Компрессионная одежда, выполненная с использованием синтетических искусственных мышц
Владельцы патента RU 2651448:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)
Изобретение относится к медицине и предназначено для улучшения кровоснабжения конечностей путем создания градиентной статической и/или динамической компрессии во времени за счет контролируемого сокращения и расслабления синтетических искусственных мышц. Сокращение синтетических искусственных мышц происходит при их нагревании. При остывании синтетические искусственные мышцы принимают исходную форму и размер. Интенсивность и продолжительность сокращения синтетических искусственных мышц регулирует микроконтроллер. Охлаждение искусственных мышц происходит за счет естественной конвекции воздуха. Компрессионная одежда может найти применение для профилактики осложнений хронической венозной недостаточности нижних и верхних конечностей, для поддержания мышечного тонуса лежачих больных, работников, проводящих длительное время в вынужденной неудобной позе, для реабилитации больных, страдающих анорексией, а также для ускорения восстановления и вывода из организма молочной кислоты у людей, ведущих активный образ жизни. 5 ил.
Изобретение относится к медицине и предназначено для улучшения кровоснабжения ног и рук путем создания градиентной статической и/или динамической компрессии во времени за счет контролируемого сокращения и расслабления синтетических искусственных мышц.
Известен СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТОГО КОМПРЕССИОННОГО ИЗДЕЛИЯ И ИЗДЕЛИЕ, ПОЛУЧЕННОЕ ТАКИМ СПОСОБОМ (RU 2604 448 С2, опубл. 10.12.2016), имеющее, по меньшей мере, один паголенок, один мысок, одну пятку и один след, включающий в себя этап вязания паголенка и следа, по меньшей мере, одной сеточной нити на двухцилиндровой вязальной машине. Данное изобретение описывает компрессионные изделия, носки или гольфы, чулки, колготки или дополнительные рукава, которые используются для предотвращения или лечения проблем венозного кровообращения, в частности в нижней или верхней конечностях, а также патологий, связанных с ненадлежащей работой лимфатической системы, и уменьшения отеков.
Недостатком такого изобретения является передача на участки конечностей человека исключительно статической компрессии определенного уровня. Соответственно для варьирования уровня компрессии необходимо менять само изделие, не имеющее регулировки давления. Недостатком является также отсутствие динамического режима передачи компрессионной нагрузки на конечность и постепенное ослабление компрессии за счет деградации и релаксации материала нити.
Известно также ГРАДУИРОВАННОЕ КОМПРЕССИОННОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ОТДЕЛЬНЫЕ ОСНОВНОЕ ПОЛОТНО И ЛЕНТЫ (RU 2551011 С2, опубл. 20.05.2015). Данное изобретение относится к области медицины, а именно к устройствам для лечения нарушений кровообращения, например лимфедемы, отеков и заболеваний вен, и способам их подгонки к части тела пациента. Компрессионный предмет одежды содержит основное полотно и множество лент. Полотно выполнено с такими размерами, что его можно обернуть вокруг части конечности пациента. Способ подгонки компрессионного предмета одежды к части тела пациента включает выбор положения на основном полотне, в котором каждую из множества лент надлежит прикрепить в соответствии с частью конечности пациента. Подразумевается оборачивание каждой ленты вокруг части полотна для приложения лечебного сжатия к конечности пациента. Данная группа изобретений обеспечивает создание компрессионного предмета одежды одного размера, который подходит всем и который можно легко и быстро подогнать таким образом, чтобы он соответствовал конечности пациента как по профилю окружности, так и по длине.
Недостатком такого изобретения является отсутствие возможности прикладывать давление к конечности тела человека в динамическом режиме, то есть с изменением уровня компрессии во времени, и недостаточная фиксация по месту с необходимостью периодически повторяющейся подгонки.
Известно также КОМПРЕССИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПОСЛЕ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ НА ВЕНЕ ИЛИ ПОСЛЕ ВНУТРИВЕННОГО ЛЕЧЕНИЯ (RU 2394540 С1, опубл. 20.07.2010), которое содержит оболочку из эластичного материала и цилиндрическую вставку. Ортопедическое устройство в соответствии с данным изобретением состоит из чулка, который охватывает всю ногу, и вставки, расположенной в верхней части этой оболочки на уровне бедра для заполнения венного канала. Эта вставка действует наподобие «концентратора» давления между чулком (оболочкой) и ногой. Изобретение обеспечивает заполнение анатомического пространства, высвобожденного в результате хирургического вмешательства, в частности венного канала, или сжатия большой подкожной вены нижней конечности после внутривенного лечения.
