ECHIPAMENT PENTRU REABILITAREA POSTTRAUMATICĂ A MEMBRULUI INFERIOR AL COPIILOR Absolventă: Alina MICLOȘ Conducător științific: Ș. L. Dr. Ing. Mircea… [302753]

Universitatea POLITEHNICA din București

FACULTATEA DE INGINERIE MEDICALĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

ECHIPAMENT PENTRU REABILITAREA POSTTRAUMATICĂ A MEMBRULUI INFERIOR AL COPIILOR

Absolventă: Alina MICLOȘ

Conducător științific: Ș. L. Dr. Ing. Mircea – Iulian NISTOR

CUPRINS

LISTA FIGURILOR 4

LISTA TABELELOR 7

INTRODUCERE – NECESITATEA ȘI OPORTUNITATEA TEMEI 8

CAPITOLUL 1 – STUDII ȘI CERCETĂRI CU CARACTER MEDICAL 10

1.1. Anatomia funcțională și biomecanica membrului inferior 10

1.1.1. Sistemul osos 11

1.1.2. Sistemul articular 11

1.1.2.1. Articulațiile centurii membrului inferior 11

1.1.2.2. [anonimizat] 11

1.1.3. Sistemul muscular 13

1.1.4. Biomecanica membrului inferior 14

1.2. Patologia membrului inferior 17

1.2.1. Fracturile 17

1.2.2. Entorsele 18

1.2.3. Luxațiile 19

1.3. Tehnici de recuperare 20

1.3.1. Tehnici automate 20

1.3.2. Tehnici manuale 21

CAPITOLUL 2 – STADIUL ACTUAL 22

2.1. Documentare din brevete 22

2.1.1- Brevetul 1, numărul US 2010/0160986 A1, an 2010 22

2.1.2- Brevetul 2, numărul US 4323060 A, an 1982 23

2.1.3- Brevetul 3, numărul US 4520827 A , an 1985 24

2.2. Documentare din prospecte 25

2.2.1. Echipamente izokinetice necesare efectuării mișcărilor pasive continue 25

2.2.2. Echipamente de reabilitare izokinetică acționate cu mușchi pneumatic 26

2.2.3. Alte tipuri de echipamente de reabilitare posttraumatică 27

CAPITOLUL 3 – DESCRIEREA CONCEPTULUI ALES 28

3.1. Generalități 28

3.2. Schema bloc. Descriere. Funcționare 29

3.3. Schema cinematică. Legendă. Funcționare. 30

3.3.1. Mecanismul structurii de tip orteză picior 31

3.4. Descrierea aparatului experimental 32

3.4.1. Proiectarea aparatului experimental 32

3.4.1. Componentele aparatului experimental 37

3.4.3. Descrierea funcționării aparatului experimental 37

CAPITOLUL 4 – MEMORIU DE CALCUL 39

4.1. Calculul cinematic și de dimensionare 39

4.1.1. Dimensionarea ortezei 39

4.1.2. Calculul segmentelor proximal și distal 42

4.1.3. Calculul sarcinii șurubului 45

4.1.4. Calculul de dimensionare a șurubului 48

4.1.5. Calculul turației motorului de antrenare 49

CAPITOLUL 5 – SIMULAREA SOLUȚIEI PROIECTATE 52

CONCLUZII ȘI DIRECȚII DE CERCETARE VIITOARE 57

BIBLIOGRAFIE 58

LISTA FIGURILOR

Figura 1.1. Membru inferior: alcătuire, sistem osos, sistem articular [5] …………………………….11

Figura 1.2 Articulația șoldului (vedere anterioară) [6] ……………………………………………………..12

Figura 1.3. Ligamente genunchi drept [6] ………………………………………………………………………13

Figura 1.4. Mușchii coapsei (vedere anterioară și vedere posterioară) [6] …………………………..14

Figura 1.5.Mușchii regiunilor anterioare, laterale și posterioare a gambei [6] ……………………..14

Figura 1.6. Planuri și axe anatomice ale corpului uman [9] ……………………………………………….15

Figura 1.7. Mișcări ale șoldului [10] ………………………………………………………………………………16

Figura 1.8. Mișcări ale genunchiului [6], [10] …………………………………………………………………16

Figura 1.9. Mișcări ale gleznei [6] …………………………………………………………………………………17

Figura 1.10. Tipuri de fractură de tibie [14] ……………………………………………………………………17

Figura 1.11. Tipuri de entorsă la nivelul genunchiului [15] ………………………………………………18

Figura 1.12. Tipuri de entorsă la nivelul gleznei [16] ………………………………………………………18

Figura 1.13. Tipuri de luxații [18] …………………………………………………………………………………19

Figura 1.14. Terapia SCENAR [21], [22] ………………………………………………………………………20

Figura 1.15.Tehnica de masaj terapeutic [24] …………………………………………………………………21

Figura 1.16. Gimanstică medicală [26] ………………………………………………………………………….21

Figura 2.1. Mișcare de extensie (poza de sus) și mișcare de flexie (poza de jos) la nivelul articulației genunchiului [27] ……………………………………………………………………………………….22

Figura 2.2.Vedere în perspectivă care ilustrează o variantă de realizare a invenției [28] ……..24

Figura 2.3. Vedere în perspectivă care arată o altă posibilitate de aplicare [28] ………………….24

Figura 2.4.Mișcare de extensie (poza de sus) și mișcare de flexie (poza de jos) la nivelul articulației genunchiului. Electrozii prezentați atât în figura de sus, cât și în figura de jos, furnizează semnalul de stimulare NMS la mușchiul cvadriceps. [29]…………………………. .25

Figura 2.5. Echipamente izokinetice de mișcare continuă pasivă [30]…………………………..26

Figura 2.6. Echipamente de reabilitare izokinetică acționate cu mușchi pneumatic: cu acțiune manuală(stânga) și echipament modernizat(dreapta) [31]………………………………………..26

Figura 2.7.Tipuri de echipament de reabilitare acționat cu mușchi pneumatic( folosind elemente mecanice tipizate) [31]……………………………………………………………………………………………….27

Figura 2.8.Dispozitiv electronic destinat recuperării posttraumatice [31]……………………….27

Figura 2.9.Echipamente destinate recuperării medicale a mușchilor și a articulațiilor [31]……..27

Figura 3.1. Schema bloc a echipamentului………………………………………………………..29

Figura 3.2. Schema cinematică a mecanismului de recuperare a membrului inferior……………30

Figura 3.3. Lanțul cinematic de realizare a mișcării de flexie……………………………………31

Figura 3.4. Lanțul cinematic în timpul funcționării……………………………………………….32

Figura 3.5. Lanțul cinematic de realizare a mișcării de extesie…………………………………..32

Figura 3.6. Dispozitiv recuperare membru inferior: sus-vedere anterioară, mijloc – vedere laterală, jos-vedere posterioară…………………………………………………………………………….33

Figura 3.7. Captură de ecran-vedere anterioară…………………………………………………..34

Figura 3.8. Vedere anterioară a dispozitivului de recuperare…………………………………….34

Figura 3.9. Captură de ecran-vedere laterală……………………………………………………..35

Figura 3.10. Vedere laterală a dispozitivului de recuperare………………………………………35

Figura 3.11. Captură de ecran-vedere posterioară………………………………………………..36

Figura 3.12. Vedere posterioară a dispozitivului de recuperare………………………………….36

Figura 4.1. Schemă generală de calcul pentru unele mărimi segmentare [32]…………………..40

