Устройство для восстановления функции суставов механотерапией

Изобретение относится к механотерапевтическим аппаратам пассивного действия и может быть использовано для восстановления функции суставов. Устройство содержит платформу-основание и подвижную платформу, которые предназначены для фиксации сегментов конечностей и связаны между собой шарнирно. Подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу. Тяга снабжена датчиком сопротивления движению. Двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения. Оптимизатор состоит из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ». Выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмита. Вход управления триггера Шмита соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления. Выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмита. Управляющий вход триггера Шмита соединен с задатчиком предельного объема движений. Выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока. Выход соединен со входом преобразователя, который управляет знаком скорости вращения. Вход преобразователя, управляющего модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла. Платформа-основание снабжена датчиком положения и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода. Вибропривод выполнен с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключен к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений. Входы оптимизатора объема движений соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания. Тяга подвижной платформы также выполнена упругой. Датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях. Оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений. В результате устройство создает движения в суставе, которые наиболее соответствуют естественным движений, создает встречные микродвижения суставных концов относительно биологической оси вращения, а также задает нетравмирующую нагрузку на мышцы-держатели сустава и оптимизирует объем движений. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности к механотерапевтическим аппаратам пассивного действия для восстановления функции суставов.

Известно принятое за прототип устройство для восстановления функции суставов механотерапией - патент РФ №2214212, содержащее неподвижную платформу (платформу-основание) и подвижную платформу, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно, подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу, снабженную датчиком сопротивления движению, при этом двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения, состоящему из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», при этом выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмитта, вход управления которого соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления, выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмитта, управляющий вход которого соединен с задатчиком предельного объема движений, выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока, выходом соединенного со входом преобразователя, управляющим знаком скорости вращения, а вход преобразователя, управляющий модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла.

Все данные существенные признаки, кроме выполнения платформы-основания неподвижной присутствуют и в предлагаемом устройстве.

Устройство-прототип позволяет восстанавливать функции суставов, в том числе наращивать околосуставные биоткани, однако уплотнение данных биотканей происходит очень медленно по причине неполного соответствия данных движений естественным в здоровом суставе (отсутствия встречного микродвижения суставных концов относительно биологической оси вращения), кроме того, практически отсутствуют нагрузки на мышцы-держатели сустава.

Предлагаемым изобретением решается техническая задача создания наиболее соответствующих естественным движений в суставе - создание встречного микродвижения суставных концов относительно биологической оси вращения, кроме того, задание нетравмирующей нагрузки на мышцы-держатели сустава.

Для достижения названного технического результата в устройстве для восстановления функции суставов, содержащем платформу-основание и подвижную платформу, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно, подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу, снабженную датчиком сопротивления движению, при этом двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения, состоящему из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», при этом выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмитта, вход управления которого соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления, выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмитта, управляющий вход которого соединен с задатчиком предельного объема движений, выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока, выходом соединенного со входом преобразователя, управляющим знаком скорости вращения, а вход преобразователя, управляющий модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла, платформа-основание снабжена датчиком положения, и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода, выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания, при этом тяга подвижной платформы также выполнена упругой, а датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях, причем оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений.

Отличительными признаками предложенного устройства являются следующие - платформа-основание снабжена датчиком положения, и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода, выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания, при этом тяга подвижной платформы также выполнена упругой, а датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях, причем оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений.

Благодаря наличию этих отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, достигается следующий технический результат - биоткани, нарастающие в суставе уплотняются за более короткий промежуток времени. Дополнительно укрепляются мышцы-держатели сустава.

Предложенное техническое решение может найти применение при восстановлении функций различных суставов с использованием механотерапевтических аппаратов пассивного действия.

На чертеже приведена электрокинематическая схема предложенного устройства.

Изображенное на схеме устройство для восстановления функции суставов содержит платформу-основание 1 и подвижную платформу 2, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно и снабженные (в данном случае датчики закреплены на упругих тягах 5) датчиками положения 3 (подвижная платформа 2 - углового, а платформа-основание 1 - линейного), платформа 2 соединена с электроприводом 4 через упругую тягу 5, снабженную двухкомпонентным датчиком (по сути двумя датчиками) сопротивления движению 6, при этом двигатель электропривода 4 подключен к оптимизатору объема движения 7 (подробно описан в прототипе), а его входы подключены к выходу датчика положения 3 подвижной платформы 2 и выходу вычислителя среднеквадратичного сопротивления 8, вход которого подключен к выходу двухкомпонентного датчика сопротивления движению 6. Платформа-основание 1 соединена с корпусом (на схеме не приведен) устройства через снабженную датчиком сопротивления движению 6 упругую тягу 5 посредством вибропривода 9 (в данном случае имеющего два ортогональных привода), выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений 7, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению 6 и вычислителем среднеквадратичного сопротивления 8, подключенного к датчику положения 3 платформы-основания 1.