Недостатком такого изобретения является передача на участки конечностей человека исключительно статической компрессии определенного уровня. Соответственно для варьирования уровня компрессии необходимо менять само изделие, не имеющее регулировки давления. Недостатком также является отсутствие возможности прикладывать давление к конечности тела пациента в динамическом режиме, то есть с изменением уровня компрессии во времени в зависимости от внешних условий или внутривенного давления пациента.
Прототипом является КОМПРЕССИОННАЯ ОДЕЖДА (RU 2530362 С2, опубл. 10.10.2014), предназначенная для ношения на коже и состоящая из поддающегося растяжению материала. Компрессия создается за счет перемычек почти треугольной формы, которые обращены к коже.
Недостатком компрессионной одежды является ее статическая компрессия, при которой создаваемое давление на мышцы и кровеносные сосуды является постоянным во времени. Динамическая компрессия должна способствовать более интенсивному кровообращению. К тому же создаваемая компрессия должна иметь различную силу в зависимости от терапевтического или профилактического применения. Поэтому традиционная компрессионная одежда подбирается по размеру и назначению, в отличие от предлагаемого изобретения, где за счет присутствия синтетических искусственных мышц компрессия может быть как динамической, так и статической во времени, с различной силой воздействия, которая регулируется микропроцессором.
Технический результат заключается в формировании компрессионной одежды на основе эластичной текстильной ткани и вплетенных в тангенциальном направлении синтетических искусственных мышц, способных к контролируемым сокращениям при нагревании. За счет синтетических искусственных мышц становится возможным создание градиентной компрессии, с пространственным разрешением компрессии, определяемой толщиной синтетических искусственных мышц, сила и направление которой может изменяться во времени в широких пределах в зависимости от преследуемых терапевтических и/или профилактических целей воздействия на организм.
Технический результат достигается за счет изготовления компрессионной одежды, выполненной на основе эластичной текстильной ткани, с манжетами для обеспечения плотной фиксации на теле, вплетенными в тангенциальном направлении с определенным шагом синтетическими искусственными мышцами, способными к контролируемым сокращениям. Синтетические искусственные мышцы обеспечивают градиентную статическую и/или динамическую компрессию во времени с различной интенсивностью. Синтетические искусственные мышцы подключаются к гибкому электроду, проходящему вдоль компрессионной одежды и соединенному через контактные провода с микроконтроллером, через который осуществляется управление синтетическими искусственными мышцами путем подачи электрического сигнала от источника питания. При этом синтетические искусственные мышцы могут быть изготовлены из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена и/или нейлона. Компрессионная одежда, выполненная с использованием синтетических искусственных мышц, может найти применение для профилактики осложнений хронической венозной недостаточности нижних и верхних конечностей, для поддержания мышечного тонуса лежачих больных, работников, проводящих длительное время в вынужденной неудобной позе, для реабилитации больных, страдающих анорексией, а также для ускорения восстановления и вывода из организма молочной кислоты у людей, ведущих активный образ жизни.
Изобретение поясняется чертежами. На Фиг. 1 представлено схематическое изображение компрессионной одежды - чулка голени, выполненного из эластичной текстильной ткани с вплетенными в тангенциальном направлении синтетическими искусственными мышцами. Фиг. 1 поясняется контактными проводами 1, через которые осуществляется передача сигнала от микроконтроллера, манжетой 2 для плотной фиксации чулка на голени, основой компрессионной одежды 3, выполненной из эластичной текстильной ткани, гибким электродом 4, к которому подключаются синтетические искусственные мышцы, и синтетическими искусственными мышцами 5, распложенными в тангенциальном направлении с определенным шагом относительно друг друга.
На Фиг. 2 представлены фотографии единичных синтетических искусственных мышц, демонстрирующие их расслабление при температуре -25°С и сокращение при температуре -55°С.
Зависимость напряжения, развиваемого единичной синтетической искусственной мышцей, от температуры ее нагрева приведена на Фиг. 3.
Компрессионная одежда выполнена в виде чулка для голени (Фиг. 4), где представлены микроконтроллер с аккумуляторной батареей 6, манжеты 7 для плотной фиксации чулка на голени, основа чулка 8, выполненная из эластичной текстильной ткани, гибкий электрод 9, к которому подключаются синтетические искусственные мышцы, синтетические искусственные мышцы 10, распложенные в тангенциальном направлении с определенным шагом относительно друг друга и изготовленные из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и многостенных углеродных нанотрубок, контактные провода 11, через которые осуществляется передача сигнала от микроконтроллера.