Figura 4.2. Reprezentarea lungimilor celor 3 segmente (coapsă-L1, gambă-L2, picior-L3)……42

Figura 4.3. Reprezentarea lungimilor segmentelor proximale și distale…………………………43

Figura 4.4. Reprezentarea centrelor de masă ale coapsei, gambei și piciorului…………………44

Figura 4.5.Poziție inițială în flexie a genunchiului………………………………………………45

Figura 4.6. Poziția genunchiului în timpul funcționării………………………………………….47

Figura 4.7. Reprezentarea vitezei unghiulare prin intermediul desenului……………………….50

Figura 4.8. Reprezentarea celor 2 roți unite printr-o curea………………………………………50

Figura 5.1. Proiecție 3D a cutiei-parte laterală…………………………………………………..52

Figura 5.2. Proiecție 3D a cutiei-parte posterioară………………………………………………53

Figura 5.3. Proiecție 3D a căruciorului suport de picior…………………………………………53

Figura 5.4. Alegerea tuturor părților constituente……………………………………………….54

Figura 5.5 Asamblare parte laterală de parte posterioară ( a cutiei )…………………………….54

Figura 5.6. Atașarea căruciorului de cutia echipamentului (de aproape)…………………………55

Figura 5.7. Atașarea căruciorului de cutia echipamentului (din depărtare)………………………55

Figura 5.8. Setarea distanței parcurse de cărucior și durata mișcării…………………………….56

LISTA TABELELOR

Tabel 3.1. Specificații aparat………………………………………………………………….29

Tabel 3.2. Componente dispozitiv…………………………………………………………….37

Tabel 4.1. Tabel privind înălțimea și greutatea copiilor[31]………………………………….39

Tabel 4.2. Tabel date antropometrice ( din Winter) [32]……………………………………..40

Tabel 4.3. Date privind măsurătorile luate unui copil…………………………………………41

Tabel 4.4. Tabel erori…………………………………………………………………………41

Tabel 4.5. Rezultatele calculelor pentru segmentele proximale și distale……………………42

INTRODUCERE – NECESITATEA ȘI OPORTUNITATEA TEMEI

Potrivit unor statistici medicale și a unor studii provenite din clinici de recuperare, mai exact din secțiile de ortopedie, s-a constatat că anual se produc cele mai frecvente traumatisme la nivelul membrelor inferioare. Factorii ce duc la asemenea incidente sunt destul de numeroase în rândul persoanelor de orice vârstă (copii, tineri, bătrâni) și/sau având orice grad de activitate ( sportivii în special, dar și cei cu un stil de viață sendentar). Dintre aceștia amintim: accidente rutiere, accidente de muncă, alunecarea pe gheață, neîncălzirea de dinaintea antrenamentelor sportive și mișcări efectuate greșit în timpul acestora, dar și moștenirea unei boli ereditare etc.

Deși se cunoaște ca fiind benefic repausul posttraumatic al articulațiilor afectate (dar nu în orice caz), durata acestuia trebuie să fie cât mai limitată, deoarece poate avea diverse efecte adverse nedorite cum ar fi: afectarea funcțiilor neuromusculare, respiratorii, cardio-vasculare etc.

Indiferent de gradul de accidentare, articulațiile membrului inferior (mai precis articulația genunchiului) necesită o recuperare fizică imediată, folosind diverse echipamente și tehnici de recuperare, deoarece doar intervențiile chirurgicale nu sunt întotdeauna 100% de ajutor.

“Cele mai multe lovituri pentru persoanele cu afecțiuni le oferă societatea, nicidecum boala” [1]. Perceperea lor socială nu este întotdeauna constantă, ea variază de la societate la societate, oferind diferite semnificații, în funcție de cultură și de valorile promovate. O persoană afectată de lipsa mobilității și funționalității unui membru, fie superior sau inferior, are de înfruntat o mulțime de alte neajunsuri. În majoritatea cazurilor, aceștia sunt excluși din societate, fiind nevoiți să renunțe la muncă și la unele plăceri ( în cazul sportivilor, lipsa antrenamentelor sau a diferitelor competiții sportive), deoarece au nevoie constant de cineva care să îi ajute chiar și la cele mai simple acvități (urcat pe scări), ceea ce îi distruge mult emoțional.

Pornind de la ideea de reabilitare (adică recăpătarea funcției/funcțiilor pierdute de la nivelul articulației genunchiului), de la necesitatea copiilor care participă la competiții sportive, s-a ajuns la ideea că acestia au nevoie pe lângă tehnicile de kinetoterapie (de care ar avea nevoie și copiii care nu practică vreun sport), de o recuperare accelerată, care se poate realiza cu ajutorul unui echipament de reabilitare postraumatică ce vizează zona afectată. De asemenea, un astfel de dispozitiv poate fi folosit și de ceilalți copii.

Un astfel de aparat este destinat unei game largi de pacienți, însă proiectul de față se axează pe proiectarea lui doar pentru o nișă, pentru copii (în special cei sportivi – cu vârste cuprinse între 6 și 13 ani), particularizând aparatul care poate fi folosit în general. Evident, un astfel de echipament are și dezavantaje: deoarece este limitat de gama în care poate fi folosit, acesta nu este destinat tuturor categoriilor de pacienți.

Proiectul propune o soluție simplă de realizare a unei dispozitiv/echipament pentru recuperare pasivă a membrului inferior, astfel încât raportul cost-eficiență sa fie acceptabil. Pentru atingerea acestui obiectiv, proiectul este structurat în urmatoarele cinci capitole:

CAPITOLUL 1- STUDII ȘI CERCETĂRI CU CARACTER MEDICAL

Anatomia funcțională și biomecanica membrului inferior

Prin utilizarea metodei de mișcare continuă pasivă se înțelege punerea în mișcare a “articulației asupra căreia s-a intervenit, fără nevoia de solicitare a mușchilor pacientului” [2]. În vederea atingerii acestui obiectiv este necesară cunoașterea anatomiei și biomecanicii.

Aparatul locomotor este alcătuit din sistemele ce participă la susținerea corpului și, de asemenea, la locomoție sau la deplasarea diferitelor segmente ale acestuia. În alcătuirea sa intră oasele și articulațiile care formează sistemul osteoarticular (rol pasiv în mișcare) și sistemul muscular, format din mușchi (rol activ în mișcare) [3].

Membrul inferior prezintă următoarele părți constituente:

-șold

-coapsă

-genunchi

-gambă

-încheietura piciorului

-picior, ce pot fi vizualizate în Figura 1.1..

Figura 1.1. Membru inferior: alcătuire, sistem osos, sistem articular [5]

1.1.1. Sistemul osos

Scheletul membrelor inferioare (reprezentat în Figura 1.1.) este format din 30 de oase și cuprinde:

-centura pelviană: ce leagă scheletul membrului inferior de cel al trunchiului și este format din:

2 oase coxale (care împreună cu osul sacrum și coccisul formează bazinul);

-scheletul membrului liber propriu-zis format din:

scheletul coapsei: femur;

scheletul gambei: tibie și fibulă (peroneul);

scheletul piciorului:

7 tarsiene;

5 metatarsiene;

14 falange (3 pentru degetele II, III, IV și V și 2 pentru haluce);

rotula (patela): osul genunchiului[4].

