеет недостатки. В частности, отсутствует обратная связь с пациентом в виде виртуального контента, что снижает эффективность устройства, поскольку отсутствует иллюзия движения, положительно влияющая на активизацию мозговых зон, задействованных в процессе формирования правильного моторного шагового стереотипа. При этом также отсутствуют средства, позволяющие реализовать последовательное стимулирующее воздействие различных зон левой и правой стопы, с имитацией физиологического цикла шага.The known device has disadvantages. In particular, there is no feedback from the patient in the form of virtual content, which reduces the effectiveness of the device, since there is no illusion of movement, which has a positive effect on the activation of brain areas involved in the process of forming the correct motor step stereotype. At the same time, there are also no means to implement a consistent stimulating effect on different zones of the left and right foot, simulating the physiological step cycle.
Задачей настоящего изобретения является создание программно-аппаратного комплекса для эффективного лечения нарушений двигательных и когнитивных функций у пациентов с тяжелым повреждением головного и спинного мозга, с использованием виртуальной реальности.The objective of the present invention is to create a hardware and software complex for the effective treatment of motor and cognitive dysfunctions in patients with severe brain and spinal cord damage, using virtual reality.
Техническим результатом является повышение эффективности лечения нарушений двигательных функций у пациентов с нарушениями позы и ходьбы, с использованием виртуальной реальности.The technical result is to increase the effectiveness of treatment of motor dysfunction in patients with postural and gait disorders using virtual reality.
Заявленный технический результат достигается программно-аппаратным комплексом для лечения нарушений позы и ходьбы, содержащим управляющий блок с панелью управления и встроенным программным обеспечением, который связан с модулем питания, микропроцессорный блок, компрессор, соединенный с ресивером, снабженным регулирующим клапаном и датчиком давления, ортезы со стельками, снабженными двумя встроенными пневмокамерами для оказания стимулирующего воздействия на опорные рецепторы стоп пациента, выполненными с возможностью поступления воздуха под давлением через клапаны из ресивера, при этом микропроцессорный блок выполнен с возможностью управления клапанами пневмокамер в режиме подача/стравливание воздуха, при этом согласно изобретению программно-аппаратный комплекс содержит блок виртуальной реальности, связанный с микропроцессорным блоком и управляющим блоком, причем управляющий блок выполнен с возможностью выбора на панели управления программы воздействия на пациента, включая время воздействия и виртуальный контент, при этом управление клапанами пневмокамер осуществляется последовательно, в порядке, соответствующем циклограмме шага ходьбы, путем подачи воздуха в пневмокамеры для воздействия на опорные рецепторы плюсневой зоны правой стопы пациента, последующей подачи воздуха в пневмокамеру для воздействия на опорные рецепторы пяточной зоны левой стопы пациента, последующего стравливания воздуха из пневмокамеры воздействия на опорные рецепторы плюсневой зоны правой стопы пациента, последующего стравливания воздуха из пневмокамеры воздействия на опорные рецепторы пяточной зоны левой стопы пациента, последующей подачи воздуха в пневмокамеру воздействия на опорные рецепторы плюсневой зоны левой стопы пациента, последующей подачи воздуха в пневмокамеру воздействия на опорные рецепторы пяточной зоны правой стопы пациента, последующего стравливания воздуха из пневмокамеры воздействия на опорные рецепторы плюсневой зоны левой стопы пациента, последующего стравливания воздуха из пневмокамеры воздействия на опорные рецепторы пяточной зоны правой стопы пациента.The declared technical result is achieved by a software and hardware complex for the treatment of postural and gait disorders, containing a control unit with a control panel and built-in software, which is connected to a power module, a microprocessor unit, a compressor connected to a receiver equipped with a control valve and a pressure sensor, orthoses with insoles equipped with two built-in pneumatic chambers to provide a stimulating effect on the support receptors of the patient’s feet, configured to supply air under pressure through the valves from the receiver, while the microprocessor unit is configured to control the valves of the pneumatic chambers in the air supply/bleed mode, and according to the invention, programmatically - the hardware complex contains a virtual reality unit connected to a microprocessor unit and a control unit, wherein the control unit is configured to select on the control panel a program for influencing the patient, including exposure time and virtual content, while the valves of the pneumatic chambers are controlled sequentially, in the order appropriate walking step cyclogram, by supplying air to the pneumatic chambers to influence the support receptors of the metatarsal zone of the patient's right foot, subsequent supply of air to the pneumatic chamber to influence the support receptors of the heel zone of the patient's left foot, then bleeding air from the pneumatic chamber to influence the support receptors of the metatarsal zone of the patient's right foot , subsequent bleeding of air from the pneumatic chamber for influencing the support receptors of the heel zone of the patient’s left foot, subsequent supply of air into the pneumatic chamber for influencing the supporting receptors of the metatarsal zone of the patient’s left foot, subsequent supply of air into the pneumatic chamber for influencing the supporting receptors of the heel zone of the patient’s right foot, subsequent bleeding of air from pneumatic chambers influencing the support receptors of the metatarsal zone of the patient's left foot, subsequent bleeding of air from the pneumatic chamber influencing the supporting receptors of the heel zone of the patient's right foot.
