устройство реабилитации

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО РЕАБИЛИТАЦИИ, содержащее основание, подвеску пациента, тягу и пружину, отличающееся тем, что в него введено n створок (где n=1,2,3,...), соединенных между собой и с основанием посредством шарниров с вертикальными осями, а также кронштейн, и гибкий элемент, один конец которого соединен с кронштейном, а другой - с пружиной с заданным коэффициентом упругости, другой конец которой закреплен на внешней створке, при этом гибкий элемент проходит через упор, также установленный на внешней створке, кроме того, введена телескопическая штанга с механизмом изменения ее длины, закрепленная одним концом посредством первого шарнирного узла на внешней створке, а другим концом посредством второго шарнирного узла и поворотной муфты соединенная с тягой, причем ось вращения второго шарнирного узла перпендикулярна к заданному направлению обезвешивания, а ось вращения поворотной муфты совпадает с ним, при этом штанга жестко соединена с кронштейном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, конкретно к средствам реабилитации пациентов с нарушением функций опорно-двигательного аппарата, лишенных нижних конечностей (одной или двух), и может быть использовано в медицинских учреждениях и в бытовых условиях для восстановления у больных способности самостоятельного передвижения.

Известно устанавливаемое на пол устройство, содержащее вертикальную опору, окруженную поручнем, и смонтированную на ней поворотную консоль с подъемным кронштейном, на котором шарнирно закреплена подвеска, поддерживающая пациента с регулируемым усилием при его тренировочном хождении по кругу (1). Указанное устройство, обеспечивающее тренировочную ходьбу пациента с регулируемым нагружением опорно-двигательного аппарата, относительно сложно, дорого и громоздко, т.к. устройство стационарно, то необходимы дополнительные средства транспортировки пациента на место тренировок и обратно. По указанным причинам использование подобных устройств в медицинских учреждениях единично, а в бытовых условиях практически исключено.

Известно устройство реабилитации, содержащее стационарно закрепленные на потолке направляющие и перемещаемую по ним на роликах каретку с подвешенной к ней подвеской пациента, выполненной в виде поворотной рамы, на которой смонтированы вертикальные поручни и барабан с намотанным на нем фалом (тягой). Свисающий конец фала связан карабином с ремнями корсета, закрепленного на туловище пациента, Каретка с рамой перемещается вдоль направляющих пациентом, который держится руками за поручни. Барабан снабжен пружиной, создавающей натяжение фала, и гидравлически инерционным тормозом, препятствующим сматыванию фала с барабана при резком рывке (2). Устройство имеет следующие недостатки:

не обеспечивается требуемое качество разгрузки, а именно разгрузка не постоянна по высоте зоны разгрузки: при перемещении пациента вверх рабочая пружина устройства отпускается и усилие разгрузки падает; при перемещении пациента вниз рабочая пружина взводится и усилие разгрузки возрастает;

не обеспечивается естественность движений пациента, т.к. при резких движениях, свойственным природным особенностям пациента, срабатывает тормоз, препятствующий естественной походке пациента;

нет возможности регулировки степени обезвешивания. Между тем, это одно из основных требований к устройству реабилитации, которое должно учитывать особенности пациента; его физическое состояние, индивидуальную скорость реабилитации;

в ряде случаев невозможно или нежелательно выполнение закрепленных на потолке направляющих, а именно: не соответствует установке направляющих форма и габариты помещения или самого потолка; недостаточная несущая способность потолочного перекрытия; крепление направляющих к потолку не рекомендуется из эстетических требований к интерьеру, где находится пациент.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого решения, является обеспечение заданной величины разгружающей силы во всем диапазоне высот разгрузки. При этом требуемый результат достижим за короткое время и без замены элементов устройства. При необходимости устройство может быть расположено на вертикальном основании, а также может быть выполнено в мобильном варианте, что позволит доставлять его непосредственно к пациенту.

