Динамика механотерапевтического устройства для реабилитации локтевого сустава

• Автор: Тарасова, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы
1.1 История аппаратной физиотерапии
1.2 Задачи и основные принципы применения механотерапии
1.3 Обзор существующих реабилитационных устройств для локтевого сустава
1.4 Цель и задачи диссертации
Глава 2. Пространственная математическая модель движения системы «реабилитационное устройство - рука человека»
2.1 Особенности строения и кинематика движения локтевого сустава
2.2 Кинематический анализ движения руки совместно с устройством
2.2.1 Исследование движения механизма сгибания
2.2.1 Исследование движения механизма вращения
2.3 Математическая модель движения с учетом взаимодействия механизма и руки человека
2.4 Математическое моделирование мышц, участвующих в движении локтевого сустава
2.5 Динамика системы «рука - устройство» с учетом действия сил, создаваемых мышцами
2.6 Моделирование динамики электроприводов
2.7 Выводы по главе
Глава 3. Численное моделирование динамики системы «реабилитационное устройство-рука человека» с учетом физиологических особенностей руки..
3.1. Исследование движения системы при типовых управляющих
воздействиях
3.2 Моделирование системы с учетом особенностей управления двигателем постоянного тока
3.3 Исследование движения системы с учетов действия мышц
3.4 Исследование сгибания руки с учетом деформации локтевого сустава
3.5 Моделирование движения руки с учетом вязко-упругих свойств
манжеты
3.6. Выводы по 3 главе
Глава 4. Проведение экспериментальных исследований реабилитационного устройства
4.1 Описание экспериментального стенда
4.2 Система управления реабилитационным устройством
4.3 Моделирование работы подсистемы определения усилия
4.4 Инструментальные средства проектирования реабилитационного устройства для локтевого сустава
4.5 Результаты экспериментальных исследований
4.6 Выводы по 4 главе
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ копии актов о внедрении диссертационной работы
Введение
Актуальность темы. В последние годы ведущие страны мира активно работают в области создания реабилитационных систем для пациентов, перенесших инсульты, травмы или хирургические вмешательства, повлекшие за собой нарушения двигательных функций. Принцип действия такого рода устройств заключается в использовании механотерапии - метода лечебной физкультуры, основанного на выполнении дозированных движений (преимущественно для отдельных сегментов конечностей), осуществляемых с помощью механотерапевтических аппаратов, облегчающих движения или, наоборот, требующих дополнительных усилий для их выполнения. Механотерапия предназначается для избирательного воздействия на определённые функции двигательной системы человека.
Современные реабилитационные системы способны не просто действовать по жестко заданный программе, но и осуществлять контроль процесса реабилитации, непрерывно корректируя параметры движения и адаптируя их для конкретного пациента. При этом возникает необходимость изучения особенностей биомеханики движения с целью достижения максимальной эффективности устройств, а также математического описания их функционирования в составе сложной человеко-машинной системы. Общие вопросы теории механизмов получили развитие в работах Б.П. Тимофеева, И.И. Артоболевского, Н.Н. Попова, В.А. Глазунова и др. Механика движения человека исследовалась в работах Г. Хилла, К. Бэгшоу,
В. М. Зациорского, В.Л. Уткина, Р.Б. Зальтера, А. Джонса и др. Дальнейшие исследования, посвященные изучению особенностей кинематики конечностей человека и их взаимодействию с реабилитационным устройством, представлены в работах П. Люма, Дж. Хука, Г. Мансура и других.

напоминают песочные часы, что позволяет избежать взаимного осевого смещения. Локтевой отросток при разгибании входит в ямку плечевой кости, ограничивая таким образом амплитуду (траекторию) движений. Соединение плеча и лучевой-кости осуществляется посредством сферического шарнира.
Кроме того, кости предплечья также образуют пару вращения, ось вращения которой направлена приблизительно вдоль прямой, соединяющей центр сферического шарнира и точку соединения локтевой кости с запястьем [59].
Таким образом, локтевой сустав обеспечивает две степени свободы для ^ предплечья: поворот относительно оси плечелоктевого сопряжения, то есть сгибание-разгибание руки, и ротацию вокруг продольной оси, то есть, используя медицинские термины, пронацию-супинацию, которая фактически является вращением лучевой кости вокруг локтевой. Под пронацией понимается вращение правой руки по часовой стрелке вокруг продольной оси, под супинацией - вращение правой руки против часовой стрелки. На рисунке 2.4 представлена модель сустава, в которой реализованы описанные выше соединения, а на рисунке 2.5 изображены взаимные расположения костей предплечья правой руки при пронации - супинации (реальные и смоделированные).