Результат интеллектуальной деятельности: Коррекционный корсет

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к функционально-корректирующим корсетам для лечения сколиоза.

В мировой практике корсетирование используется уже более 30 лет как основной способ консервативного лечения сколиоза у детей и подростков. Для таких пациентов корсетирование предотвращает развитие заболевания и снижает вероятность назначения операционного лечения в будущем. Существует большое количество коррекционных корсетов, многие из которых могут служить аналогом данному предложению. В сложных случаях, например при больших деформациях позвоночника (углах Кобба больше 20-40 градусов), при искривлениях одновременно в саггитальной и горизонтальной плоскостях, а также при необходимости деротации позвоночного столба используется коррекционный корсет (КК) Шено (патент на полезную модель UA 48641, опубл. 25.03.2010, МПК: A61F 5/02 (2006.01), принятый за прототип) или «типа Шено» («Ортопедия, травматология и протезирование», 2009 г., №4, 97-100).

По признанию SOSORT (Международное Общество по сколиозу, ортопедии и методам реабилитации) в случаях, когда требуются длительные и значительные воздействия сразу в нескольких точках тела, такой корсет наиболее эффективен. Принятый за прототип корректирующий корсет имеет пластиковую гильзу с дополнительными корректирующими вставками-пелотами, расположенными с выпуклой стороны искривлений, и зонами расширения, расположенными с вогнутой стороны искривлений и находящимися напротив соответствующих пелотов. Основным элементом КК является сравнительно большой пластиковый корпус (гильза), индивидуальная конструкция которой позволяет наиболее точно задать трехмерный вектор корректирующего воздействия на туловище и позвоночник пациента. Такой вектор формируется за счет тарированного силового воздействия на тело в четко выраженных зонах (точках воздействия), на которые оказывают давление выступающие (внутрь) части гильзы либо дополнительные вставки-пелоты. При этом существуют также зоны разгрузки, куда направляется вытесненный объем тела. Величина силового воздействия корсета на тело в контрольной точке зависит от конфигурации гильзы (или пелота) в окрестности данной точки. Для каждого типа сколиоза характерны вполне определенные схемы воздействия (зоны воздействия и разгрузки). Помимо заданной амплитуды силового воздействия на позвоночник важным лечащим фактором является естественно длительность этого воздействия. В КК этот параметр регистрируется датчиком времени ношения (ДВН), вмонтированным вместе с источником питания в гильзу или пелот в одной из точек воздействия. Такой датчик вклеивается в КК на последней стадии его изготовления. Его наличие в КК обуславливается ослабленным личным контролем подростков за процессом ношения корсета. Следует отметить, что корректирующий вектор воздействия сохраняется, только если «работают» все точки воздействия (в корсете Шено их обычно не меньше трех). Исключение из работы хотя бы одной такой точки меняет вектор (как по величине, так и по направлению), а это может не только свести на нет эффект лечения, но и нанести вред пациенту. Корректное значение времени ношения корсета должно таким образом учитывать длительность одновременного силового воздействия во всех контрольных точках корсета.

В качестве ДВН ранее применялись датчики температуры, в настоящее время используются также малогабаритные тензодатчики или датчики давления (Chalmers Е. &oth. An advanced compliance monitor for patients undergoing brace treatment for idiopatic scoliosis // Medical Engineering and Physics, 2015, №2 (37), p. 203-209).

В современных немецких КК в качестве ДВН применяют миниатюрный датчик TheraMon, спроектированный для использования в стоматологии. Он периодически измеряет и записывает температуру с привязкой ко времени (TheraMon - useful device в ортодонтической практике; www.olgakaraban.blogspot.ru/2013). Такой датчик позволяет судить о длительности нахождения человека в корсете, однако не дает гарантии корректного измерения времени действия заданного вектора воздействия, поскольку используется обычно лишь в единственном числе (в одной из точек воздействия) из-за его высокой стоимости. Кроме того, для работы датчика требуется регулярная замена батарейки. Последние два обстоятельства можно отнести к недостаткам выбранного прототипа (стандартного корсета типа Шено).

Известны спортивные наручные часы, не имеющие собственного источника питания Matrixpowerwatch (www powerwatch.com; geektimes.ru). Источником электричества в данном случае служит элемент Пельтье (термоэлектрический генератор - ТЭГ), который работает от тепла человеческой руки, точнее - от разницы температур руки и окружающей среды. При комнатной температуре ТЭГ этих часов выдает (после усиления) напряжение около 3В, что оказывается достаточным для работы жидкокристаллического дисплея часов. Хотя мощность подобных источников питания очень невелика, компания Matrix рассматривает также возможность их применения в медицинских изделиях (my-SmartWatch.com).

Задача настоящего предложения - повышение корректности фиксации заданного вектора воздействия на позвоночник за счет применения модулей Пельтье (ТЭГ) в качестве ДВН в «многоточечной» системе контроля.

Техническим результатом такого решения является повышение надежности регистрации времени корректного воздействия корсета на пациента и снижение стоимости корсета за счет использования более дешевой элементной базы (модулей Пельтье вместо датчиков TheraMon).

