Область техники.

Изобретение относится к устройствам для восстановления двигательных функций пациентов, в частности, имеющих парез или паралич нижних конечностей. Изобретение может применяться для выполнения комплексных реабилитационных упражнений в вертикальной позиции пациента и может использоваться как в соответствующих медицинских учреждениях, так и в домашних условиях.

Предшествующий уровень техники

Известны умные имитаторы ходьбы, способные виртуально реализовывать движения, выполняемые во время ходьбы (см. например патенты [1], [2]), в которых пользователь использует шлем виртуальной реальности, позволяющий пользователю ощутить виртуальную реальность во время движения таким же образом, как и реальное движение человека в виртуальном пространстве. Головной шлем виртуальной реальности — это устройство, позволяющее частично погрузиться в мир виртуальной реальности, создающее зрительный и акустический эффект присутствия в заданном управляющим компьютером пространстве. Представляет собой конструкцию, надеваемую на голову, снабженную видеоэкраном и акустической системой.

Эти умные имитаторы ходьбы предназначены для здоровых людей и не предназначены для восстановления двигательных функций пациентов.

Известны способы и устройства для восстановления двигательных функций пациентов с использованием шлема виртуальной реальности. Например, известен способ обучения ходьбе и движениям пациента с психоневрологическими нарушениями и заболеваниями опорно-двигательного аппарата путем фиксации туловища и верхних и нижних конечностей в физиологическом положении посредством функционального скелета. Перед лицом пациента установлена панель воспроизведения видео- и аудиоинформации, отображающая перемещение пациента в виртуальном пространстве синхронно с отклонениями жестких элементов функционального скелета, имитирующих верхние и нижние конечности. Конструктивно панель воспроизведения может быть выполнена в виде экрана либо в виде шлема виртуальной реальности, надеваемого на голову пациента [3]. Известно устройство для имитации ходьбы с использованием шлема виртуальной реальности, который можно использовать для обучения ходьбы инвалидов. С помощью этого устройства участники могут имитировать ходьбу по горизонтали, по склонам и по ступеням и т. д. Устройство используется также для количественной оценки качества выполнения протезов ног пациентов, потерявших ногу. Устройство включает в себя головной шлем виртуальной реальности, показывающий участникам изображения в виде трехмерных изображений [4] .

Недостатками этих двух аналогов являются ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия данных о состоянии пациента во время тренировки, а также сложность и низкая эффективность механической части устройства, предусмотренной для имитации ходьбы.

Известны имитаторы ходьбы типа ИМИТРОН, предназначенного для реабилитации при порезах, параличах нижних конечностей, после травм и заболеваний спинного и головного мозга. Основное преимущество имитаторов ходьбы типа ИМИТРОН в том, что он полностью воспроизводит процесс ходьбы, даже если пациент совсем не может передвигаться самостоятельно. Имитатор ходьбы типа ИМИТРОН вырабатывает автоматическую привычку держать ноги правильно. Элементы конструкции двигаются одновременно, поддерживая адинамичные (бессильные) конечности в правильном положении. Принцип действия имитатора ходьбы заключается в том, что пациент с помощью обеих рук приводит в движение механизм, который двигает нижние конечности, имитируя процесс ходьбы. Вертикальная позиция туловища удерживается специальной системой стабилизации [5].

В качестве наиболее близкого аналога по общим конструктивным признакам нами выбран имитаторы ходьбы, описанный в патенте РФ [6]. Данный имитатор ходьбы по своей конструкции принадлежит к вышеуказанным имитаторам ходьбы типа ИМИТРОН и содержит станину, систему поддержания вертикального положения тела пациента, регулируемую по высоте и глубине на уровне пояса пациента, кинематически связанную систему верхних рычагов с рукоятками и нижних рычагов, соединенных с опорными площадками для ног, обеспечивающую пассивные шагообразные перемещения нижних конечностей путем воздействия на верхние рычаги руками.