Программно-аппаратный комплекс для лечения нарушений позы и ходьбы обеспечивает воспроизведение реального цикла шага человека, синхронизированного с оптическим потоком, создаваемым в виртуальной среде, что позволяет моделировать сенсорный образ шага в режиме физиологической, закрепленной в эволюции циклограммы ходьбы и активизировать моторные центры спинальной и более высокой организации, в том числе в первичной сенсомоторной коре и в дополнительной двигательной области еще на стадии постельной иммобилизации пациентов.The software and hardware complex for the treatment of posture and walking disorders ensures the reproduction of a real human step cycle, synchronized with the optical flow created in a virtual environment, which makes it possible to simulate the sensory image of a step in the mode of a physiological cyclogram of walking, fixed in evolution, and to activate the motor centers of the spinal and higher organization, including in the primary sensorimotor cortex and in the supplementary motor area even at the stage of bed immobilization of patients.
В предпочтительном варианте ортезы изготавливаются из экокожи, что создает у пациента привычные ощущения обычной повседневной обуви и тем самым усиливает эффект иллюзии ходьбы во время стимуляции.In a preferred embodiment, the orthoses are made of eco-leather, which creates in the patient the familiar sensations of ordinary everyday shoes and thereby enhances the effect of the illusion of walking during stimulation.
При этом стелька каждого ортеза предпочтительно выполняется из материала, подстраивающейся под стопу пациента, что позволяет более точно стимулировать зоны максимального скопления опорных рецепторов - пятка и плюсна, большой палец стопы.In this case, the insole of each orthosis is preferably made of a material that adapts to the patient’s foot, which makes it possible to more accurately stimulate the areas of maximum accumulation of support receptors - the heel and metatarsus, the big toe.
Микропроцессорный блок может быть выполнен с сенсорным экраном, обеспечивающим возможность визуализации и управления, что позволяет в целом повысить удобство использования.The microprocessor unit can be configured with a touch screen, providing visualization and control capabilities, which generally improves ease of use.
При этом микропроцессорный блок предпочтительно выполнен с возможностью управления регулирующим клапаном, который напрямую соединен с микропроцессорным блоком, что позволяет контролировать и поддерживать необходимое давление в ресивере.In this case, the microprocessor unit is preferably configured to control a control valve, which is directly connected to the microprocessor unit, which makes it possible to control and maintain the required pressure in the receiver.
При этом управляющий блок может быть выполнен с экраном для визуализации виртуального контента, тем самым обеспечивая возможность контроля текущего виртуального контента, действий пациента, оставшегося времени цикла.In this case, the control unit can be configured with a screen for visualizing virtual content, thereby providing the ability to control the current virtual content, patient actions, and remaining cycle time.
При этом программно-аппаратный комплекс предпочтительно содержит модуль поддержки беспроводной связи, через который блок виртуальной реальности связан с микропроцессорным блоком и управляющим блоком, а управляющий блок связан с модулем питания. Таким образом повышается удобство использования.In this case, the software and hardware complex preferably contains a wireless communication support module, through which the virtual reality unit is connected to the microprocessor unit and the control unit, and the control unit is connected to the power module. This improves ease of use.