1.1.2 Sistemul articular (reprezentat în Figura 1.1.)

Segmentele osoase ale membrului inferior se articulează între ele prin articulații, care pot fi împărțite ca și cele ale membrului superior în 2 grupe: articulațiile centurii membrului inferior (centura pelviană) și articulațiile membrului inferior propriu-zis.

1.1.2.1. Articulațiile centurii membrului inferior sunt:

simfiza pubiană

articulația sacroiliacă

La formarea centurii pelviene intervin cele două oase coxale unite anterior prin simfiza pubiană, la care se adaugă și sacrul cu care se unesc posterior prin articulațiile sacroiliace [6].

1.1.2.2. Articulațiile membrului inferior propriu-zis sunt reprezentate de:

articulația șoldului (coxofemurală);

articulația genunchiului;

articulațiile tibiofemurale (proximală și distală);

articulațiile piciorului [6].

Articulația șoldului (coxofemurală)

Prin prinderea capului femural de cavitatea cotiloidă a coxalului se formează articulația șoldului (Figura 1.2.), iar mijloacele de unire implicate sunt ligamentele iliofemurale, pubofemrale și ischiofemurale [6].

Figura 1.2 Articulația șoldului (vedere anterioară) [6]

Articulația genunchiului

În cazul acestei articulații, care pe lângă faptul că este cea mai mare articulație a corpului uman, dar și cea mai puțin acoperită de parțile moi (astfel este destul de sensibilă), suprafața articulară este dată de epifiza inferioară a femurului, epifiza superioară a tibiei și patela. De asemenea, mijloacele de unire sunt reprezentate de o capsulă (capsula fiind un manșon ce unește cele trei oase: femur, tibie și patelă) și mai multe ligamente [7]:

ligamente posterioare ale articulației genunchiului ( popliteu oblic și popliteu arcuat);

ligamente colaterale ale articulației genunchiului ( colateral fibular și colateral tibial);

ligamente încrucișate anterior si posterior [6].

Figura 1.3. Ligamente genunchi drept [6]

Articulația tibiofibulară

“Tibia și peroneul se unesc la extremități prin articulațiile tibiofemurală superioară și tibiofemurală inferioară” [6].

Articulațiile piciorului cuprind:

articulația talocrurală ( a gâtului piciorului);

articulațiile intertarsiene;

articulațiile tarsometatarsiene;

articulațiile intermetatarsiene;

articulațiile degetelor [6].

1.1.3. Sistemul muscular

Numeroși mușchi participă la mobilitatea și flexibilitatea membrelor inferioare:

mușchii fesieri (ce se află în jurul articulației coxofemurale).

mușchii coapsei (Figura 1.4.) – ce sunt reprezenatați de:

mușchiul croitor;

mușchiul cvadriceps femural;

mușchiul biceps femural;

mușchii adductori ai coapsei [4] ;

Figura 1.4. Mușchii coapsei (vedere anterioară și vedere posterioară) [6]

mușchii gambei (Figura 1.5.) – ce sunt reprezenatați de:

mușchiul triceps sural (alcătuit din mușchii gastrocnemieni și solear);

mușchii extensori și flexori ai degetelor;

mușchii pronori și supinori ai piciorului[4] ;

Figura 1.5.Mușchii regiunilor anterioare, laterale și posterioare a gambei [6]

mușchii plantei – mai precis mușchii flexori și extensori și degetelor [4].

1.1.4. Biomecanica membrului inferior

În ceea ce privește biomecanica articulațiilor, aceasta este determinată de forma fețelor articulare, care la rândul ei determină numărul axelor în jurul cărora au loc mișcările. Mai precis, mișcările se efectuează în jurul a trei axe principale:

Figura 1.6. Planuri și axe anatomice ale corpului uman [9]

axul longitudinal (este un ax vertical, reprezentând lungimea corpului și prezintă 2 poli: unul superior și unul inferior);

axul sagital (este un ax orizontal ce străbate corprul din față în spate, reprezentând grosimea corpului și prezintă 2 poli: unul anterior și unul posterior);

axul transversal (ce este un ax orizontal, reprezentând lățimea corpului și prezintă 2 poli: unul stâng și unul drept) [8]

De asemenea, corpul omenesc fiind alcătuit după principiul simetriei bilaterale, pe lânga cele trei axe, prezintă și trei planuri după cum urmează [8]:

planul frontal (care mai este numit și coronal)

este un plan vertical;

planul sagital (care mai este numit și lateral)

este un plan cu direcție verticală;

planul transversal

este un plan orizontal.

În studiul mișcărilor membrului inferior, se pot observa:

mișcări ale articulației șoldului (Figura 1.7.):

flexie (1200) și extensie (cca 15-200) – sau apropierea și implicit îndepărtarea coapsei de abdomen;

abducție (sau îndepărtare coapsei de corp (70°)) și adducție (sau revenirea coapsei pe lângă corp);

rotație internă (350) și rotație externă (150);

circumducție (ce reprezintă combinarea mișcărilor anterioare).

Figura 1.7. Mișcări ale șoldului [10]

mișcări ale articulației genunchiului (Figura 1.8.):

flexie și extensie;

rotație internă și rotație externă.

Figura 1.8. Mișcări ale genunchiului [6], [10]

mișcări ale încheieturii piciorului (gleznei) (Figura 1.9.):

flexie dorsală și plantară a piciorului;

supinație și pronație.

Figura 1.9. Mișcări ale gleznei [6]

mișcări ale degetelor.

Patologia membrului inferior

Prin faptul că membrele inferioare sunt cele pe care ne sprijinim toată greutatea corporală, acestea pot prezenta o serie largă de patologii, mai precis o serie de afecțiuni ale acestora și nu numai (cauze și simptome ale bolilor [11], precum și mijloace de diagnostricare și tratare ale acestora [12]).

Fracturile – care pot fi:

deschise (în acest caz capetele osului ies la exterior, fiind afectați atât mușchii, cât și pielea);

închise ( doar dacă pielea rămâne intactă [4]).

Figura 1.10. Tipuri de fractură de tibie [14]

Acestea se pot produce atât la vârstnici, dar de asemenea și la adulți și copii [13], din cauza unor politraumatisme, diverse accidente, fiind însoțite de durere destul de violentă, posibile vânătăi și uneori scurtarea regiunii interesate [4].

Entorsele – sunt leziuni la nivelul articulațiilor(de cele mai frecvente ori sunt implicate articulația la nivelul genunchiului și a gleznei), caracterizandu-se prin întinderi sau rupturi de ligament.

Acestea pot fi (Figura 1.11. și 1.12.):

entorse de gradul I- reprezentate doar de o întindere a fibrelor ligamentului;

entorse de gradul II- reprezentate printr-o ruptură de ligament ( parțială);

entorse de gradul III- reprezentate printr-o ruptură de ligament (completă) .

Figura 1.11. Tipuri de entorsă la nivelul genunchiului [15]

Figura 1.12. Tipuri de entorsă la nivelul gleznei [16]

Acestea se pot produce deseori la adulții tineri, activi [17], datorită unor mișcări necontrolate, peste limita fiziologică, manifestându-se prin dureri locale, posibile vânătăi și umflături ale articulației respective.

Luxațiile – sunt deplasări structurale ale unei articulații (cel mai des fiind afectată glezna și genunchiul ( reprezentate în Figura 1.13.) și rareori articulațiile degetelor membrului inferior [18]) din poziția obișnuită.