Недостатками как имитаторов ходьбы типа ИМИТРОН вообще, так и прототипа в частности являются ограниченные функциональные возможности. Пациенты с адинамичными нижними конечностями нуждаются в длительной реабилитационной тренировке, и принцип существующих имитаторов ходьбы типа ИМИТРОН в основном заключается в том, чтобы позволить пациенту воспроизводить процесс ходьбы. Однако, такая реабилитационная тренировка пациента будет болезненной и долгой. Скучная и болезненная реабилитационная тренировка ослабляет желание и энтузиазм пациентов к реабилитационным тренировкам. Поэтому желательно в процессе реабилитационной тренировки использовать также и психологические компоненты лечения и повысить привлекательность процесса, чтобы пациенты имели положительное психическое состояние, а методы тренировки помогли пациентам оправиться от поврежденных нервов. Комбинация психологических воздействий и физических методов тренировки повысит эффективность лечения и поможет вызвать у пациентов желание пройти реабилитационную тренировку. Ограниченность функциональных возможностей прототипа проявляется также в отсутствии данных о состоянии пациента во время тренировки.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и повышение эффективности лечения.

Сущностью изобретения является умный имитатор ходьбы, содержащий станину, систему поддержания вертикального положения тела пациента, регулируемую по высоте и глубине, кинематически связанную систему верхних рычагов с рукоятками и нижних рычагов, соединенных с опорными площадками для ног, обеспечивающую пассивные шагообразные перемещения нижних конечностей путем воздействия на верхние рычаги руками, который согласно изобретению дополнительно содержит блок управления, головной шлем виртуальной реальности, бесконтактно подключенный к блоку управления, экран для показа данных о тренировке, бесконтактно подключенный к блоку управления, а также сенсорные датчики для передачи на блок управления данных о тренировке, причем датчики установлены на устройстве в зоне плеч, поясницы, тазобедренного сустава, колен пациента и на рукоятках. На рукоятках размещены также кнопки для управления игрой.

Краткое описание графических материалов

На чертеже представлен схематично общий вид предлагаемого умного имитатора ходьбы с условной фигурой пациента.

Реализация изобретения

Устройство содержит: (1) - станина имитатора; (2) - система верхних рычагов; (3) - шарниры, на которых подвешены рычаги; (4) - опорные площадки для ступней 3 ног пациента; (5) - нижние рычаги, выполненные регулируемыми по длине с фиксатором длины (6); (7) - ремни, фиксирующие стопы пациента на площадках (4); (8) - вертикальная трубчатая стойка, закрепленная на станине (1), на которой установлены с возможностью вертикального и горизонтального перемещения и с возможностью фиксирования две горизонтальные стойки (9) и (10). Верхняя стойка (9) с подушкой является плечевой опорой, а нижняя стойка (10) с подушкой - поясничной опорой. Вертикальное положение стойки (8) устанавливается посредством фиксатора

(11). Плечевая и поясничная опоры снабжены фиксирующими пациента бандажами

(12). Грудная опора сформирована вертикальной трубчатой стойкой, закрепленной с лицевой стороны на станине (1), на которой, на уровне груди, расположена с возможностью вертикального и горизонтального перемещения и с возможностью фиксирования горизонтальная стойка с подушкой (13). На верхнем конце вертикальной стойки выполнена площадка, на которой расположен экран (14), бесконтактно подключенный к блоку управления. Устройство содержит головной шлем виртуальной реальности (15), бесконтактно подключенный к блоку управления, а также сенсорные датчики для передачи на блок управления данных о тренировке, причем датчики установлены на устройстве: в зоне плеч - сенсор (16) на плечевой опоре, в зоне поясницы- сенсор (17) на поясничной опоре, в зоне тазобедренного сустава - на шарнире (3), в зоне колен пациента - сенсор (18) на нижних рычагах, а также на рукоятках и бесконтактно соединены с блоком управления. Положение вертикальной стойки для экрана и грудной опоры устанавливается и фиксируется регулятором (19). В примере конкретного исполнения блок управления выполнен с экраном как единое целое и на чертеже не показан. На рукоятках размещены также кнопки для управления игрой. Передние концы опорных площадок для ног (4) посредством регулируемых по длине рычагов (20) соединены с верхними рычагами. Регулирование длины рычагов (20) проводят для выбора наклона площадок для ступней ног (4) с целью оптимальной имитации ходьбы. Регулирование длины рычагов (20) проводят регулятором (21). Для комфорта пользователя устройство снабжено мягкой опорой для рук (22).