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
- На Фиг. 1 - представлена функциональная блок-схема аппаратно-программного комплекса для лечения нарушений позы и ходьбы;- In Fig. 1 - shows a functional block diagram of a hardware-software complex for the treatment of postural and gait disorders;
- На Фиг. 2 - изображены ортезы со встроенными в стельки пневмоклапанами.- In Fig. 2 - shows orthoses with pneumatic valves built into the insoles.
Программно-аппаратный комплекс (Фиг. 1) содержит управляющий блок (портативный) с программным обеспечением (9), микропроцессорный блок с сенсорным экраном (1), модуль поддержки беспроводной связи (8), модуль питания микропроцессорного блока (2), компрессор (3), регулирующий клапан (4), датчик давления (5), ресивер (6), аварийный клапан (7), блок виртуальной реальности (10), правый (11) и левый (12) ортезы (см. Фиг. 2), со встроенными в стельку правого ортеза (11) пневмокамерами (13), (14) с клапанами (15), (16), и в стельку левого ортеза (12) - пневмокамерами (17), (18) с клапанами (19), (20). При этом пневмокамеры (13), (17) оказывают стимулирующее воздействие на опорные рецепторы пяточной зоны стопы (пятка), а пневмокамеры (14), (18) - на опорные рецепторы плюсневой зоны стопы (носок). Микропроцессорный блок (1) и блок виртуальной реальности (10) при помощи управляющего блока (9) через модуль поддержки беспроводной связи (8) подключены в единую систему.The hardware and software complex (Fig. 1) contains a control unit (portable) with software (9), a microprocessor unit with a touch screen (1), a wireless communication support module (8), a microprocessor unit power module (2), a compressor (3 ), control valve (4), pressure sensor (5), receiver (6), emergency valve (7), virtual reality unit (10), right (11) and left (12) orthoses (see Fig. 2), with pneumatic chambers (13), (14) with valves (15), (16) built into the insole of the right orthosis (11), and pneumatic chambers (17), (18) with valves (19) built into the insole of the left orthosis (12), (20). In this case, pneumatic chambers (13), (17) have a stimulating effect on the support receptors of the heel zone of the foot (heel), and pneumatic chambers (14), (18) - on the support receptors of the metatarsal zone of the foot (toe). The microprocessor unit (1) and the virtual reality unit (10) with the help of a control unit (9) through a wireless communication support module (8) are connected into a single system.
Работа программно-аппаратного комплекса осуществляется следующим образом.The operation of the hardware and software complex is carried out as follows.
Во время проведения процедуры пациент может находиться в горизонтальном положении, на спине, со слегка приподнятым изголовьем, ноги должны быть выпрямлены (допускается положение ног в легком упоре, например в спинку кровати, для предотвращения ротации стоп), сидя в коляске, сидя на стуле с согнутыми ногами в коленных и тазобедренных суставах под 90 град.During the procedure, the patient can be in a horizontal position, on his back, with the head of the chair slightly raised, his legs should be straightened (legs can be positioned with slight support, for example, against the headboard, to prevent rotation of the feet), sitting in a wheelchair, sitting on a chair with legs bent at the knee and hip joints at 90 degrees.
Пациенту производится установка на голову шлема, либо очков виртуальной реальности (блок виртуальной реальности (10). Шлем подгоняется и фиксируется с помощью регуляторов, вначале задних, а затем верхних. Затем на стопы пациента одеваются ортезы (11), (12) соответствующего типоразмера, с вложенными в них пневмостельками, и плотно фиксируется с помощью ремней. Затем на панели управления управляющего блока (9) выбирается компьютерная программа воздействия на пациента в данном сеансе: время воздействия, виртуальный контент (например, уходящая в даль виртуальная дорожка, которая произвольно меняет в ходе движения свою ширину). После запуска выбранной компьютерной программы управляющий блок (9) через модуль поддержки беспроводной связи (8) (например, через Wi-Fi) подает сигнал в блок виртуальной реальности (10) на визуализацию пациенту виртуального контента (например, виртуальной дорожки для ходьбы) и одновременно, через модуль поддержки беспроводной связи (8) подает сигнал модулю питания (2) на включение компрессора (3) и ресивера (6). От блока виртуальной реальности (10) через модуль поддержки беспроводной связи (8) подается сигнал на микропроцессорный блок (1). На сенсорном экране блока (1) в зависимости от виртуального контента задаются скорость оптического потока в виртуальной среде и временные параметры физиологического цикла шага (опорная и переносная фазы, интервалы опоры на