СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ ДЛЯ МЕХАНОТЕРАПИИ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
Основное содержимое статьи
Аннотация
В современной травматолого-ортопедической практике устойчиво возрастает роль послеоперационной реабилитации как самостоятельного клинического этапа. При этом ранняя мобилизация голеностопного сустава – доказанный инструмент профилактики контрактур и суставного фиброза – остается труднодостижимой: анализ коммерчески доступных CPM-аппаратов показал, что средняя масса устройств превышает 12 кг, а подавляющее большинство конструкций ориентировано исключительно на положение «сидя», что исключает применение в остром послеоперационном периоде при строгом постельном режиме.
Цель исследования – разработка и верификация архитектуры компактного механотерапевтического аппарата пассивного действия, свободного от указанных ограничений.
Материалы и методы. Работа реализована на основе системного подхода, интегрирующего биомеханический анализ движений голеностопного сустава, синтез многозвенных кинематических схем методами теории механизмов и машин, конечно-элементный анализ несущих элементов, а также топологическую оптимизацию конструкции. Изготовление несущих деталей выполнено методом послойного наплавления (FDM) из композитного материала PETG с углеволоконным наполнением (PETG-CF).
Результаты. Разработан и изготовлен опытный образец аппарата для пассивной механотерапии голеностопного сустава. Предложенная многозвенная кинематическая схема с изменяемым мгновенным центром вращения воспроизводит движения стопы в диапазоне подошвенного сгибания 0-40° и тыльного сгибания 0-20° с погрешностью траектории не более 2,5°. Применение аддитивных технологий и топологической оптимизации позволило снизить суммарную массу устройства до 5 кг при габаритах 400 × 350 × 450 мм. Конструктивная модульность обеспечивает проведение реабилитационных сеансов как в положении «сидя», так и «лежа».
Заключение. Разработанное устройство заполняет функциональную нишу между громоздкими стационарными CPM-аппаратами и носимыми экзоскелетами для активной ходьбы, обеспечивая возможность ранней пассивной мобилизации непосредственно в постели пациента. Многоуровневая система защиты от перегрузок и возможность программирования индивидуальных протоколов формируют условия для клинической апробации аппарата в условиях стационарной и амбулаторной реабилитации.
Ключевые слова
Информация о статье
Информация о финансировании и конфликте интересов
Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
Как цитировать
Список литературы
1. Skirmont EI, Golubeva YB, Zimina EL, Lade AS, Pitkin MR. Some Aspects of Orthopedic Rehabilitation for Children with Cerebral Palsy. Physical and Rehabilitation Medicine. 2023; 5(2): 72. Russian (Скирмонт Е.И., Голубева Ю.Б., Зимина Е.Л., Ладэ А.С., Питкин М.Р. Некоторые аспекты ортопедической реабилитации детей с церебральным параличом //Физическая и реабилитационная медицина. 2023. Т. 5, №. 2. С. 72.) doi: 10.26211/2658-4522-2023-5-2-72-86
2. Rashid M, Harish SP, Mathew J, Kalidas A, Raja K. Comprehensive rehabilitation outcome measurement scale (CROMS): development and preliminary validation of an interdisciplinary measure for rehabilitation outcomes. Health Qual Life Outcomes. 2022; 20(1): 160.) doi: 10.1186/s12955-022-02048-z
3. Dong M, Zhou Y, Li J, Rong X, Fan W, Zhou X, Kong Y. State of the art in parallel ankle rehabilitation robot: a systematic review. J Neuroeng Rehabil. 2021; 18(1): 52. doi: 10.1186/s12984-021-00845-z
4. Qiu S, Pei Z, Wang C, Tang Z. Systematic review on wearable lower extremity robotic exoskeletons for assisted locomotion. J Bionic Engineering. 2023; 20(2): 436-469. doi: 10.1007/s42235-022-00289-8
5. Dupont PE, Nelson BJ, Goldfarb M, Hannaford B, Menciassi A, O'Malley MK, et al. A decade retrospective of medical robotics research from 2010 to 2020. Sci Robot. 2021; 6(60): eabi8017. doi: 10.1126/scirobotics.abi8017
6. Pinto-Fernandez D, Torricelli D, Sanchez-Villamanan MDC, Aller F, Mombaur K, Conti R, et al. Performance Evaluation of Lower Limb Exoskeletons: A Systematic Review. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2020; 28(7): 1573-1583. doi: 10.1109/TNSRE.2020.2989481
7. Witte KA, Fiers P, Sheets-Singer AL, Collins SH. Improving the energy economy of human running with powered and unpowered ankle exoskeleton assistance. Sci Robot. 2020; 5(40): eaay9108. doi: 10.1126/scirobotics.aay9108
8. Alvarez-Perez MG, Garcia-Murillo MA, Cervantes-Sánchez JJ. Robot-assisted ankle rehabilitation: a review. Disabil Rehabil Assist Technol. 2020; 15(4): 394-408. doi: 10.1080/17483107.2019.1578424
9. Wu R, Luo M, Fan J, Ma J, Zhang N, Li J, et al. A compact motorized end-effector for ankle rehabilitation training. Front Robot AI. 2024; 11: 1453097. doi: 10.3389/frobt.2024.1453097
10. Dong M, Fan W, Li J, Zhou X, Rong X, Kong Y. A new ankle robotic system enabling whole-stage compliance rehabilitation training. IEEE/ASME transactions on mechatronics. 2020; 26(3): 1490-1500. doi: 10.1109/TMECH.2020.3022165
11. Knyazev AA, Fedorov AV, Yatsun AS. Algorithm for Controlling the Movement of the Actuator of the Device for Active-Passive Mechanotherapy of the Ankle Join. Proceedings of the Southwest State University. 2022; 26(4): 75-87. Russian (Князев А.А., Федоров А.В., Яцун А.С. Алгоритм управления движением исполнительного механизма прибора для активно-пассивной механотерапии голеностопного сустава //Известия Юго-Западного государственного университета. 2022. Т. 26, №. 4. С. 75-87.) doi: 10.21869/2223-1560-2022-26-4-75-87