Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ НАРУШЕНИЙ ЛОКОМОЦИИ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое изобретение относится к области медицинского приборостроения и может использоваться в тех областях медицины, где необходимо предупредить или лечить нарушение локомоции (биомеханики ходьбы и бега). Обычно такие нарушения возникают у пациентов, длительно не осуществляющих опору на ноги. Это может быть лежачий больной или космонавт в условиях невесомости. Такое состояние может быть также у неврологических больных.

Снятие опорных нагрузок на стопы человека при длительном постельном режиме (больной человек) или в условиях невесомости (космонавт) сопровождается рядом нежелательных изменений в морфологии и в системе управления движениями ног. Изменения касаются сенсорного аппарата стопы, мышечного аппарата голени, костной структуры; происходят изменения в системе регуляции позы человека.

"Сенсорный голод", возникающий в указанных условиях, обусловливает отсутствие начального звена рефлекторной дуги, лежащей в основе управления движениями. Отсутствие восходящей импульсации от механорецепторов ступни создает условия для неблагоприятных изменений в системе локомоции.

Профилактике этих изменений и должно служить предлагаемое изобретение.

Известно "устройство для реабилитации опорно-двигательного аппарата в условиях невесомости" (патент RU 2148981 С1, 14 июля 2000 г.), действие которого на организм обусловлено раздражением рецепторных зон подошвы человека пневмомеханическим давлением, создаваемым в импульсном режиме.

Данное устройство имеет ряд недостатков.

1. Это устройство может быть использовано только индивидуально, например у космонавтов, но его использование весьма затруднительно в клинических условиях при большом количестве пациентов ввиду нижеследующего.

Для осуществления локального давления на анатомически характерные зоны ступней в устройстве имеются два пневмоботинка, снабженных пневмомодулями. "Пневмоботинки" имеют определенный размер, "пневмомодули" располагаются в них жестко в определенных местах, соответствующих зонам скопления фатер-пачиниевых телец на подошве ступни, под размер которой сделан пневмоботинок. Устройство должно быть сделано с учетом индивидуальных особенностей анатомии стопы каждого пациента (прежде всего учитываются размеры по длине и ширине, а также возможные деформации, характерные для ряда заболеваний).

2. Манжеты обжатия в известном устройстве создают раздражение механорецепторов на тыле стопы, которые не имеют никакого отношения к организации реакции опоры и формирования рефлекторной дуги, лежащей в основе управления локомоциями.

Дело в том, что манжеты обжатия, служащие для плотного "притяга" пневмомодулей к подошве, работают в такт подачи давления в пневмомодули, воздействующие на механорецепторы подошвы, т.е. импульсные механические воздействия устройство осуществляет на ступню как снизу, так и сверху. Т.о. происходит обжатие ступни почти целиком, а так как площадь соприкосновения с телом у манжет обжатия больше, чем у пневмомодулей, то ощущение давления сверху выражено сильнее, чем давление на подошвы. Такое обжатие приводит к созданию нефизиологичного, ненужного механического давления на конечность, вызывающего негативную эмоциональную реакцию пациента.

3. Неоправданная конструктивная сложность известного устройства за счет наличия 3 пневмомодулей.

Известное устройство имеет по три пневмомодуля в каждом пневмоботинке. 1 - в пяточной зоне и 2 пневмомодуля - в носковой части ботинка (латеральный и медиальный). Каждый пневмомодуль имеет собственную систему обслуживания (отдельную воздушную линию, клапан, представительство в микропроцессоре). Однако известно, что анатомическое расположение фатер-пачиниевых телец в плюсневой зоне стопы выглядит как два пятна (медиальное и латеральное), функционального различия между этими скоплениями рецепторов нет. Такое расположение телец фатер-пачини обусловлено анатомией стопы: в этих местах давление от опоры сильнее ввиду наличия бугров на подошве стопы.

При осуществлении контактов с опорой эти образования раздражаются (возбуждаются) практически одновременно. Поэтому нагрузочные элементы в передней части ботинка могут быть объединены в один, что существенно упрощает конструкцию и повышает ее надежность.

4. Наличие в известном устройстве "вредного или бесполезного для адаптации рецепторов" минимального давления.

"Дежурное" минимальное давление в пневмомодулях (в это время есть соединение их с ресивером минимального давления) нарушает точность имитации фактора давления и, с этой точки зрения, минимальное давление может рассматриваться как вредное (условия для адаптации рецепторов) или, по крайней мере, как бесполезное.

5. Наличие в известном устройстве второго ресивера обусловливает его конструктивную сложность.