пятку и носок) в диапазоне скорости ходьбы от 1 км/ч до 9 км/ч, при давлении в пневмокамерах (13), (14), (17), (18) - от 10 кПа до 70 кПа.The patient is fitted with a helmet or virtual reality glasses (virtual reality block (10)). The helmet is adjusted and fixed using adjusters, first the rear ones, and then the top ones. Then orthoses (11), (12) of the appropriate size are put on the patient’s feet, with air insoles embedded in them, and tightly fixed with belts.Then, on the control panel of the control unit (9), a computer program for influencing the patient in a given session is selected: exposure time, virtual content (for example, a virtual track going into the distance, which arbitrarily changes in during movement, its width). After launching the selected computer program, the control unit (9) through the wireless communication support module (8) (for example, via Wi-Fi) sends a signal to the virtual reality unit (10) to visualize virtual content to the patient (for example, virtual walking paths) and at the same time, through the wireless communication support module (8), sends a signal to the power module (2) to turn on the compressor (3) and the receiver (6). From the virtual reality unit (10) through the wireless communication support module (8) a signal is supplied to the microprocessor unit (1). On the touch screen of the block (1), depending on the virtual content, the speed of the optical flow in the virtual environment and the time parameters of the physiological step cycle (support and swing phases, intervals of heel and toe support) are set in the walking speed range from 1 km/h to 9 km /h, at pressure in pneumatic chambers (13), (14), (17), (18) - from 10 kPa to 70 kPa.
Одновременно с началом воспроизведения виртуального контента, из ресивера (6) с помощью клапанов (15), (16), (19), (20), работающих в режиме подача/стравливание воздуха через пневмопровод, осуществляется подача воздуха в пневмокамеры (13), (14), (17), (18) стелек ортезов (11), (12). Управление клапанами (15), (16), (19), (20) осуществляется микропроцессорным блоком (1) согласно циклограмме шага ходьбы, в следующей последовательности:Simultaneously with the start of playback of virtual content, air is supplied from the receiver (6) using valves (15), (16), (19), (20), operating in the air supply/bleed mode through a pneumatic line, into the pneumatic chambers (13), (14), (17), (18) orthosis insoles (11), (12). The valves (15), (16), (19), (20) are controlled by a microprocessor unit (1) according to the walking step cyclogram, in the following sequence:
1. Раздувается пневмокамера (14), что соответствует началу фазы опоры на правый носок.1. The pneumatic chamber (14) inflates, which corresponds to the beginning of the phase of support on the right toe.
2. Раздувается пневмокамера (17), что соответствует началу дву опорной фазы опоры на левую пятку и правый носок.2. The pneumatic chamber (17) is inflated, which corresponds to the beginning of the two-support phase of support on the left heel and right toe.
3. Сжимается пневмокамера (14), что соответствует завершению фазы опоры на правый носок и началу фазы переноса правой ноги.3. The pneumatic chamber (14) is compressed, which corresponds to the end of the support phase on the right toe and the beginning of the swing phase of the right leg.
4. Сжимается пневмокамера (17), что соответствует завершению фазы опоры на левую пятку и началу фазы переката левой ноги.4. The pneumatic chamber (17) is compressed, which corresponds to the end of the phase of support on the left heel and the beginning of the phase of rolling the left leg.
5. Раздувается пневмокамера (18), что соответствует завершению фазы переката левой ноги и началу фазы опоры на левый носок.5. The pneumatic chamber (18) is inflated, which corresponds to the end of the rolling phase of the left leg and the beginning of the phase of support on the left toe.
6. Раздувается пневмокамера (13), что соответствует началу дву опорной фазы опоры на левый носок и правую пятку.6. The pneumatic chamber (13) is inflated, which corresponds to the beginning of the two-support phase of support on the left toe and right heel.
7. Сжимается пневмокамера (18), что соответствует завершению фазы опоры на левый носок и началу фазы переноса левой ноги.7. The pneumatic chamber (18) contracts, which corresponds to the end of the left toe support phase and the beginning of the left leg swing phase.
8. Сжимается пневмокамера (13), что соответствует завершению фазы опоры на правую пятку и началу фазы переката правой ноги.8. The pneumatic chamber (13) is compressed, which corresponds to the end of the phase of support on the right heel and the beginning of the phase of rolling the right leg.