Умный имитатор ходьбы предназначен для людей с травмами головного и спинного мозга, детским церебральным параличом, нейродегенеративными заболеваниями (болезнь Паркинсона, Альцгеймера, рассеянный склероз, энцефалит и др ), для людей, ставшими инвалидами вследствие инсульта. Умный имитатор ходьбы является устройством для нейрореабилитации. Имитатор ходьбы работает следующим образом. Пациент находится в вертикальном положении в устройстве, при помощи системы поддержания вертикального положения тела пациента, регулируемую по высоте и глубине. В примере конкретного исполнения система поддержания вертикального положения тела пациента выполнена в виде плечевой, поясничной и грудной опоры, установленных на устройстве на уровне пояса, плеч и груди пациента. Для размещения пациента в имитаторе в вертикальном положении, плечевая, поясничная и грудная опоры отводятся на трубчатых стойках и, в выбранном по высоте и глубине положении в соответствии с ростом и габаритами пациента, эти опоры фиксируются. В случае необходимости устройство также имеет возможность поднимать и устанавливать пациента в вертикальное положение с помощью электродвигателя. Ступни ног пациента, стоящие на опорных площадках (4), фиксируются ремнями (7) для исключения непроизвольных движений ногами при некоторых видах заболеваний, а кисти рук с этой же целью фиксируются ремнями. Перемещая руками рычаги (2), пациент синхронно перемещает нижние рычаги (5), соединенные с опорными площадками для ступней ног (4), одновременно двигая нижними парализованными конечностями, имитируя ходьбу. Выполнение нижних рычагов (5) регулируемыми по длине, приводящими в принудительные движение ноги пациента при имитации ходьбы, позволяет осуществлять реабилитационные процедуры для пациентов с большой разницей в росте. С помощью сенсорных датчиков, установленных на устройстве в зоне плеч, поясницы, тазобедренного сустава, колен пациента и на рукоятках, получают информацию о длине и количестве шагов, пройденном расстоянии, времени, частоте сердечных сокращений, затраченных калориях, а также положении тела (правый и левый наклоны). Полученная информация собирается как в базе данных, так и воспроизводится на экране устройства. В комплект предлагаемого умного имитатора ходьбы входит также головной шлем виртуальной реальности (15), позволяющий погрузиться в мир виртуальной реальности, создающий зрительный и акустический эффект присутствия в заданном пространстве. Умный имитатор ходьбы со шлемом виртуальной реальности, с сенсорными датчиками и общим сервером позволяет проводить удаленную реабилитацию под наблюдением врача. Умный имитатор ходьбы создает среду виртуальной реальности (VR) для людей с ограниченными возможностями, где участники программы могут имитировать ходьбу, играть в различные игры посредством кнопок, установленных на рукоятках, и предотвращать или облегчить более 30 болезней. Предполагаемые игры включают футбол, катание на лыжах, хоккей, теннис или просто действия, требующие ходьбу и стояние, например прогулки по виртуальному лесу или другой местности. Таким образом, с помощью предлагаемого устройства мы можем выполнять весь комплекс идиомоторных упражнений, который используется в спортивной медицине, реабилитации и психологии. Этот комплекс упражнений используется в медицине для восстановления нервных центров центральной нервной системы, создания новых центров и нейронных связей. Метод осуществляется за счет пластичности мозга.

Устройство работает как в онлайн, так и в офлайн режиме. Благодаря системе VR пользователи устройства могут формировать команды в онлайн домене независимо от своего местоположения или страны, могут знакомиться, общаться друг с другом как в реальной жизни. С помощью сенсорных датчиков и кнопок на устройстве пользователи могут управлять игрой, используя парализованные конечности, в соответствии с характером условий игры.

Источники информации:

1. KR20180008856, МИК: G02B 27/01, опуб. 24.01.2018;

2. патент KR101882765, МПК: G02B 27/00, опуб. 27.07.2018;

3. RU2454986, МПК: А61Н 3/00, опуб. 10.07.2012;

4. US5902214, МПК: А63В 22/04, опуб. 11.05.1999;

5. https://idealtumik.ru/product/shagatelnyy-trenazher-tipa-imi tron/

6. RU112638, МПК: А63В 22/06, опуб. 20.01.2012 — прототип.