Технический результат достигается тем, что в устройство реабилитации, содержащее основание, подвеску пациента, тягу и пружину, в отличие от прототипа, введено n створок (где n 11, 2, 3), соединенных между собой и с основанием посредством шарниров с вертикальными осями, а также кронштейн и гибкий элемент, один конец которого соединен с кронштейном, а другой с пружиной с заданным коэффициентом упругости, другой конец которой закреплен на внешней стороне, при этом гибкий элемент проходит через упор, также установленный на внешней створке, кроме того, введена телескопическая штанга с механизмом изменения ее длины, закрепленная одним концом посредством первого шарнирного узла на внешней створке, а другим концом посредством второго шарнирного узла и поворотной муфты соединенная с тягой, причем ось вращения второго шарнирного узла перпендикулярна заданному направлению обезвешивания, а ось вращения поворотной муфты совпадает с ним, при этом штанга жестко соединена с кронштейном.

Предлагаемое решение является новым, т.к. оно не выявлено среди решений, отвечающих современному уровню техники.

Предлагаемое решение имеет изобретательский уровень, т.к. для специалиста не следует явным образом из существующего уровня техники.

Изобретение позволяет создать заданную силу разгрузки, в том числе позволяет создать для пациента условия безразличного равновесия, т.к. предлагаемая совокупность существенных признаков обеспечивает независимость силы растяжения тяги, (будучи равной, например, весу пациента) от угла поворота штанги при перемещении пациента. Предлагаемое конструктивное исполнение позволяет также выполнить устройство мобильным.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 фрагмент устройства; на фиг.3 расчетная схема к теоретическому обоснованию предлагаемого устройства; на фиг.4 графически изображен вывод формул оптимизации параметров предлагаемого устройства; на фиг.5 вид устройства в мобильном исполнении.

Предлагаемое устройство реабилитации содержит створки 1 и 2 (в рассматриваемом варианте створка 2 внешняя), соединенные друг с другом шарнирами 3. При этом створка 1 соединена через шарниры 4 с основанием 5 (на фиг.1 основание неподвижно). Оси шарниров 3 и 4 вертикальны. Устройство реабилитации содержит также телескопическую штангу 6, снабженную механизмом 7 изменения ее длины и связанную посредством первого шарнирного узла 8 и поворотной муфты 9 с тягой 10, подвеску 11, связанную с тягой 10, кронштейн 12, установленный на внешней створке 2, второй шарнирный узел 13, посредством которого штанга 6 закреплена на внешней створке, упор 14, взаимодействующий с гибким элементом 15, соединенным в свою очередь с пружиной 16.

Пусть при движении пациента в направлении ОХ (фиг.1) подвеска 11 переместилась вниз. При этом тяга 10 через муфту 9 и первый шарнирный узел 8 поворачивает штангу 6 против часовой стрелки вокруг оси второго шарнирного узла 13. Причем гибкий элемент 15, проходя через упор 14, растягивает пружину 16, а в самом элементе 15 возрастает сила натяжения. При этом момент этой силы относительно оси шарнирного узла 13 равен моменту разгружающей силы (силы, растягивающей тягу 10) относительно той же оси шарнирного узла 13. В результате сила растяжения тяги 10 не зависит от угла поворота штанги 6 и, будучи равной, например, весу пациента, создает для него условия безразличного равновесия.

При перемещении подвески 11 вверх (в направлении +ОХ) имеет место обратная картина.

Вращение створки 1 (вокруг оси шарниров 4), а также перемещение и вращение створки 2 (вокруг оси шарниров 3) предотвращают боковой уход шарнира 8 при вертикальных перемещениях пациента. Одновременно система вращающихся створок 1, 2 сообщает устройству две степени свободы в горизонтальной плоскости (плоскости VOZ, фиг.1). Наличие поворотной муфты 9 позволяет пациенту совершать вращательные движения вокруг вертикальной оси (оси ОХ, фиг. 1).

Наличие механизма 7 изменения длины штанги позволяет за счет изменения плеча ВЕ (фиг.3) менять в заданных пределах величину разгружающей силы без замены элементов устройства.

Дадим теоретическое обоcнование устройства.

Пусть в положении, представленном на фиг.3, пружина 16 напряжена силой F. Момент М cилы F относительно точки В равен

М F h, (1) где h BD плечо силы F относительно оси шарнира 13.

