Спосіб оцінки функціональних характеристик колінних механізмів

Спосіб оцінки функціональних характеристик колінних механізмів, відповідно до якого протез з колінним механізмом закріплюють в установці та за допомогою приводного механізму з двигуном здійснюють згинання-розгинання протеза, інформацію передають на датчик та відеокамеру, за допомогою датчика вимірюють інформацію про управляючий момент, за допомогою відеокамери вимірюють кутові величини, інформацію обробляють на комп'ютері, який відрізняється тим, що інформацію з датчика, виконаного у вигляді тензодатчика балочного типу, у вигляді аналогового сигналу про переміщення колінного механізму в фазі переносу протеза, передають на аналогоцифровий перетворювач, за допомогою прикладної програми отримують інформацію про величину удару в кінці фази переносу, величину зусилля згинання на початку фази переносу та відношення часу згинання до часу розгинання колінного механізму, які характеризують кінематичні властивості колінних механізмів, при цьому за допомогою приводного механізму імітують три темпи ходьби: низький - 80 кроків за хвилину, середній - 100 кроків за хвилину та швидкий темп ходьби - 120 кроків за хвилину. UA (21) a200903272 (22) 06.04.2009 (24) 25.05.2010 (46) 25.05.2010, Бюл.№ 10, 2010 р. (72) САЛЄЄВА АНТОНІНА ДЕНИСІВНА, КАЧЕР ВОЛОДИМИР СЕМЕНОВИЧ, ЗАДЕРЕЙ ЮРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, ЗАВ'ЯЛОВ АНДРІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ГАДЯЦЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, КОВАЛЬКО МИКОЛА ТИМОФІЙОВИЧ, РОМАН ЛЮБОВ КОСТЯНТИНІВНА, ВАСИЛЕНКО ІРИНА МИКОЛАЇВНА, ШАРУНОВА ТЕТЯНА ОЛЕКСАНДРІВНА (73) УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПРОТЕЗУВАННЯ, ПРОТЕЗОБУДУВАННЯ ТА ВІДНОВЛЕННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ (56) N. HOCHENLEUTHNER . “Promec” Funktionsuberprufung von Kniepassteilen / “Orthopadie Technik”. - 2006. - № 9. - P. 698-701/ BRIAN J. HAFNER. Overview of Outcome Measures for the Assessment of Prosthetic Foot and Ankle Components / “Journal of Prosthetics and Orthotics”. 2006. - Vol. 18. - Num. 1. - P. 105-112. ALLEN W. HEINEMANN, RICHARD GERSHON, WILLIAM P FISHER,. JR., Development and Application of the Orthotics and Prosthetics User Survey: Applications and Opportunities for Health Care Quality Improvement / “Journal of Prosthetics and Orthotics”. - 2006. - Vol. 18(6). - P. 80-85. UA 77525 C2, 15.12.2006 RU 2271779 C2, 20.03.2006 TANAKA MASAO, ONISHI KAZUHIRO, MAEDA AKIRA, SHINO KONSEI Измерение и регулировка результирующего натяжения трансплантата передней крестовидной связки восстановленного C2 2 (19) 1 3 Development and Application of the Orthotics and Prosthetics User Survey: Applications and Opportunities for Health Care Quality Improvement. // Journal of Prosthetics and Orthotics.- 2006. - Volume 18(6). - P.80-85] - це анкета, яка заповнюється самостійно і складається з 91 питання, які були згруповані в чотири категорії: функціональні вимірювання нижніх кінцівок, QoL (оцінка якості життя), задоволеність протезом і сервісом. Питання записуються згідно шкалі Лайкерта (градація ступеня згоди або незгоди з яким-небудь твердженням щодо конкретного об'єкту) і ранжируванні згідно відчуттів пацієнта. Американська анкета для оцінки протезування - PEQ [Brian J. Hafner, Overview of Outcome Measures for the Assessment of Prosthetic Foot and Ankle Components. // Journal of Prosthetics and Orthotics. - 2006. - Vol.18, Num. 1. - P.105-112], в більшій мірі, дозволяє відзначити відмінності між протезними компонентами (стопами, колінними механізмами, і т.