На этом цикл управления клапанами пневмокамер, соответствующий одному шагу ходьбы, завершается, либо повторяется в зависимости от выбранной посредством панели управления блока (9) программы воздействия на пациента.At this point, the control cycle of the valves of the pneumatic chambers, corresponding to one walking step, is completed or repeated depending on the program for influencing the patient selected via the control panel of the unit (9).
Давление в ресивере поддерживается системой автоматического управления следующим образом: давление в ресивере измеряется с помощью датчика давления (5) и передается в микропроцессорный блок с сенсорным экраном (1), где переводится в цифровую форму и сравнивается с заданным значением.The pressure in the receiver is maintained by an automatic control system as follows: the pressure in the receiver is measured using a pressure sensor (5) and transmitted to a microprocessor unit with a touch screen (1), where it is converted into digital form and compared with the set value.
Обслуживающий персонал на протяжении всего сеанса отслеживает информацию:The service staff monitors information throughout the session:
- по сенсорному экрану микропроцессорного блока (1): текущую скорость режима ходьбы, заданное и текущее давление стимуляции, заданное время цикла, оставшееся время цикла;- on the touch screen of the microprocessor unit (1): the current speed of the walking mode, the set and current stimulation pressure, the set cycle time, the remaining cycle time;
- на экране управляющего блока с программным обеспечением текущий виртуальный контент, действия пациента, оставшееся время цикла.- on the screen of the control unit with software, the current virtual content, the patient’s actions, the remaining cycle time.
Ортезы со стельками с пневмокамерами изготавливаются из экокожи. Эргономически они соответствуют обычной обуви, что создает у пациента привычные ощущения обычной повседневной обуви и тем самым усиливает эффект иллюзии ходьбы во время стимуляции. Выполнение в каждом ортезе закрепленной мягкой подстраивающейся под стопу пациента стельки со встроенными в нее двумя пневмокамерами позволяет более точно стимулировать зоны максимального скопления опорных рецепторов - пятка и плюсна, большой палец стопы.Orthoses with insoles with pneumatic chambers are made of eco-leather. They are ergonomically similar to regular shoes, which gives the patient the familiar sensation of regular everyday shoes and thereby enhances the effect of the illusion of walking during stimulation. In each orthosis, a fixed soft insole that adapts to the patient’s foot with two pneumatic chambers built into it allows for more precise stimulation of the areas of maximum accumulation of support receptors - the heel and metatarsus, the big toe.
Преимущества предложенного программно-аппаратного комплекса:Advantages of the proposed hardware and software complex:
1. Может быть использован для пациентов с низким уровнем реабилитационного потенциала.1. Can be used for patients with a low level of rehabilitation potential.
2. Мобильный, может использоваться как в палате пациента, так и в реабилитационном кабинете.2. Mobile, can be used both in the patient’s room and in the rehabilitation room.
3. Может использоваться даже горизонтальном положении, у пациентов с постельной иммобилизацией.3. Can be used even in a horizontal position in patients with bed immobilization.
4. Неинвазивен.4. Non-invasive.
5. Максимально физиологичен.5. Maximum physiological.
Программно-аппаратный комплекс может применяться как в научно-исследовательских, лечебных, реабилитационных учреждениях здравоохранения, так и в домашних условиях с целью профилактики и восстановления двигательной функции человека. Также может использоваться в спорте - для повышения эффективности моторной тренировки и в профилактических целях - у людей пожилого возраста и у лиц, ведущих малоподвижный образ жизни.The software and hardware complex can be used both in research, medical, and rehabilitation healthcare institutions, and at home for the purpose of prevention and restoration of human motor function. It can also be used in sports - to increase the effectiveness of motor training and for preventive purposes - in elderly people and in people leading a sedentary lifestyle.