Технический результат достигается тем, что в коррекционном корсете, включающем пластиковую гильзу и датчик времени ношения, во всех точках силового воздействия на туловище пациента в гильзу вмонтированы электрически связанные последовательно модули Пельтье, образующие батарею так, что холодная пластина каждого модуля размещена на внешней поверхности гильзы и контактирует с окружающей средой, а теплая пластина размещена на внутренней поверхности гильзы, контактирующей с туловищем пациента, при этом к батарее упомянутых модулей параллельно подключены датчик времени ношения и пороговый ограничитель напряжения, минимальное напряжение срабатывания равно сумме номинальных рабочих напряжений всех элементов Пельтье, а рабочее сопротивление пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением датчика времени ношения.

Кроме того, на внешней поверхности гильзы наклеены фрагменты металлической фольги, находящиеся в тепловом контакте с внешними холодными пластинами модулей Пельтье.

Суть данного предложения заключается в использовании в качестве контактных датчиков корсета термоэлектрических модулей (модулей Пельтье), работающих от тепла человеческого тела. При этом число упомянутых модулей в гильзе должно соответствовать числу заданных точек воздействия, а датчик времени ношения работает лишь в случае, когда туловище контактирует со всеми этими точками. Только в этом случае пороговый ограничитель напряжения разомкнут, и ток идет через датчик. В противном случае батарея элементов Пельтье замыкается накоротко через пороговый ограничитель напряжения, имеющий малое сопротивление, и датчик не работает. Стоит заметить, что хотя КПД современных модулей Пельтье (как и солнечных батарей) лишь немного превышает 10%, прогресс в физике твердого тела позволяет надеяться на увеличение энергоэффективности подобных ТЭГ в будущем. Тем не менее уже сейчас такая система контроля за ношением корсета будет вполне работоспособна, что доказывает работоспособность часов Matrixpowerwatch (www.powerwatch.com), где условия для функционирования элементов Пельтье гораздо хуже.

Суть предложения поясняется на фиг. 1, где условно гильза КК изображена в виде полого цилиндра с двумя «вмятинами» (зонами воздействия на тело) и противоположными «проемами» (зонами разгрузки). При этом приняты обозначения: 1 - пластиковая гильза; 2 - модули Пельтье; 3 - холодные пластины модулей Пельтье; 4 - теплые пластины модулей Пельтье; 5 - пороговый ограничитель напряжения; 6 - датчик времени ношения; 7 - наружный фрагмент металлической фольги.

Здесь модули Пельтье (2), вмонтированы в пластиковую гильзу (1) в зонах ее воздействия на тело таким образом, что их теплая пластина (4) будет контактировать с туловищем пациента, а холодная пластина (3) находится вне гильзы и может свободно контактировать с окружающей средой. Для повышения эффективности теплоотвода от «холодной» пластины (3) последняя может также контактировать с фрагментом металлической фольги (7), наклеенной на внешнюю поверхность гильзы (1). Модули Пельтье (2) электрически последовательно связаны в батарею, к которой параллельно подключены пороговый ограничитель напряжения (5) и датчик времени ношения (6). Последний может размещаться в гильзе (1) в любом подходящем для этого месте, на ее внешней поверхности. Сюда же наклеен фрагмент металлической фольги (7), который находится в тепловом контакте с внешней холодной пластиной (3) модуля Пельтье (2) и является дополнительным тепловым радиатором для последнего. Работает предложенная система следующим образом. После того, как пациент одевает корсет внутренняя поверхность гильзы (1) и внутренняя теплая пластина (4) модулей Пельтье (2) нагреваются до температуры тела. Между пластинами (3) и (4) этих модулей устанавливается определенная разность температур, зависящая от температуры окружающей среды. При этой же температуре находится и фрагмент металлической фольги (7), облегчающий теплоотвод от внешней пластины (3) модулей (2). В обычных условиях температурная разница между пластинами модулей составляет около 20°С (так же, как и в часах MatrixPowerwatch). Батарея модулей (2) в этих условиях дает суммарную разность потенциалов всех элементов Пельтье (в данном случае эти потенциалы одинаковы). Данное суммарное напряжение является критичным для порогового ограничителя (5) - начиная с него, он перестает проводить ток (как предохранитель), и ток поступает на датчик времени ношения (6). Если в какой-либо точке тепловой контакт с телом пропадает, суммарное напряжение термоэлектрических элементов (их батареи) падает, она замыкается на пороговый ограничитель напряжения (6), имеющий незначительное сопротивление, и датчик (6) перестает работать. Если контакт восстанавливается, пороговый преобразователь (5) снова разрывает цепь, и датчик (6) снова начинает фиксировать время. После снятия корсета разница температур и напряжение на пластинах (3) и (4) исчезают, и датчик (6) также перестает работать.

Следует отметить, что в отличие от «термоэлектрических» часов в корсете площади пластин модуля Пельтье, а следовательно и рабочие токи могут быть гораздо больше, а это повышает надежность работы термоэлектрической системы.

В целом предлагаемая система учета суммарного времени ношения корсетов типа Шено, позволяет повысить точность определения времени его корректного ношения, когда задействованы все контрольные точки, и корсет оказывает рекомендованное лечебное воздействие. Это особенно актуально при ослабленном контроле за процессом самих пациентов (например, детей и подростков) и позволяет судить об эффективности рекомендованной схемы лечения.