Выше описанное устройство работает следующим образом. Одновременно с работой привода поворота 4 платформы 2 относительно платформы основания 1 включаются привода 9 виброплатформы 5, на которой установлена через упругую тягу 6 платформа-основание 1.

При этом возникают линейные движения платформы-основания 1 относительно поворотной платформы 2. Тем самым, платформы 1 и 2, а следовательно, и соединенные с ними сегменты сустава совершают относительно друг друга как угловые движения, так и линейные движения. Причем как те, так и другие движения регулируются соответствующими оптимизаторами 7.

При увеличении мышечной реакции на пробное движение (линейное и угловое) сила мышц замыкается на корпус прибора (не приведен) через упругие тяги 5, которые оснащены тензодатчиками 6. Тензодатчики установлены на чувствительных взаимно ортогональных балках упругих тяг 5 и подключены к модулю 8, который вычисляет среднеквадратичную нагрузку F_H

.

При увеличении нагрузки выше установленной в оптимизаторе 7 происходит реверс двигателя 4 - поворота или двигателя реверса линейного движения 9.

Дополнительно в устройстве применены датчики положения 3 - углового для платформы 2 и линейного - для платформы 1.

Сигналы этих датчиков сравниваются с уставками предельных положений платформ и обеспечивают реверс соответствующего привода 4 или 9 в случае выхода положения платформ 1 и 2 в крайние положения.

При этом за счет встречных микродвижений в пределах диастаза сустава, его сегментов, уплотняются биоткани с их ростом.

При этом оптимизатор объема движений 7 может изменять скорость как двигателя поворота 4, так и двигателей 9 виброплатформы. При этом регулируется и частота вибраций. Поскольку оптимизатор объема 7 содержит элемент памяти - триггер Шмитта, в котором запоминается значение объема движений при различных значениях частоты вибраций, то методом последовательных приближений оптимизатор 7 подбирает ту частоту вибраций, при которой осуществляется максимальный объем движений. В общем случае объем движений ограничивается величиной мышечной реакции на угловые и линейные взаимные перемещения сегментов конечностей.

Мышечная реакция проявляется как сила сопротивления движению со стороны мышц, которая и замеряется тензодатчиками 6. Сигналы с тензодатчиков 6 сравниваются в оптимизаторе 7 с уставками предельных нагрузок, и при их превышении осуществляется реверс приводов 4 и 9 как вибратора, так и привода поворота. Реверс приводит к уменьшению объема движений, что в свою очередь приводит к изменению и частоты вибраций и скорости поворота платформы 2.

Устройство для восстановления функции суставов, содержащее платформу-основание и подвижную платформу, предназначенные для фиксации сегментов конечностей, связанные между собой шарнирно, подвижная платформа снабжена датчиком угла и соединена с установленным на корпусе электроприводом через тягу, снабженную датчиком сопротивления движению, при этом двигатель электропривода подключен к оптимизатору объема движения, состоящему из преобразователя с раздельным управлением знака и модуля скорости, оптимизатора скорости, первого и второго триггеров Шмитта, задатчика предельного объема движений, задатчика предельного момента сопротивления, генератора тактовых импульсов, а также логического блока, включающего коммутатор, триггер данных и логический элемент «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ», при этом выход датчика сопротивления движению подключен к функциональному входу первого триггера Шмитта, вход управления которого соединен с выходом задатчика предельного момента сопротивления, выход датчика угла, подсоединенного к шарниру, подключен к функциональному входу второго триггера Шмитта, управляющий вход которого соединен с задатчиком предельного объема движений, выходы обоих триггеров Шмитта подключены к входам логического блока, выходом соединенного со входом преобразователя, управляющим знаком скорости вращения, а вход преобразователя, управляющий модулем скорости, соединен с выходом оптимизатора угловой скорости, входом подключенного к датчику угла, отличающееся тем, что платформа-основание снабжена датчиком положения, и соединена с корпусом устройства через снабженную датчиком сопротивления движению упругую тягу посредством вибропривода, выполненного с возможностью задания вибраций в плоскости движения сегментов конечностей и подключенного к выходу дополнительного, аналогичного первому, оптимизатора объема движений, входы которого соединены с датчиком сопротивления движению и датчиком положения платформы-основания, при этом тяга подвижной платформы также выполнена упругой, а датчики сопротивления движению обеих упругих тяг выполнены двухкомпонентными для измерения нагрузки в ортогональных плоскостях, причем оба выхода каждого двухкомпонентного датчика подключены к дополнительно введенным вычислителям среднеквадратичного сопротивления движению, выход каждого из которых подключен к функциональному входу своего оптимизатора объема движений.