Figura 1.13. Tipuri de luxații [18]

Acestea se pot clasifica astfel:

după complexitate:

simple (anterior/posterior, interior/exterior);

mixte (antero-externe, postero-externe).

după tipul de desprindere:

parțială;

totală.

după direcție:

anterior-posterior;

medial-lateral.

după momentul de producere:

recente;

vechi(peste 24 ore) [18].

Acestea se pot produce la vârstnici, adulți și copii, însă mai frecvent la persoanele sportive, din diverse accidente (accidente auto, cazături de la înalțime pe articulația respectivă, răsuciri violente [18]). În ceea ce privesc simptomele, se aseamănă cu cele de la entorse.

Tehnici de recuperare

Din punct de vedere medical, reabilitarea reprezintă un tratament terapeutic de vindecare, atât pentru o persoană care a dobândit o boală pe cale ereditară, cât și pentru cineva care a suferit diverse accidente (accident vascular cerebral-AVC, accident de mașină, accident de muncă etc.) prin care se urmărește reintegrarea acesteia în familie și societate. Reabilitarea denumită și readaptare, reeducare sau recuperare (funcțională) este considerată cea de-a treia latură a medicinei actuale, alături de medicina profilactică și cea curativă [19].

Terapia de reabilitare cuprinde:

fizioterapie;

masaj;

kinetoterapie (gimnastică medicală).

Tehnici automate

În cazul sistemul nervos central, mai exact partea ce se ocupă cu recunoașterea durerii, poate fi afectată în urma unei accidentări sau după instalarea unei boli, creierul nemaiputând să facă diferența dintre o zonă afectată și una neafectată. În rezolvarea acestei probleme (adică comunicarea corectă creier-zonă afectată), terapia SCENAR (Figura 1.14.) ajută la vindecarea eficientă, fiind o terapie de biofeedback [20].

Figura 1.14. Terapia SCENAR [21], [22]

Mai precis, prin trimiterea unui stimul electric prin piele, creierul oferă un biofeedback și declanșează și degajă niște proteine neuronale necesare corpului pentru a se vindeca (neuropeptide). Prin urmare, corpul “începe lupta” împotriva durerii prin auto-vindecare [20].

Tehnici manuale

Masajul medical sau terapeutic (Figura 1.15.) acționează în scopul grăbirii vindecării unei afecțiuni (prin antrenarea părților moi ale organismului), cu ajutorul mâinilor terapeutului, prin folosirea diferitelor creme și geluri antiinflamatorii și prin diferite tehnici, fiecare adaptată în funcție de zonă afectată [23].

Figura 1.15.Tehnica de masaj terapeutic [24]

Ceea ce face diferența dintre un masaj general și un masaj terapeutic este faptul că nu se urmărește doar tratarea simptomelor, ci se adresează sursei durerii, prin încercarea de prevenire a reinstalării durerii [23].

Kinetoterapia (din care face parte gimnastica medicală – Figura 1.16.) include atât tehnici speciale – ce amplifică tonusul muscular, sau ajută la creșterea flexibilității articulare, cât și tehnici de bază – ce ajută la menținerea nivelului funcțional existent [25].

Figura 1.16. Gimanstică medicală [26]

CAPITOLUL 2- STADIUL ACTUAL

2.1. Documentare din brevete

2.1.1. Upper extremity muscle therapy system

Sistemul de terapie musculară de extremitate superioară

Patent No.: US 2010/0160986 A1

Date of Patent: Jun. 24, 2010

Această invenție reprezintă o soluționare pentru persoanele a căror funcții musculare au fost diminuate datorită unor afecțiuni. Printre acestea se numără AVC (accident vascular cerebral), tăierea parțială sau totală a unui nerv, îmbătrânirea, leziunile atletite. Astfel, ne sunt prezentate sisteme de terapie musculară și metode pentru tratarea mușchilor cu capacitate redusă [27].

Figura 2.1. Mișcare de extensie (poza de sus) și mișcare de flexie (poza de jos) la nivelul articulației genunchiului [27]

Prin urmare, un sistem pentru tratarea funcției musculare diminuate cuprinde un element electric (care furnizează energie electrică unei părți a corpului, ce cuprinde un mușchi disfuncțional), un ansamblu de mișcare comună (care se cuplează cu corpul și care asigură o mișcare comună într-un ciclu cuprinzând mișcări de articulație opuse) și o unitate de comandă, în comunicație cu elementul și ansamblul [27].

2.1.2. Splint

Atela

Patent No.: US 4323060A

Date of Patent: Apr. 6, 1982

Prezenta invenție se referă la un echipament ortopedic, care se utilizează în mod special în reabilitarea funcțională a membrelor inferioare [28].

În general, acest echipament este constituit:

dintr-o atelă (ce cuprinde un ansamblu articulat, asociat cu un element de antrenare, pentru provocarea deplasării unghiulare relative).

Această atelă cuprinde un suport femural, conectat printr-o articulare la un suport tibial care este cel mai adesea echipat, cu un hamac pentru susținerea și sprijinirea părții corespunzătoare a membrelor. Această susținere poate de două tipuri : simplă sau echilibrată (adică folosind cabluri, scripeți, contragreutăți, role elastic).

un circuit de tracțiune

și un etrier de tracțiune ( la care se conectează un filament de tensiune) [28].

Figura 2.2.Vedere în perspectivă care ilustrează o variantă de realizare a invenției [28]

Figura 2.3. Vedere în perspectivă care arată o altă posibilitate de aplicare [28]

2.1.3. NMS aided continuous passive motion apparatus

Aparatul NMS continuu de ajutorare a mișcării pasive

Patent No.: US 4520827 A

Date of Patent: Jun. 4, 1985

Acest brevet descrie o invenție pentru recuperarea posttraumatică a membrului inferior, mai precis fiind vizată articulația genunchiului.

Figura 2.4.Mișcare de extensie (poza de sus) și mișcare de flexie (poza de jos) la nivelul articulației genunchiului. Electrozii prezentați atât în figura de sus, cât și în figura de jos, furnizează semnalul de stimulare NMS la mușchiul cvadriceps [29].

Cu ajutorul unui dispozitivul de mișcare pasivă continuă (CPM) se mobilizează articulația genunchiului piciorului unui pacient și pentru a se obține o extindere totală a piciorului, acest tip de dispozitiv se oprește de fiecare dată când se ajunge la poziția finală a extensiei.

Prin intemerdiul unui stimulator neuro-muscular (NMS), ce este capabil să asigure stimularea mușchiului cvadriceps al pacientului, se realizează o extensie totală a piciorului.

La sfârșitul intervalului de pauză, NMS este oprit prin mijloacele de control, iar dispozitivul CPM este activat să-și reia mișcarea. Intervalul de pauză și stimularea electrică a mușchiului cvadriceps se repetă de fiecare dată când dispozitivul CPM atinge poziția finală a extensiei [29].

2.2. Documentare din prospecte

În ceea ce privește stadiul actual pe piață a acestui tip de echipament, s-au comercializat/asamblat o serie de echipamente/sisteme mecatronice destinate recuperării medicale a membrului inferior.

Printre acestea se numără:

Echipamente izokinetice necesare efectuării mișcărilor pasive continue

Echipamentele izokinetice de mișcare pasivă continuă (Fisiotek) – Figura 2.5., realizate pentru șold, genunchi sau gleznă, sunt echipate cu un sistem de control computerizat. Cu ajutorul acestui sistem se poate realiza un feedback, care este necesar medicului în timpul testului izokinetic (pentru a evalua rezultatele), dar de asemenea și pacientului. Acest tip de echipament poate fi utilizat bineînțeles în centre specializate de reabilitare, dar și la domiciliul persoanelor cu afecțiuni [2].