Устройство имеет два ресивера и два уровня давлений - минимальный и максимальный. Назначением устройства является имитация физических факторов воздействия на подошву стопы человека, характерных для локомоций в условиях гравитации. Однако давление на зоны расположения фатер-пачиниевых телец при ходьбе и беге возникает лишь в фазы контакта с опорой, в остальное время давление равно 0. Сброс давления должен происходить до атмосферного. Следовательно, наличие ресивера минимального давления является физиологически неоправданным.

6. Расположение пневмомодулей в корпусе стельки известного устройства ограничивает ход камеры (мембраны), из-за чего ощущения давления снижены.

Предлагаемое устройство, на наш взгляд, устраняет указанные недостатки за счет использования иной конструкции пневмоботинка.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для профилактики и лечения локомоций, которое было бы более эффективным и более простым в изготовлении и использовании. Большая эффективность достигается за счет более физиологичного воздействия на рецепторы, что в свою очередь обеспечивает лучшую имитацию режима ходьбы или бега. Физиологичность воздействия достигается осуществлением более правильного давления на стопу - устранением давления на тыл стопы, устранением минимального давления в системе. Упрощение изготовления и пользования устройством обеспечивается за счет исключения необходимости изготовления специальной обуви и за счет использования имеющейся у пользователя его индивидуальной обуви, за счет исключения второго ресивера, за счет исключения одной пневмокамеры.

Поставленная задача по 1 варианту изобретения достигается тем, что в известном устройстве для профилактики и лечения нарушений локомоций, включающем два ботинка, каждый из которых содержит средство создания давления на рефлексогенные зоны в виде пневмомодулей, состоящих из пневмокамеры, источника давления, представляющего собой компрессор с электродвигателем, соединенным через ресивер, снабженный датчиком давления и регулирующими клапанами, с каждой пневмокамерой, при этом вход управления электродвигателя компрессором, управляющие регулирующих клапанов ресивера и выход датчика давления соединены через блок сопряжения с компрессором, каждый ботинок представляет собой индивидуальную обувь пользователя, количество пневмомодулей для каждого ботинка равно 2, компрессор и ресивер являются едиными для всех пнезмомодулей, ресивер посредством отдельного воздушного шланга соединен с каждой пневмокамерой, дополнительно снабженной электропневмоклапаном, имеющим возможность подачи через него воздуха из ресивера в пневмокамеру и сброса его избытка из пневмокамперы в атмосферу, а также возможность обеспечивать достижение давления в пневмокамере, равного атмосферному, при этом вход управления каждого электропневмоклапана и каждого датчика давления соединены через блок сопряжения с микропроцессором, каждый ботинок дополнительно содержит стельку, размеры которой соответствуют размерам индивидуальной обуви пользователя, стелька снабжена приспособлением для крепления к ней пневмокамер, устанавливаемых с возможностью съема, пневмокамеры выполнены таким образом, что при подаче давления они имеют возможность увеличивать объем по вектору, перпендикулярному к плоскости подошвы стопы, форме и размерам плюсневого отдела стопы, содержащего медиальные и латеральные участки фатер-пачиниевых телец, а форма и размеры пневмокамеры второго пневмомодуля соответствуют размерам и форме пяточной области, также содержащей фатер-пачиниевые тельца.

Устройство может быть дополнительно снабжено дисплеем, отражающим характеристики его работы.

Поставленная задача по 2 варианту достигается тем, что в известном устройстве для профилактики и лечения нарушений локомоций, включающем два ботинка, каждый из которых содержит средство создания давления на рефлексогенные зоны в виде пневмомодулей, каждый из которых в свою очередь выполнен в виде пневмокамеры, источника давления, представляющего собой компрессор с электродвигателем, соединенный через ресивер, снабженный датчиком давления и регулирующими клапанами, с каждой пневмокамерой, при этом вход управления электродвигателя компрессора, управляющие регулирующих клапанов ресивера и выход датчика давления соединены через блок сопряжения с компрессором, каждый ботинок представляет собой индивидуальную обувь пользователя, количество пневмомодулей для каждого ботинка равно 2, компрессор и ресивер являются едиными для всех пневмомодулей, ресивер посредством отдельного воздушного шланга соединен с каждой пневмокамерой, дополнительно снабженной электропневмоклапаном, имеющим возможность подачи через него воздуха из ресивера в пневмокамеру и сброса его избытка из пневмокамеры в атмосферу, а также возможность обеспечивать достижение давления в пневмокамере равного атмосферному, при этом вход управления каждого электропневмоклапана и каждого датчика давления соединены через блок сопряжения с микропроцессором, каждый ботинок дополнительно содержит стельку, размеры которой соответствуют размерам индивидуальной обуви пользователя, стелька снабжена приспособлением для крепления к ней пневмокамер, устанавливаемых с возможностью съема их на участках стельки, один из которых соответствует плюсневому отделу стопы с медиальными и латеральными участками фатер-пачиниевых телец, пневмокамеры выполнены в виде гофра сильфона, снабженного снизу и сверху твердыми пластинками, на верхней пластинке для непосредственного контакта с кожей пользователя размещены с возможностью съема жесткие элементы, при этом отношение площади жесткого элемента к площади поверхности передней (плюсневой) пневмокамеры равно 1:9, а жесткого элемента к площади задней (пяточной) пневмокамеры равно 1:10.