п.) і є найбільш популярною. PEQ заповнюється пацієнтом самостійно. Анкета складається з дев'яти розділів, які мають 42 питання. Ці розділи включають оцінку ходьби, зовнішнього вигляду протезу, функціонування протезу, реакцію оточуючих на протез, стан збереженої кінцівки, кукси і інше. Розділи не залежать один від одного, тому можливо використовувати тільки ті розділи, які підходять до даного дослідження. Відповіді на питання анкети PEQ базуються на оцінці протезу за останні чотири тижні користування і відмічаються пацієнтом на візуальній аналоговій шкалі, яка має довжину 100мм і завжди вимірюється від лівої сторони (з негативним варіантом відповіді) до правої сторони (з позитивним варіантом відповіді). Після заповнення анкети всі відповіді підсумовують та виводиться середній бал. Недоліки вищеописаних способів оцінки колінних механізмів полягають у тому, що усі вони базуються на суб'єктивній думці пацієнтів, яка може залежати від особистих уподобань, що не дозволяє отримати точну та якісну характеристику колінних механізмів. Окрім вищезгаданих дослідницьких методів оцінки результатів протезування за участю пацієнта, останніми роками все більше розповсюдження знаходять методи тестування механічних властивостей протезу або окремих його вузлів без участі пацієнту, при використовуванні відповідних пристроїв. Відомий спосіб оцінки функціональних характеристик колінних механізмів протезів, Австрійського дослідницького інституту по ортопедичній техніці за допомогою контрольного приладу „Promec" [Hochenleuthner N. "Promec" Funktionsuberprufung von Kniepassteilen // Orthopadie Technik - 2006. - №9. - P.698-701]. Спосіб полягає в тому, що гільзу протезу стегна та, сполучений з нею за допомогою колінного вузла, несучий елемент гомілки закріплюють в пристрої для випробувань, приводять в рух колінний механізм за допомогою двигуна, імітують при цьому згинання-розгинання протезу, датчики зусилля фіксують інформацію про управляючий момент, за допомогою відеокамери реєструють кути згинання, 90818 4 проводять обробку цих параметрів на комп'ютері, результати порівнюють з накопиченими в банку даних характеристиками серійних механізмів. Процес повторюють з різною швидкістю і фіксують в межах фази переносу кожне значення кута при заданій швидкості руху. По одержаним результатам порівняння та результатам виявляють дефекти колінного механізму протеза, який досліджується. Цей спосіб прийнято за прототип. Недоліки його полягають у тому, що величинами, які вимірюються при його застосуванні, являються: момент опору, кутова швидкість та кут згинання, які не дозволяють об'єктивно оцінити кінематику руху колінного механізму в порівнянні з ходьбою здорової людини. Технічною задачею винаходу являється підвищення точності оцінки кінематики колінного механізму протезу та наближення її до кінематики ходьби здорової людини під час фази переносу. Ця задача вирішена тим, що в способі оцінки функціональних характеристик колінних механізмів у фазі переносу, протез з колінним механізмом закріплюють в установку та за допомогою приводного механізму з двигуном здійснюють згинаннярозгинання протезу, інформацію передають на датчик (в оригіналі - сенсор) та відеокамеру, за допомогою датчика вимірюють інформацію про управляючий момент, за допомогою відеокамери вимірюють кутові величини, інформацію обробляють на комп'ютері, відмінністю являється те, що інформацію з датчика, виконаного у вигляді тензодатчика балочного типу, у вигляді аналогового сигналу про переміщення колінного механізму в фазі переносу протеза, передають на аналогоцифровий перетворювач, за допомогою прикладної програми отримують інформацію про величину удару в кінці фази переносу, величину зусилля згинання в началі фази переносу та відношення часу згинання до часу розгинання колінного механізму (коефіцієнт А), які характеризують кінематичні властивості колінних механізмів, при цьому за допомогою приводного механізму імітують три темпи ходьби: низький - 80 кроків за хвилину, середній - 100 кроків за хвилину та швидкий темп ходьби - 120 кроків за хвилину. Використання аналогового сигналу про переміщення колінного механізму, аналого-цифрового перетворення цього сигналу та визначення за допомогою прикладної програми інформації про величину удару в кінці фази переносу, величину зусилля згинання в началі фази переносу дозволяють одержати найбільш значимі параметри, які характеризують навантаження на куксу пацієнта. Визначення відношення часу згинання до часу розгинання (коефіцієнт А) колінного механізму дозволяє оцінити гармонійність ходьби, або наскільки рисунок ходьби у фазі переносу близький до біомеханічної норми. Кращим треба вважати той колінний механізм, який забезпечує коефіцієнт А близький до 0,85. Обробка результатів за допомогою комп'ютерної програми підвищує надійність одержання інформації, дозволяє зберігати її та використовувати при потребі. Все це підвищує 5 точність оцінки кінематичних характеристик колінних механізмів та точність вибору їх для пацієнта. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому приведені: Фіг.1 - схема алгоритму реалізації способу оцінки функціональних характеристик колінних механізмів у фазі переносу. Фіг.2 - приклад обробки даних вимірювань кутів та моменту сил отриманих для колінного механізму 3R20 при темпі 100 кроків за хвилину. Спосіб реалізують наступним чином. Протез 1 з колінним механізмом, який досліджується, закріплюють в установку 2 та за допомогою приводного механізму 3, який запускається двигуном 4, здійснюють згинання-розгинання протезу 1, що імітує ходьбу. Інформація про управляючий момент при переміщенні колінного механізму у фазі переносу протезу передається на тензометричний датчик 5 сили розтягування балочного типу, сигнали з якого поступають через аналогоцифровий перетворювач 6 на комп'ютер 7. Одночасно з відеокамери 8 через блок обробки 9 відеосигнал поступає на комп'ютер 7. Дані з тензометричного датчика 5 та відеокамери 8 в комп'ютері 7 обробляють прикладною програмою 10, результати оцінки параметрів колінного механізму відображають на моніторі 11 та роздруковують на принтері 12. За допомогою приводного механізму імітуютьтри темпи ходьби: низький - 80 кроків за хвилину, середній - 100 кроків за хвилину та швидкий темп ходьби - 120 кроків за хвилину. При цьому за допомогою прикладної програми 10 вимірюють наступні параметри: - величина удару в кінці фази переносу (значення координати по осі Y у точці 5 на Фіг.2, воно дорівнює 36,6Н м); - величина зусилля згинання в началі фази переносу (значення координати по осі Y у точці 4 на Фіг.2, воно дорівнює 1,9Н м); - коефіцієнт А (відношення різниці між координатами по осі X у точках 2 та 1 к різниці координат по осі X у точках 3 та 2 на Фіг.2, це буде дорівнювати: (0,6-0,3)/(0,9-0,6)=1). 90818 6 Визначені параметри про удар та зусилля згинання характеризують навантаження на куксу пацієнта. Чим менші ці дані, тим легше пацієнту керувати колінним механізмом. Тому, під час порівняння двох колінних механізмів кращим можна вважати той колінний механізм, який забезпечує менші навантаження на куксу пацієнта. Визначення відношення часу згинання до часу розгинання колінного механізму (коефіцієнт А), дозволяє оцінити гармонійність ходьби, або наскільки рисунок ходьби у фазі переносу близький до біомеханічної норми, яка становить 0,85. Під час порівняння двох колінних механізмів кращим можна вважати той, коефіцієнт А якого наближається до значення 0,85. Отримані, при використанні описаного способу параметри являються об'єктивною оцінкою функціональних характеристик колінних механізмів в фазі переносу тому, що виключають вплив людини при одержанні даних. Це дозволяє з великою точністю визначити функціональні характеристики колінних механізмів, порівняти різні конструкції колінних механізмів, що має велике значення при виборі для пацієнта того чи іншого колінного механізму виходячи з його фізичних можливостей. Інформація отримана в ході дослідження зберігається в комп'ютері і може використовуватися по мірі потреби, наприклад, під час порівняльної оцінки колінних механізмів різних конструкцій. В УкрНДІ протезування за допомогою цього способу проводиться оцінка колінних механізмів протезів у фазі переносу з метою об'єктивізації визначення їх функціональних характеристик та призначення їх пацієнтам у відповідності з їх індивідуальними фізичними можливостями. Таким чином, спосіб оцінки функціональних характеристик колінних механізмів у фазі переносу дозволяє визначити кінематичні властивості колінних механізмів без участі людини, які в значній мірі відповідають відчуттям пацієнтів в процесі використання протезу у житті і тим самим підвищується об'єктивність оцінки колінних механізмів. 7 Комп’ютерна верстка В. Мацело 90818 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601