Найдем для равенства (1) зависимости F F(), h h ( ), где угол, характеризующий положение кронштейна 12.

Условием натяжения гибкого элемента 15 во всем рабочем диапазона угла , 0< является АВ ВС. Обозначим АС 1. Тогда из СВD

h h() lsin (2)

Пусть при " и при отсутствии в гибком элементе 15 слабины F 0. Тогда при < "

F k(AC-AC)= 2lkcos cos . (3)

Здесь k коэффициент упругости пружины 16.

Подставив (2), (3) в (1), получим

M M() 2l²ksin cos cos . (4) Представим

(t) (t), (5) где const исходное значение положения кронштейна 12;

(t) изменение во времени угла около значения при работе устройства.

Пусть при исходном значении = прямая ВЕ (фиг.3) горизонтальна. В силу чего момент М_G разгружающей силы G относительно оси шарнира 13, точка В, при работе устройства будет меняться по закону:

M_G G Lcos, (6) где L длина штанги 6.

Подберем параметры устройства таким образом, чтобы функция М() была адекватной М_G()

1. Потребуем, чтобы

= 0 (7)

Продифференцировав (4) по и приравняв (согласно (7) результат нулю, получим уравнение:

cos cos cos 0 (8)

2. Потребуем, чтобы

M M (9) В соответствии с (5), (4), (6) получим

G= 2l²k sin cos cos . (10)

3. Наконец, потребуем, чтобы

M M, (11) где M M M, (12)

M M M (13) текущее значение угла одинаковое для

В соответствии с (5), (4), (6), после подстановок и преобразований, уравнение (11) примет вид:

cos . (14)

При = , = уравнение (14) становится справедливыми при любых значениях . Одновременно указанные значения и " удовлетворяют уравнению (8). Таким образом, с учетом равенства (10), кривые М (), М_G() оказываются "наложенными" друг на друга (фиг.4) во всем рабочем диапазоне угла М() М_G(). Это обстоятельство приводит к тому, что сила G растяжения тяги 10 не зависит от угла поворота штанги 6 и, будучи равной, например, весу пациента, создает для него условия безразличного равновесия.

При известных и " формула (10) связывает между собой основные параметры:

GL= 2l²k sin cos cos . (15)

Откуда при принятых, например, из конструктивных соображений параметрах L и l, а также при заданной величине G, получаем расчетную формулу для коэффициента упругости рабочей пружины 16 предлагаемого устройства реабилитации:

k (16)

Рассмотрим пример расчета параметров предлагаемого устройства.

Пусть с использованием устройства реабилитации требуется разгрузить пациента на 2/3 его веса, равного G 75 кг. При этом L 1 м, l 0,1 м.

Имеем: требуемая сила разгрузки

a G_o= 75 50 кг. (17)

Требуемая величина коэффициента упругости рабочей пружины равна

k 10^-2 50 кг/см (18) Сила F_o предварительного растяжения пружины (при ) равна

F_o= kl 5010 707 кг (19)

Изложенное позволяет утверждать следующее:

В отличие от прототипа предлагаемое решение обеспечивает неизменную заданную величину разгружающей силы (в том числе равную весу пациента) во всем диапазоне высот разгрузки.

Устройство позволяет в короткое время (в том числе и в процессе работы) изменять требуемую величину разгружающей силы без замены элементов устройства.

Устройство может быть расположено на вертикальном основании без связи с потолочным перекрытием, что существенно расширяет возможности его применения в части класса зданий и помещений, где устройство может располагаться.

При необходимости устройство может быть изготовлено в мобильном варианте (размещено на тележке, см.фиг.5) и таким образом может быть доставлено непосредственно к пациенту.

В домашних условиях устройство может использоваться как транспортировочное средство, позволяющее больному перемещаться по помещению привычным для него способом.

Предлагаемое решение просто в изготовлении и эксплуатации.

Конструкция предлагаемого устройства не накладывает ограничений на величину веса пациента.

Устройство постоянно готово к эксплуатации и не требует для обслуживания высококвалифицированного персонала.