Claims (5)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022108763A RU2022108763A (en) | 2023-10-02 |
| RU2809515C2 true RU2809515C2 (en) | 2023-12-12 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148981C1 (en) * | 1999-06-08 | 2000-05-20 | Гришкин Николай Васильевич | Device for rehabilitation of locomotor system under conditions of weightlessness |
| RU2330640C1 (en) * | 2005-04-12 | 2008-08-10 | Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук | Device for prevention and treatment of locomotion disorders (versions) |
| US7998092B2 (en) * | 2002-07-11 | 2011-08-16 | Andante Medical Devices, Ltd. | Force sensor system for use in monitoring weight bearing |
| RU2506069C2 (en) * | 2012-03-05 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем Российской академии наук | Walk simulator with feedback system |
| RU2014139567A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-20 | Андрей Павлович Лагуткин | Feedback simulator |
| DE102019119817A1 (en) * | 2019-07-23 | 2021-01-28 | VPAM Holding GmbH | Device for dynamic regulation of a shoe or a compress |
| WO2021201605A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 서울대학교병원 | Robotic leg orthosis for gait rehabilitation training, method for controlling same, and autonomous driving luggage carrier |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2148981C1 (en) * | 1999-06-08 | 2000-05-20 | Гришкин Николай Васильевич | Device for rehabilitation of locomotor system under conditions of weightlessness |
| US7998092B2 (en) * | 2002-07-11 | 2011-08-16 | Andante Medical Devices, Ltd. | Force sensor system for use in monitoring weight bearing |
| RU2330640C1 (en) * | 2005-04-12 | 2008-08-10 | Государственный научный центр Российской Федерации - Институт медико-биологических проблем Российской академии наук | Device for prevention and treatment of locomotion disorders (versions) |
| RU2506069C2 (en) * | 2012-03-05 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем Российской академии наук | Walk simulator with feedback system |
| RU2014139567A (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-20 | Андрей Павлович Лагуткин | Feedback simulator |
| DE102019119817A1 (en) * | 2019-07-23 | 2021-01-28 | VPAM Holding GmbH | Device for dynamic regulation of a shoe or a compress |
| WO2021201605A1 (en) * | 2020-03-31 | 2021-10-07 | 서울대학교병원 | Robotic leg orthosis for gait rehabilitation training, method for controlling same, and autonomous driving luggage carrier |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4216725B2 (en) | Muscle stimulator | |
| Booth et al. | Immediate effects of immersive biofeedback on gait in children with cerebral palsy | |
| RU2361631C2 (en) | Way of treatment of patients with traumatic disease of spinal cord | |
| JP2007518469A5 (en) | ||
| Gravano et al. | A novel approach to mechanical foot stimulation during human locomotion under body weight support | |
| US20170119624A1 (en) | Leg pillow for physiotherapy | |
| WO2008062572A1 (en) | Sensation detection presentation apparatus and walking rehabilitation supporting apparatus | |
| ES2822499T3 (en) | Automated electromedical system and related management method | |
| KR101885461B1 (en) | Height adjustable pillow | |
| JP5461109B2 (en) | Low frequency pulse applying device and method of using the same | |
| Pan et al. | A vibrotactile feedback device for balance rehabilitation in the EksoGT™ robotic exoskeleton | |
| Solopova et al. | Neurorehabilitation of patients with cerebral palsy | |
| RU2809515C2 (en) | Hardware and software complex for treatment of postural and gait disorders | |
| Lee et al. | Effects of using TENS as electro-tactile feedback for postural balance under muscle fatigue condition | |
| KR102065278B1 (en) | Sensory stimulatiing apparatus for low extremity disorder | |
| Grishin et al. | A device for the rehabilitation therapy of patients with motor pathology using mechanotherapy, transcutaneous electrical stimulation of the spinal cord, and biological feedback | |
| Riem et al. | The effect of discrete visual perturbations on balance control during gait | |
| McKinney et al. | Pilot evaluation of wearable tactile biofeedback system for gait rehabilitation in peripheral neuropathy | |
| Eizad et al. | Evaluation of TENS based biofeedback and warning for improvement of seated balance on a trunk rehabilitation robot | |
| RU2805120C2 (en) | Method of rehabilitation of patients with brain and spinal cord injury using virtual reality and biofeedback | |
| RU2336857C1 (en) | Method for rehabilitation treatment of immobilised patient | |
| KR101907299B1 (en) | Foot stretching device | |
| RU2823510C1 (en) | Method for rehabilitation of patients with brain injury using hardware system of pneumatic compression and virtual reality | |
| RU2816055C1 (en) | Foot load control device | |
| Kutyina et al. | Automated complex of motion control based on vibrotactile feedback for rehabilitation |