Figura 2.5. Echipamente izokinetice de mișcare continuă pasivă [2]

Echipamente de reabilitare izokinetică acționate cu mușchi pneumatic (Figura 2.6.) – care pot fi:

Figura 2.6. Echipamente de reabilitare izokinetică acționate cu mușchi pneumatic: cu acțiune manuală (stânga) și echipament modernizat (dreapta) [30]

cu acțiune manuală – prin intermediul unei manete se pot seta viteza și amplitudinea mișcării piciorului afectat

și o variantă mai modernă pentru acest tip de echipament – piciorul afectat este prins într-un dispozitiv, iar cu ajutorul unui mecanism de antrenare, membrul inferior este deplasat continuu (viteza și amplitudinea fiind variabile).

Un avantaj major al echipamentelor de reabilitare izokinetică acționate cu mușchi pneumatic este faptul că un astfel de produs are un cost situat sub oferta de piață, față de un produs cu o aceeași întrebuințare, dar prevăzut cu diverse motoare electrice, ceea ce ar duce la un cost foarte ridicat, neaccesibil tuturor[30].

Figura 2.7.Tipuri de echipament de reabilitare acționat cu mușchi pneumatic (folosind elemente mecanice tipizate) [30]

Alte tipuri de echipamente de reabilitare posttraumatică

Figura 2.8. Dispozitiv electronic destinat recuperării posttraumatice [30]

Figura 2.9. Echipamente destinate recuperării medicale a mușchilor și a articulațiilor [30]

CAPITOLUL 3 – DESCRIEREA CONCEPTULUI ALES

3.1. Generalități

Conceptul ales este un echipament pentru reabilitarea posttraumatică a membrului inferior, mai exact a articulației genunchiului. Exită multe riscuri de accidentare în cazul persoanelor sportive, în cazul de față copiii, mulți dintre aceștia ajungând să sufere diverse intervenții chirugicale pentru recuperarea membrului accidentat. Cum însă nu sunt suficiente doar intervețiile chirugicale pentru o reabilitare 100% a membrului afectat, este necesară folosirea unei tehnici de mișcare pasivă continuă, tehnică ce pune în mișcare “articulația asupra căreia s-a intervenit, fără nevoia de solicitare a mușchilor pacientului” [2].

Mișcările posibile ce se pot realiza la nivelul articulației genunchiului cu ajutorul acestui tip de echipament sunt de flexie-extensie a genunchiului, iar pentru realizarea unor astfel de mișcări este important să se cunoască distanța parcursă de cărucior (adică suportul piciorului), viteza de deplasare pe distanța parcursă, durata mișcării, tipul de forță aplicată, și nu numai, pentru adaptarea dispozitivului în funcție pacient.

În ceea ce privesc caracteristicile echipametului de recuperare a mobilității articulației genunchiului, pot fi urmărite în tabelul următor:

Tabel 3.1. Specificații aparat

3.2. Schema bloc. Descriere. Funcționare

Figura 3.1. Schema bloc a echipamentului

Acționarea echipamentului se realizează prin intermediul unui motor alimentat la o sursă de energie. În unitatea de comandă a echipamentului poate fi setat unghiul de flexiei/extensie și, de asemenea, durata necesară exersării mișcărilor (în funcție de afecțiunea pacientului la nivelul articulației genunchiului), prin intermediul unui sistem de acționare tip telecomandă.

Motorul pentru mișcarea de flexie/extensie preia semnalul generat de unitatea de comandă, și cu ajutorul acestuia se acționează mișcarea de rotație succesivă a roților. În continuare, șurubul stă pe loc, nu se deplaseaza axial, dar se rotește continuu și această rotație face ca piulița (care stă prinsă pe șurub) să se deplaseze înainte-înapoi. Prin urmare, prin intermediul acestui mecanism, se realizează mișcarea piciorului pacientului și implicit mișcarea mecanismului cu bare atașat pe pacient ( a se vedea desenul de ansamblu, cu mecanismul de bare-Figura 3.10.).

În structura ansamblului șurub-piuliță trebuie introduse 2 limitatoare de curse (senzori) cu rol dublu:

1.Pentru e evita distrugerea mecanismului în cazul unei mișcări excesive a piuliței;

2. Pentru siguranța pacientului (mai precis în momentul în care membrul inferior al pacientului ajunge la capătul cursei).

Toate aceste componente vor avea dimensiuni controlate pentru a fi incorporate în corpul cutiei (cutie ce face parte din alcătuirea echipamentului).

3.3. Schema cinematică. Legendă. Funcționare.

Figura 3.2. Schema cinematică a mecanismului de recuperare a membrului inferior

Legendă :

1, 2 – elementele ortezei

3 – piuliță

4 – șurub

5 – lagăre de rostogolire

6 – mecanism de ghidare

7, 9 – roți pentru transmisie prin curea

8 – curea dințată de transmisie

10 – motor electric

11 – cărucior suport pentru picior

Segment AB – coapsă

Segment BC – gambă

Punctul A – șold

Punctul B – genunchi

Punctul C – gleznă

Funcționare :

În figura de mai sus (Figura 3.2.) este evidențiată schema cinematică a sistemului mecatronic de recuperare a membrului inferior. Acționarea este asigurată de un motor de curent continuu (notat cu 10 pe figură), care transmite mișcarea prin intermediul a două roți de curea danturate (notate cu 7 și 9) ce pun în mișcare ansamblul șurub-piuliță (notate cu 4 și 3).

Structura dispozitivului de tip orteză (alcătuită din segmentele 1 și 2 ) este acționată prin rotirea șurubului, care va deplasa înapoi-înainte piulița, generând astfel mișcarea de flexie a membrului inferior.

3.3.1.Mecanismul structurii de tip orteză picior

Mișcarea de flexie-extensie

Poziția inițială a piciorului – în flexie

Figura 3.3. Lanțul cinematic de realizare a mișcării de flexie

Poziția în timpul funcționării

Figura 3.4. Lanțul cinematic în timpul funcționării

Poziția finală a piciorului – în extensie

Figura 3.5. Lanțul cinematic de realizare a mișcării de extesie

În toate cele 3 etape de funcționare se poate observa că lungimile l1, l2 și înălțimea H ramân constante, precum si unghiul α3 (care este α3=900), iar lungimea l3 este variabilă.

3.4.Descrierea aparatului experimental

3.4.1. Proiectarea aparatului experimental

Pentru realizarea proiecției echipamentului de reabilitare a membrului inferior a fost nevoie de utilizarea programului Autodesk AutoCAD 2017. Însă, înaintea începerii proiecției, s-a realizat o schiță a dispozitivului după cum urmează (Figura 3.6.):

Figura 3.6. Dispozitiv recuperare membru inferior: sus-vedere anterioară, mijloc – vedere laterală, jos-vedere posterioară

Astfel, după realizarea schiței de mai sus, s-a proiectat, cu ajutorul programului menționat anterior, echipamentul în 3 planuri diferite:

A)Vedere anterioară

În următoarele două imagini (Figura 3.7 și 3.8.) se poate vizualiza o vedere anterioară a echipamentului, proiecție 2D, unde regăsim elementele notate cu 10 (reprezentat de motor) și respectiv 11 (reprezentat de căruciorul suport de picior):

Figura 3.7. Captură de ecran-vedere anterioară

Figura 3.8. Vedere anterioară a dispozitivului de recuperare

B)Vedere laterală

De asemenea, în următoarele două imagini (Figura 3.9 și 3.10.) se poate vizualiza o vedere laterală a echipamentului, proiecție 2D. Aceste imagini sunt cele mai detaliate, putând observa principalele elementele componete ce duc la realizarea mișcării de flexie-extensie: mișcarea motorului (notat cu 10) se transmite la roata mare (notată cu 9), care prin cureaua dințată (notată cu 8) conduce mai departe mișcarea la roata mică (notată cu 7). În continuare, se pune în mișcare ansamblul șurub-piuliță (notate cu 4, respectiv 3), care ajută la mișcarea de tip înainte-înapoi a căruciorului suport de picior (notat cu 11).