Устройство может быть дополнительно снабжено дисплеем, отражающим характеристики его работы.

Заявленное устройство поясняется фиг.1-4, где обозначены следующие позиции: 1 - ботинок, 2 - электронно-пневматический блок, 3 - пневмокамеры, 4 - компрессор с электродвигателем, 5 - воздушная линия, 6 - ресивер, 7 - датчик давления ресивера, 8 - соединительные шланги, 9 - электропневмоклапан пневмокамеры, 10 - стелька, 11 - цепь управления электропневмоклапана, 12 - пневмокамеры в виде гофра сильфона, 13 - твердые пластинки, 14 - жесткие элементы, 15 - микропроцессор, 16 - регулирующие клапаны, 17 - дисплей, 18 - блок сопряжения.

Пневмокамеры представляют собой герметичные камеры, изготовленные из прорезиненной ткани, объем их небольшой, имеющие пневморазъем для соединения с магистралями, идущими от ресивера через пневмоклапана. На нижней части пневмокамер наклеена ворсовая молния, при помощи которой они крепятся к эластичной гибкой стельке с ответной частью ворсовой молнии.

Пневмокамеры на мягких стельках вкладываются в индивидуальную обувь. Они не ограничены элементами конструкции, их контакт с кожей обширнее, чем в варианте прототипа, и распределение давления от центра камеры к периферии лучше имитирует реальную картину.

Для каждой ноги предназначается по две пневмокамеры - пяточная и плюсневая (задняя и передняя). Передняя камера удлинена, и ее площадь распространяется на медиальную и латеральную зоны расположения фатер-пачиниевых телец.

Уменьшение количества камер приводит к следующим последствиям для одной ноги:

а) только два пневмоввода (трубки) в ботинок;

б) 2 клапана;

в) программа руководит только двумя импульсными подачами давления определенной длительности и регулирует только два интервала времени между импульсами в задней и передней камерах и интервал между импульсами в правом и левом ботинках.

Стельки вкладываются в индивидуальную обувь пациента. Таким образом, появляется возможность расположения пневмокамер с учетом размеров и особенностей стопы пациента, пневмокамеры устанавливаются в нужном месте.

Поскольку предполагается для лечебного сеанса использовать индивидуальную обувь, то системы плотной подгонки (манжет обжатия) не требуется. Такой подход предоставляет преимущества в плане рационального использования максимальной производительности компрессора, поскольку обслуживаемый объем уменьшается больше чем в 2 раза.

Требования к компрессору в этой системе достаточно высокие. Для имитации воздействия в темпе бега система должна в очень короткое время создать давление в пневмокамерах и сбросить его до нуля. Частота циклов может быть большой, требующей больших расходов воздуха. В этих условиях любой дополнительный объем вреден.

Кроме того, при отсутствии манжет обжатия имитация давлений на подошву при локомоциях лучше отражает натуральные условия.

Устройство имеет только один ресивер, удерживающий максимальное заданное давление. Сброс давления в пневмокамерах происходит до 0. Целесообразность такой системы объяснялась ранее.

Компрессор работает в стационарном режиме. Микропроцессор с ним не связан.

Пневмокамеры через пневмоклапаны соединены с электронно-пневматическим блоком (а именно, с ресивером) отдельными трубками. Кроме того, клапаны имеют электрическую связь с блоком, во время сеанса клапаны располагаются на ноге пациента вблизи пневмокамер в манжете, одеваемой на щиколотки пациента.

Электронно-пневматический блок обеспечивает работу, управление и контроль за воздействием на опорные зоны стоп.

Устройство имеет в блоке управления клапанами встроенную клавиатуру из 16 клавиш пленочного типа и жидкокристаллический дисплей.)