Компрессионная одежда выполнена в виде рукава для плеча руки (Фиг. 5) и состоит из микроконтроллера 12 с аккумуляторной батареей, манжет 13 для плотной фиксации рукава на плече, основы рукава 14, выполненной из эластичной текстильной ткани, гибкого электрода 15, к которому подключаются синтетические искусственные мышцы, синтетических искусственных мышц 16, распложенных в тангенциальном направлении с определенным шагом относительно друг друга и изготовленных из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и многостенных углеродных нанотрубок, контактных проводов 17, через которые осуществляется передача сигнала от микроконтроллера.
Синтетические искусственные мышцы могут быть изготовлены из высокоориентированных волокон: сверхвысокомолекулярного полиэтилена, и/или нейлона, и/или других высокомолекулярных соединений, путем закручивания в спираль (пружину) особым образом. Синтетические искусственные мышцы содержат равномерно распределенные токопроводящие частицы в количестве, достаточном для достижения перколяционного эффекта и выработки тепла при прохождении через них электрического тока для локального разогрева, приводящего к сокращению синтетических искусственных мышц. При этом токопроводящие частицы содержатся только внутри объема синтетических искусственных мышц и не выходят на поверхность. Подаваемое напряжение на единичную синтетическую искусственную мышцу рассчитывается исходя из нескольких условий: диаметра мышцы, типа и концентрации токопроводящего наполнителя и силы компрессии.
Принцип работы компрессионной одежды, на примере чулка голени Фиг. 1, заключается в следующем: манжета чулка 2 обеспечивает плотную фиксацию компрессионной одежды на участке тела, через контактные провода 1 осуществляется подача электрического напряжения от микроконтроллера на гибкий электрод 4, который обеспечивает распределение электрического напряжения на синтетические искусственные мышцы 5. При подаче электрического напряжения на синтетические искусственные мышцы происходит их локальный разогрев за счет присутствия в их объеме токопроводящих частиц. При нагревании синтетических искусственных мышц происходит их сокращение (сжатие) (Фиг. 2), что создает компрессию на выбранном участке тела. Синтетические искусственные мышцы не имеют прямого контакта с кожей, так как изолируются эластичной текстильной тканью 3. В зависимости от температуры разогрева синтетических искусственных мышц регулируется сила их сжатия (компрессии) согласно Фиг. 3. Температурой синтетических искусственных мышц и, соответственно, силой компрессии управляет микроконтроллер. Расслабление синтетических искусственных мышц (снятие компрессии) осуществляется за счет их охлаждения путем естественной конвекции воздуха через поры эластичной текстильной ткани, являющейся основанием компрессионной одежды.
В качестве примера можно привести компрессионную одежду, выполненную в виде чулка для голени (Фиг. 4) и компрессионную одежду, выполненную в виде рукава для плеча руки (Фиг. 5). В качестве основы компрессионной одежды используется эластичная текстильная ткань. Синтетические искусственные мышцы изготовлены из ориентированных волокон СВМПЭ, содержащих токопроводящие наночастицы - многостенные углеродные нанотрубки.
Компрессионная одежда обладает следующими техническими характеристиками:
- возможность создания градиентной компрессии, с пространственным разрешением компрессии, определяемой толщиной синтетических искусственных мышц;
- возможность поддержания статической и/или динамической компрессии во времени;
- температура эластичной текстильной ткани компрессионной одежды, имеющей непосредственный контакт с кожей, за счет ее вторичного нагрева от синтетических искусственных мышц не более 40°С, при температуре окружающей среды не более 25°С.
Компрессионная одежда, выполненная на основе эластичной текстильной ткани, с манжетами для обеспечения плотной фиксации на теле, вплетенными в тангенциальном направлении с определенным шагом синтетическими искусственными мышцами, способными к контролируемым сокращениям для обеспечения градиентной статической и/или динамической компрессий во времени с различной интенсивностью и подключаемые к гибкому электроду, проходящему вдоль компрессионной одежды и соединенному через контактные провода с микроконтроллером, через который осуществляется управление синтетическими искусственными мышцами путем подачи электрического сигнала от источника питания, при этом синтетические искусственные мышцы могут быть изготовлены из волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена и/или нейлона.