Figura 3.9. Captură de ecran-vedere laterală

Figura 3.10.Vedere laterală a dispozitivului de recuperare

C)Vedere posterioară

În următoarele două imagini (Figura 3.11 și 3.12.) se poate vizualiza o vedere posterioară a echipamentului, proiecție 2D, unde regăsim elementele notate cu 7 (reprezentat de roata cu diametru mic), 8 (reprezentat de cureaua de transmisie) și respectiv 9 (reprezentat de roata cu diametru mare):

Figura 3.11. Captură de ecran-vedere posterioară

Figura 3.12.Vedere posterioară a dispozitivului de recuperare

3.4.2. Componentele aparatului experimental

Lista componentelor ce intră în alcătuirea dispozitivului de reabilitare a membrului inferior este prezentată în tabelul următor:

Tabel 3.2. Componente dispozitiv

3.4.3. Descrierea funcționării aparatului experimental

Pacientul este dispus pe un scaun pivotant pe verticală, iar poziția inițilă de recuperare este cu genunchiul în flexie, cu un unghi de 900 format între coapsă și gambă (mai precis între elementele 1 și 2-Figura 3.10.), iar laba piciorului este fixată într-un suport tip cărucior (notat cu 11).

La nivelul șoldului este o centură, cu care se înfășoară pacientul, urmată de o bară care se poate modifica de la mijloc, prezentând un dispozitiv de reglaj în funcție de lungimea coapsei (de la încheietura șoldului până la articulația genunchiului) și în funcție de lungimea gambei (de la articulația genunchiului până la articulația gleznei). Se poate observa din desen (Figura 3.10.) că acele segmente metalice (care se pot regla) sunt legate cu un sistem tip cataramă de coapsă, respectiv de gambă.

Acționarea dispozitivului este asigurată de un motor de curent continuu (notat cu 10), care transmite mișcarea prin intermediul a două roți de curea dințată (notate cu 9-roata cu diametru mai mare care prin curea transmite mișcare la roata 7-roata cu diametru mai mic), ce pun în mișcare ansamblul șurub-piuliță (notate cu 4, respectiv 3).

O turație a motorului electric, se transmite la roata 9, care prin curea (notată cu 8) transmite mișcare la roata 7. Turația roții 7 va fi turația șurubului. Deasupra acestui șurub este montat căruciorul suport, cărucior care are în stânga și în dreapta niște prelungiri ( asemănătoare cu niște țevi) și prin interiorul acestora sunt cele două bare de ghidare stânga și dreapta.

Astfel, căruciorul este echilibrat în momentul în care șurubul se rotește cu o anumită turație, deplasând înainte sau înapoi piulița, care antrenează suportul pe care este fixată laba piciorului, ghidându-se pe cele două bare figurate în secțiunea laterală din Figura 3.10..

La capetele cursei sunt montați niște senzori, care în momentul atingerii lor, aceștia dau comandă la dispozitivul de acționare (dacă nu este nici o problemă cu pacientul) , să schimbe sensul de mișcare (pentru a nu se lovi continuu căruciorul de peretele cutiei), ducând căruciorul în partea opusă, și astfel se poate realiza deplasarea continuă a căruciorului de la 0 mm la 350 mm maxim.

CAPITOLUL 4 – MEMORIU DE CALCUL

4.1.Calculul cinematic și de dimensionare

4.1.1.Dimensionarea ortezei

Partea de orteză din alcătuirea echipamentului de reabilitare a mebrului inferior este destinată copiilor cu vârsta de 6 ani până la vârsta de 13-14 ani. De asemenea, este importat să se cunoască înălțimea și greutatea copilului, pentru realizarea ortezei.

În următorul tabel sunt prezentate informații orientative legate de înălțimea și greutatea copiilor cu vărste între 6 și 13 ani:

Tabel 4.1. Tabel privind înălțimea și greutatea copiilor [31]

De asemenea, pentru adaptarea ortezei în funcție de înățimea și greutatea copiilor, sunt necesare următoarele tabele antropometrice (Tabel 4.2. și Figura 4.1.):

Tabel 4.2. Tabel date antropometrice( din Winter) [32]

Figura 4.1. Schemă generală de calcul pentru unele mărimi segmentare [32]

Au fost realizate următoarele calcule pe baza masurătorilor (Tabel 4.3. ) luate pe un copil de 12 ani (băiat), cu o înățime de 145 cm și o greutate de 42 kg.

Tabel 4.3. Date privind măsurătorile luate unui copil

Masa membrului inferior : M.m.i. = (4.1.1.1)

Greutatea : G = M · g = (4.1.1.2)

Masa coapsei : Mb = (4.1.1.3)

Masa gambei + picior = (4.1.1.4)

Prin intermediul tabelului următor (Tabel 4.4.) am calculat variația valorilor/eroarea, mai precis cât de mult variază valoarea măsurată direct pe copil față de valoarea calculată cunoscând înălțimea copilului. Se poate observa că erorile sunt destul de mici, variind de la 0,06% la 0,29%, ceea ce înseamnă că tabelului lui Winter (Figura 4.1.) poate fi folosit pentru standardizare ulterioară.

Tabel 4.4. Tabel erori

4.1.2.Calculul segmentelor proximal și distal

Din tabelele cu date antropometrice am putut calcula segmentele proximale și distale pentru coapsă, gambă și laba piciorului, rezultatele putând fi urmărite în tabelul următor (Tabel 4.5.):

Tabel 4.5. Rezultatele calculelor pentru segmentele proximale și distale

Figura 4.2. Reprezentarea lungimilor celor 3 segmente (coapsă-L1, gambă-L2, picior-L3)

Figura 4.3. Reprezentarea lungimilor segmentelor proximale și distale

Lungimea coapsei este:

(4.1.2.1) și știind că H (îmălțimea totală a copilului) este 145 cm (1450 mm) vom avea: (4.1.2.2)

Din relația (4.1.2.2) rezultă lungimea segmentului proximal (4.1.2.3)

Lungimea gambei este:

(4.1.2.4)

Din relația (4.1.2.4) rezultă lungimea segmentului proximal (4.1.2.5)

Lungimea segmentului proximal pentru laba piciorului este:

(4.1.2.6)

Segmentele distale vor fi:

(4.1.2.7)

(4.1.2.8)

(4.1.2.9)

Forța care apasă asupra căruciorului este dată de suma forțelor de greutate ale coapsei, gambei și piciorului. Aceste forțe au punctul de aplicare în centrele de masă ale coapsei, gambei, respectiv piciorului ca în figura următoare:

Figura 4.4. Reprezentarea centrelor de masă ale coapsei, gambei și piciorului

Normala la suprafața căruciorului de deplasare va fi : (4.1.2.10)

(4.1.2.11)

(4.1.2.12)

(4.1.2.13)

g – reprezintă accelerația gravitațională , care este aproximativ egală cu 10 m/s2.