Система управления обеспечивает работу изделия в автоматическом режиме с жесткой циклограммой.

В автоматическом режиме с гибкой программой имеется возможность набора различных вариантов длительности работы клапанов и их взаимное включение в циклограмме ходьбы и бега.

Ручной режим обеспечивает раздельное или одновременное включение клапанов.

Давление в пневмокамерах задается по выбору экспериментатора в диапазоне 0-0,5 кгс/см с дискретностью 0,01 кг/см.

Жидкокристаллический дисплей имеет 2 строки, обеспечивающие размещение в каждой строке 20 цифробуквенных символов. На дисплее отображается следующая информация: включение каждого клапана, заданное и текущее давление в ресивере, режим цикла воздействия ("ходьба-1", "ходьба-2", "бег", "стойка"), заданное время цикла, воздействие, оставшееся время цикла.

При режимах с жесткой циклограммой воспроизводятся следующие величины: темп ходьбы (бега), длительность одиночного шага, длительность двойного шага, длительность фазы опоры каждой ноги, длительность двухопорной фазы (для ходьбы), длительность фазы переноса, длительность фазы полета (для бега), причем темп имитируется в следующих величинах: для ходьбы-1 - 75 шагов/мин, для ходьбы-2 - 120 шагов/мин, для бега - 150 шагов/мин.

Время работы системы задается в диапазоне 1-60 мин с дискретностью 1 мин, причем отсчет времени цикла начинается с момента достижения в ресивере заданного давления. Информация о включении клапанов дублируется световым сигналом на светодмодах.

Пневмокамеры выполнены в 2-х вариантах конструкции (варианты могут использоваться в зависимости от задач и возможностей пользователя).

1 вариант - пневмокамеры выполнены в виде герметичных камер из прорезиненной ткани, скроенные и расположенные в ботинке так, что при увеличении давления их объем увеличивается только по направлению вектора, перпендикулярного к плоскости подошвы стопы.

2 вариант представляют пневмокамеры, выполненные в виде резинового гофра сильфона с твердыми пластинами сверху-снизу. На верхней подвижной пластине размещены контактные элементы, передающие импульсы давления на тело в зонах фатер-пачиниевых телец. За счет разницы площадей пневмокамеры и контактного элемента пневмокамеры работают как усилители. На каждую ногу устанавливается по две пневмокамеры.

Передняя плюсневая камера имеет площадь 70-80 см², а контактный элемент - 8-9 см. Соотношение площадей и, соответственно, расчетное соотношение давления в камере и на тело равняется 1:9.

В пяточной зоне расположена камера площадью 40-50 см² с контактным элементом площадью 4-5 см²; таким образом обеспечивается соотношение 1:10.

Различное соотношение давлений в пневмокамере и на тело в пяточной и плюсневой зонах лучше имитирует давление на подошву при реальной ходьбе и беге, когда давление на пятку больше, чем на носок. Использованный прием позволяет при одинаковых давлениях в пневмокамерах (в этой конструкции именно так, поскольку имеется только один ресивер) иметь разное давление в локальных зонах стопы.

Контактные элементы крепятся к пластине при помощи ворсовой молнии. В комплект входит набор контактных элементов различной площади и толщины. За счет толщины контактных элементов можно регулировать глубину продавливания мягких тканей на стопе.

Устройство по 1 варианту работает следующим образом.

Берут стельки 10 (правая и левая) под размер индивидуальной обуви пациента (ботинка) 1. При помощи ворсовой молнии крепят пневмокамеры 3 на стельках 10 в местах, соответствующих расположению фатер-пачиниевых телец в пяточной и плюсневой зонах, соединительные шланги 8, идущие от камер 3, выводят из обуви наружу. Ботинки 1 застегивают, зашнуровывают. На щиколотки пациента одеваются манжеты, содержащие по 2 пневмоклапана 9 на каждую ногу. Соединительные шланги пневмокамер 8 подсоединяют к клапанам 9. Цепи управления 11, идущие от клапанов 9, подсоединяются отдельно для правой и левой ноги через электроразъемы и блок сопряжения 18 к микропроцессору 15. Микропроцессор 15 подсоединяется к источнику электропитания (220В или 27В).

На дисплее 17 при помощи клавиатуры набирается программа воздействия в данном сеансе: величина давления в камерах; режим цикла - "ходьба-1" (75 шагов/мин), "ходьба-2" (120 шагов/мин), бег (150 шагов/мин); время цикла. Включается кнопка "пуск". Запускается программа. Начинает работать компрессор 4. В ресивере 6 создается заданное на дисплее (т.е. на блоке управления) давление. Регулирующие клапаны 16 открываются, если с датчика давления 7 идет сигнал, превышающий заданную величину давления. Связь датчика давления в ресивере с регулирующими клапанами осуществляется через микропроцессор 15.