Rezultă – din relația (4.1.2.11) (4.1.2.14)

– din relația (4.1.2.12) (4.1.2.15)

– din relația (4.1.2.13) (4.1.2.16)

Astfel, forța totală care apasă asupra căruciorului va fi :

(4.1.2.17)

Punctul de aplicație al forței rezultante se modifică în timpul deplasării căruciorului de la poziția 0 la distanța de 350 mm (l3) pe care ne-o impunem astfel încât segmentule AB și BC să se alinieze.

4.1.3.Calculul sarcinii șurubului

Pentru a calcula forța pe care trebuie s-o învingă mecanismul șurub-piuliță se aplică metoda izolării corpurilor în cele 3 cazuri:

A)Poziția inițială a piciorului – în flexie

B) Poziția în timpul funcționării

C)Poziția finală a piciorului – în extensie

A) Cazul inițial: Rezultă în final cele două reacțiuni în puncte de reazem ale „ saniei ” [33]

Figura 4.5.Poziție inițială în flexie a genunchiului

, unde G1 – greutatea coapsei

l1 – lungimea coapsei

G2 – greutatea gambei

l2 – lungimea gambei

G3 – greutatea (labei) piciorului

Na, Nb – reacțiunile în punctele de sprijin ale căruciorului

Calculăm momentul față de punctul 0:

M0 = 0 și – (4.1.3.1) (4.1.3.2) ( reacțiunea în punctual 0 și 1)

Relația forțelor: (4.1.3.3)

Din relațiile (4.1.3.2) și (4.1.3.3) N2 = + G2 + G3 (4.1.3.4)

Na + Nb = N2 (4.1.3.5)

Momentul față de punctul 1 și 2:

M = 0 și (4.1.3.6)

(4.1.3.7)

(4.1.3.8)

(4.1.3.9)

(4.1.3.10)

Forța care trebuie învinsă va fi:

(4.1.3.11)

(4.1.3.12), unde este coeficientul de frecare din sistemul de ghidare.

Se alege ( coeficient de frecare oțel-fontă).

B) Cazul poziției în timpul funcționării [33]

Figura 4.6. Poziția genunchiului în timpul funcționării

Momentul față de punctul 0 : M = 0

(4.1.3.13), unde (4.1.3.2)

Ecuația forțelor: (4.1.3.3)

(4.1.3.4)

Momentul față de punctul 1 : M1 = 0 (4.1.3.5)

(4.1.3.14)

(4.1.3.14)

(4.1.3.14)

(4.1.3.14)

C) Cazul extrem este acela în care piciorul este complet întins

Ca să se echilibreze momentul la călcâi apare o forță laterală F suplimentară față de cazul anterior. În rest, forța normală nu se schimbă.

Forța de învins e forța de frecare de la cazul 1, la care se adaugă forța laterală F.

Putem neglija forța laterală și rezultă forța de învins (4.1.3.15)

Pentru șurub se poate opta ca material oțeluri carbon OL50 sau OL60. Pentru piuliță se alege fontă cu grafic modular sau fontă antifricțiune.

(4.1.3.16)

Din relațiile (4.1.3.15), (4.1.3.15), (4.1.2.14), (4.1.2.15) și (4.1.2.16)

(4.1.3.17)

4.1.4.Calculul de dimensionare a șurubului

Sarcina de calcul pentru șurub este:

(4.1.4.1) , unde β este coeficient de siguranță

(4.1.4.2)

Din relațiile (4.1.4.1), (4.1.4.2) și (4.1.3.17) (4.1.4.3)

Diametrul interior al filetului se calculează cu relația:

(4.1.4.4)

(4.1.4.5)

Din relațiile (4.1.4.3), (4.1.4.4) și (4.1.4.5) (4.1.4.6) (dimensiunea din calcul este mică deoarece forța de tracțiune (necesară dimensionării) este mică)

Constructiv, se adoptă un diametru exterior al filetului d= 10 mm, pentru a contracara fenomenul de flambaj și pasul filetului p = 1,5 mm.

Se alege un filet standardizat triunghiular cf SR ISO 2904.

Diametrul mediu al filetului se determină cu relația obținută din condiția de rezistență a filetului la strivire.

(4.1.4.7)

m – factorul lungimii filetului piuliță , (4.1.4.8)

k – factor dimensional , (4.1.4.9)

qa – rezistența admisibilă la strivire [N/mm2]

4.1.5.Calculul turației motorului de antrenare

Se utilizează relația:

(4.1.5.1) pentru raport i = 1:1, unde Vs – reprezintă viteza de avans a piuliței (dă deplasarea șurubului)

psb – reprezintă pasul șurubului

ns – reprezintă turația șurubului

Calculăm viteza de avans: impunem viteza unghiulară pentru antrenarea gambei în articulația genunchiului: (4.1.5.2)

În poziția inițială A) viteza de deplasare maximă a punctului C este și viteza căruciorului:

(4.1.5.3)

Figura 4.7. Reprezentarea vitezei unghiulare prin intermediul desenului

Cunoscând și (4.1.5.3) și folosind relația (4.1.5.1) (4.1.5.4)

Transmiterea mișcării de la motorul de antrenare la axul șurubului se face prin intermediul a două roți cu curea cu raportul de transmisie: și randamentul transmisiei c = 0,94.

Alegem roțile de curea astfel încât să avem raportul de transmisie: .

Figura 4.8. Reprezentarea celor 2 roți unite printr-o curea

Cunoscând că (4.1.5.5)

Alegem pentru cele două roți de curea și .

Cunoscând (4.1.5.4) turația motorului de antrenare (4.1.5.6)

Și știind că (4.1.5.7) și folosind relația (4.1.5.6) (4.1.5.8)

Folosind cataloage de specialitate, o turație a motorului de antrenare de 250 rot/min va avea nevoie de o tensiunea de alimentare .

CAPITOLUL 5 – SIMULAREA SOLUȚIEI PROIECTATE

Pentru realizarea unei simulări a soluției propuse a fost necesară inițial proiectarea unui astfel de echipament de reabilitare a membrului inferior. Pornind de la ideea realizată la punctul 3.4. și folosind programul Autodesk Inventor Professional 2017 s-a realizat o animație (ce se regăsește în prezentarea Power Point).

Pașii parcurși în vederea realizării animației:

1.Proiectarea părților componente

În imaginile următoare se pot vizualiza proiecțiie 3D ale cutiei echipamentului de reabilitare, atât vedere laterală (Figura 5.1.), cât și vedere posterioară (Figura 5.2.) și, de asemenea, proiecția 3D a căruciorului suport de picior (Figura 5.3.):

Figura 5.1. Proiecție 3D a cutiei-parte laterală

Figura 5.2. Proiecție 3D a cutiei-parte posterioară

Figura 5.3. Proiecție 3D a căruciorului suport de picior

2.Asamblarea părților componente

După realizarea proiecțiilor 3D a componentelor de mai sus menționate și vizualizate (Figura 5.1., 5.2, 5.3.), este necesară asamblarea lor după cum urmează:

mai întâi așezarea tututror componentele necesare în același plan (Figura 5.4.)

Figura 5.4. Alegerea tuturor părților constituente

apoi unirea părții posterioare a cutiei de cele două părți laterale ale cutiei echipamentului (Figura 5.5.)

Figura 5.5 Asamblare parte laterală de parte posterioară ( a cutiei )

iar într-un final atașarea de tot acest ansamblu a căruciorul suport de picior (ce se poate vizualiza atât în Figura 5.6.- fiind o vedere de aproape, cât și în Figura 5.7.- fiind o vedere din depărtare).

Figura 5.6. Atașarea căruciorului de cutia echipamentului (de aproape)

Figura 5.7. Atașarea căruciorului de cutia echipamentului (din depărtare)

3.Setarea parametrilor necesari simulării

Într-un final, după realizarea tuturor proiecțiilor 3D alocate componentelor echipamentului de reabilitare și asamblarea acestora, a urmat setarea parametrilor necesari în vederea realizării animației. Mai exact, setarea cursei maxime efectuate (350 mm), dar și timpul alocat parcurgerii ditanței dus-întors (5 secunde).

Figura 5.8. Setarea distanței parcurse de cărucior și durata mișcării

CONCLUZII ȘI DIRECȚII DE CERCETARE VIITOARE

CONCLUZII GENERALE

În lucrarea de față a fost prezentat conceptul unui echipament de reabilitare posttraumatică a membrului inferior în cazul copiilor sportivi, aceștia având nevoie de o recuperare accelerată, ce poate fi posibilă doar cu un atfel de dispozitiv.

Cu ajutortul informațiilor despre anatomia și biomecanica membrului inferior s-a elaborat o schiță a dispozitivului, care a fost de ajutor în realizarea proiecției 2D, iar mai apoi 3D a acestui aparat. Pentru realizarea acestor proiecții au fost necesare cunoașterea părților componente ce alcătuiesc echipamentul de reabilitare. De asemenea, sunt importante și câteva informații legate de dimensiunile membrului inferior și a înălțimii și greutățiii pacientului, pentru a adapta partea de orteză și de cărucior (suport de picior) în funcție de nevoile fiecărui pacient.

Folosirea unui astfel de echipament de reabilitare, prin utilizarea tehnicii de mișcare continuă pasivă, poate reduce costurile (chiar cu 50%) de refacere a funcției/funcțiilor pierdute de la nivelul articulației genunchiului față de cazul neutilizării unui astfel de dispozitiv.

Pe lângă această recuperare automată, mai precis mișcarea strictă a aparatului, echipamentul poate să funcționeze și în alt mod, în ceea ce privește evaluarea gradului de reabilitare. După o intervenție chirugicală suferită la nivelul membrului inferior, pacientul are nevoie de un număr de ședințe de recuperare (număr stabilit de un doctor specialist în ortopedie), ședințe unde se vor realiza mișcări de flexie-extensie a membrului afectat. După acel număr de ședințe, pacientul ar trebui să înceapă să facă aceleași mișcări de unul singur. Odată cu exercițiile realizate cu ajutorul echipamentului se urmărește o evoluție în timp a gradului de îndoire a genunchiului.

DIRECȚII DE CERCETARE VIITOARE

Introducerea unor elemente de control al datelor privind starea de refacere/stagnare/agravare a pacientului s-ar putea realiza cu ajutorul transmiterii wireless la o aplicație sau la un server a datelor, unde doctorul poate avea acces ori de câte ori este nevoie. Prin intermediul acestor mijloace, doctorul poate să vadă dacă pacientul și-a îndeplint norma de exerciții, dacă evolueză sau dacă are nevoie de mai multe ședințe de mișcare flexie-extensie a piciorului.

BIBLIOGRAFIE

[1] https://ziarulrealitatea.ro/senatorul-dorin-badulescu-un-om-intr-o-politica-cu-multe-dizabilitati-o-lege-absurda-care-ii-umileste-pe-romanii-cu-forme-grave-de-handicap-ar-putea-fi-schimbata-george-lixandru/

[2] Prof.dr.ing. Tudor DEACONESCU (2009), “ECHPAMENT IZOKINETIC ACȚIONAT CU MUȘCHI PNEUMATICI, DESTINAT RECUPERĂRII BOLNAVILOR CU AFECȚIUNI POSTTRAUMATICE ALE ARTICULAȚIILOR PORTANTE”.

[3]https://www.academia.edu/8740280/NOTIUNI_DE_BAZA_DIN_ANATOMIA_CORPULUI_OMENESC

[4] S.Olteanu, A.Neagu, F.Miricel, C.Gheorghe, A.Sandu (2018), “Noțiuni teoretice și teste pentru clasele a XI-a și a XII-a BIOLOGIE BAC’, Ed. Corint

[5] https://www.esanatos.com/anatomie/membrul-inferior/Oasele-membrului-inferior-osul54259.php

[6] Silviu Gabriel Cioroiu (2006), “ Esențial în anatomie și biomecanică”, Ed.Universității Transilvania

[7]https://www.pansportmedical.ro/recuperare/articole/structura_biomecanica_articulatie_genunchi.html

[8] http://vlad93-timisoara.blogspot.com/2010/10/planuri-si-axe-clasa.html

[9] https://ro.thpanorama.com/blog/ciencia/planos-anatmicos-y-ejes-del-cuerpo-humano.html

[10]Blandine Calais-Germain (2009), “Anatomie pentru mișcare. Introducere în analiza tehnicilor corporale”, Ed. POLIROM

[11] http://www.archeus.ro/lingvistica/CautareDex?query=PATOLOGIE

[12] http://www.ortopedie-pediatrica.ro/membrul-inferior/

[13] http://articole.famouswhy.ro/fracturile_care_pot_aparea_la_nivelul_membrului_inferior/

[14] https://www.ortopedie-arcalife.ro/fractura-de-tibie.html

[15] https://www.ortopedie-arcalife.ro/uploads/3/1/1/2/31127715/3863042_orig.jpg

[16] https://www.doctorortoped.ro/afectiuni/entorsa-de-glezna

[17]Dr.Răzvan Ciobanu, “Leziuni traumatice ale articulațiilor-entorse, luxații, plăgi articulare”.

[18] https://www.ortopedie-arcalife.ro/luxatia.html

[19] Dr. Tudor Sbenghe (1996),” Recuperarea medicală la domiciliul bolnavului”, Ed.Medicală București.

[20] https://topkineto.ro/metode/terapia-scenar

[21] https://www.lexiyoga.com/yoga-for-pain-therapy

[22] http://www.painsolutions.com.au/FAQRetrieve.aspx?ID=49882

[23] https://topkineto.ro/metode/masaj-terapeutic-localizat

[24] https://centrokinetic.ro/servicii/recuperare-medicala/proceduri-speciale/masaj-terapeutic/

[25] https://topkineto.ro/metode/gimnastica-medicala

[26] https://aesthete.ro/product/kinetoterapie-gimnastica-medicala/

[27] Randy Simmons, Ontario, CA (US)

[28] Jean-Claude R. Pécheux, 55, Avenue d'Arches, Charleville-Mézières, France,08000

[29] Thomas C. Wright, New Brighton; Stephen H. Ober, Chaska, both of Minn.

[30] https://dokumen.tips/documents/modul-21curs3-echipamente-pentru-reabilitareppt.html

[31]https://www.qbebe.ro/copilul/sanatate/greutatea_si_inaltimea_copilului_tabel_de_dezvoltare_318_ani

[32] http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Biomecanica_gen.pdf

[33] Ana Maria Amancea – Teză de doctorat – Contribuții privind perfecționarea sistemelor mecatronice moderne destinate recuperării medicale a membrului inferior