Давление ресивера через выходные трубки 5 доходит до пневмокамер 3 в моменты времени, когда электроклапапы 9, расположенные в манжете на ноге пациента, открыты на входе. Сброс давления из камеры происходит, когда клапан открыт на выходе. Электрическая связь электроклапанов с микропроцессором обеспечивает выполнение заданной программы сеанса: частоты срабатывания каждого из 4-х ппевмоклапанов (открытие-закрытие входа-выхода), выдерживание интервалов времени - периода давления, паузы между срабатыванием 2 клапанов на каждой ноге, между срабатыванием клапанов на правой и левой ноге, характерных для заданных режимов (ходьба-1, ходьба-2, бег).

Обслуживающий персонал на протяжении всего сеанса отслеживает информацию по дисплею: названия режима, факт срабатывания каждого клапана (дублируется вспыхиванием светодиодов), заданное и текущее давление в ресивере, заданное время цикла, оставшееся время цикла.

По истечении назначенного времени (до 1 часа) происходит автоматическое отключение электропитания.

Пациент освобождается от элементов устройства и проходит осмотр зон воздействия.

Устройство по 2 варианту работает следующим образом.

Берут стельки 10 (правая и левая) под размер индивидуальной обуви пациента (ботинка) 1. При помощи ворсовой молнии крепят пневмокамеры 3 в виде гофра сильфона 12 на стельках 10 в местах, соответствующих расположению фатер-пачиниевых телец в пяточной и плюсневой зонах,

Пневмокамеры 3 в виде сильфонов 12 снабжены снизу и сверху твердыми пластинками 13, на верхней пластинке для непосредственного контакта с кожей пользователя размещены с возможностью съема жесткие элементы 14. Выбор размеров пневмокамер осуществляется из условия, чтобы отношение площади жесткого элемента 14 к площади поверхности передней (плюсневой) пневмокамеры равно 1:9, а жесткого элемента к площади задней (пяточной) пневмокамеры равно 1:10. Соединительные шланги 8, идущие от камер 12, выводят из обуви наружу. Ботинки 1 застегивают, зашнуровывают. На щиколотки пациента одеваются манжеты, содержащие по 2 пневмоклапана 9 на каждую ногу. Соединительные шланги пневмокамер 8 подсоединяют к клапанам 9. Цепи управления 11, идущие от клапанов 9, подсоединяются отдельно для правой и левой ноги через электроразъемы и блок сопряжения 18 к микропроцессору 15. Микропроцессор 15 подсоединяется к источнику электропитания (220 В или 27).

На дисплее 17 при помощи клавиатуры набирается программа воздействия в данном сеансе: величина давления в камерах; режим цикла - "ходьба-1" (75 шагов/мин), "ходьба-2" (120 шагов/мин), бег (150 шагов/мин); время цикла. Включается кнопка "пуск". Запускается программа. Начинает работать компрессор 4. В ресивере 6 создается заданное на дисплее (т.е. на блоке управления) давление. Регулирующие клапаны 16 открываются, если с датчика давления 7 идет сигнал, превышающий заданную величину давления. Связь датчика давления в ресивере с регулирующими клапанами осуществляется через микропроцессор 15.

Давление ресивера через выходные трубки 5 доходит до пневмокамер 12 в моменты времени, когда электроклапаны 9, расположенные в манжете на ноге пациента, открыты на входе. Сброс давления из камеры происходит, когда клапан открыт на выходе. Электрическая связь электроклапанов с микропроцессором обеспечивает выполнение заданной программы сеанса: частоты срабатывания каждого из 4-х пневмоклапанов (открытие-закрытие входа-выхода), выдерживание интервалов времени - периода давления, паузы между срабатыванием 2 клапанов на каждой ноге, между срабатыванием клапанов на правой и левой ноге, характерных для заданных режимов (ходьба-1, ходьба-2, бег).

Обслуживающий персонал на протяжении всего сеанса отслеживает информацию по дисплею: названия режима, факт срабатывания каждого клапана (дублируется вспыхиванием светоднодов), заданное и текущее давление в ресивере, заданное время цикла, оставшееся время цикла.

По истечении назначенного времени (до 1 часа) происходит автоматическое отключение электропитания.

Пациент освобождается от элементов устройства и проходит осмотр зон воздействия.