Введение к работе
Актуальность темы. Полнота реабилитации инвалидов после ам
путации нижних конечностей в значительной мере зависит от
избранной схемы построения протеза - взаимного расположения узлов
протеза относительно друг друга. Нерациональная схема снижает
устойчивость и повышает энергозатраты инвалида при ходьбе,
вызывает у него болевые ощущения и даже патологические изменения
в опорно-двигательном аппарате (И.П.Шуляк,1966,1971; И.Ш.Морей-
нис,1962,1987; А.В.Рожков,1969,1981; Л.Г.Плотник,1966,1972;
О.А.Ким, 1974,1986; Г.П.Гриценко,1974,1986; Э.А.Силантьев, 1975; В.Г.Санин, 1976; Н.Н.Петрин,1979; В.Н.Новиков, 1986 и др.).
Для настройки схемы построения протеза используют такие характеристики, как, например, распределение давления по культе в приемной гильзе протеза (В.П.Чайченко и др.,1972); величина ротационного момента реакции опоры, возникающего между стопой настраиваемого протеза и опорной поверхностью при ходьбе (О.П.Заблоцкий, 1983,1984); ориентация, форма и длина траектории, являющейся проекцией на горизонтальную плоскость миграции точки приложения результирующей нагрузок, действующих при ходьбе на несущие элементы настраиваемого протеза (Д.А.Яременко и др., 1978). Однако данные способы не учитывают роль контрлатеральной конечности в компенсации погрешностей искомой схемы. Тем не менее, эта роль может быть настолько выраженной, что неучет ее значительно снизит эффективность настройки схемы протеза, например, если контрлатеральная конечность является здоровой и, следовательно, обладающей выраженной возможностью указанной компенсации.
Для решения обозначенной проблемы перспективным является анализ характеристик взаимодействия стоп с опорой при ходьбе: известных - топологии давления под стопами, последовательности и продолжительности переката через них (А.В.Саранцев,1978; И.Б.Лиси-ца, 1978; И.Ш.Морейнис, 1978; П.Н.Уваров, 1986), а также и новых.
В последнее время созданы технические средства, позволяющие провести более информативное исследование ходьбы человека и дополнить современные представления о взаимодействии стоп с опорой при ходьбе в норме и на протезах.
Т.о., для повышения качества протезирования актуальными являются; изучение особенностей взаимодействия стоп с опорой при ходьбе на протезе как следствия схемы его построения и разработка (на основе
этого изучения) способа и биотехнической измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности с учетом компенсации погрешностей схемы контрлатеральной (сохранившейся пли протезированной) конечностью.
Между взаимодействием стоп с опорой и влиянием протеза на состояние протезированной конечности имеются сложные причинно-следственные связи, трудно поддающиеся детерминации. В этой связи, особенности взаимодействия стоп инвалида и опоры при ходьбе не позволяют достоверно оценить характер контакта культи с приемной гильзой протеза и, зависимое от него, состояние протезированной конечности, являющееся важным показателем качества протезирования. Поэтому разработанный способ включает объективный контроль за влиянием схемы построения протеза на состояние протезированной конечности.
Целью диссертационной работы является разработка способа и измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности с учетом компенсации погрешностей схемы контрлатеральной конечностью.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования :
-
Провести анализ существующих подходов к поиску схемы построения протезов нижних конечностей и определить основные функциональные требования к ней;
-
Разработать критерий оценки настройки схемы построения протеза на основе анализа взаимодействия стоп с опорой при ходьбе, учитывающий компенсацию погрешностей схемы контрлатеральной конечностью;
-
Разработать структуру биотехнической измерительно-информационной системы для анализа объекта "инвалид-протез" и настройки схемы построения протеза, синтезировать технический комплекс, соответствующий этой структуре;
-
Экспериментально исследовать характеристики взаимодействия стоп с опорой при ходьбе на протезах и выявить их зависимость от схемы построения протеза и регулирующих воздействий на нее;
-
Разработать способ настройки схемы построения протеза нижней конечности на основе анализа взаимодействия стоп с опорой при ходьбе, учитывающий компенсацию погрешностей схемы контрлатеральнои конечностью и включающий контроль за влиянием ходьбы на протезе на состояние протезированной конечности;
6.Апробировать разработанный способ настройки схемы построения протеза, предложенную структуру биотехнической измерительно-информационной системы и технический комплекс, а также определить перспективы их использования в практике протезирования.
Методы исследований. В работе применен системный подход к анализу проблемы, кибернетические методы, аналитическое и статистическое моделирование системы "инвалид-протез", гармонический и регрессионный анализ биомеханических характеристик ходьбы и оптимальное планирование эксперимента. Для экспериментальных исследований ходьбы на протезах создан комплекс, в котором взаимосвязно использовались: вновь разработанные юстировочные устройства для изменения схемы построения протеза; впервые примененные новые отечественные компьютерные тензометрические комплексы для оценки взаимодействия стоп с опорой и анализа распределения давления по культе, испытываемого ею со стороны приемной гильзы протеза; быстродействующий инфракрасный тепловизор для контроля за влиянием ходьбы на протезе на состояние кровообращения протезированной конечности и для исследования напряженно-деформированного состояния полиуретановой стопы.
Научная новизна работы состоит в том, что:
-
Разработан новый принцип настройки схемы построения протеза нижней конечности, позволяющий учесть вклад контрлатеральной конечности в компенсацию погрешностей схемы и влияние ходьбы на протезе на состояние протезированной конечности.
-
Разработана структура измерительно-инфомационной системы, позволяющая исследовать систему "инвалид-протез" и настраивать схему построения протеза по вновь предложенному критерию ее оценки, а также определены требования к использованию юстировоч-ных устройств и разработаны новые варианты их конструктивных решений (Авторские свидетельства СССР: N 1635983 БИ N 11, 1991г.; N 1715343 БИ N 8, 1992; Патент РФ N 1828399 БИ N 26, 1993 г.).
-
Выявлены новые зависимости между нарушением двигательной функции человека и характеристиками взаимодействия стоп с опорой при ходьбе.
-
Разработан новый критерий оценки настройки схемы построения протеза, основанный на анализе траектории центра давления стопы каждой конечности на опору.
-
Разработана классификация подходов к поиску схемы построения протеза, выявляющая взаимосвязь между функциональными требованиями к схеме и рекомендациями к ней;
-
Разработана гипотетическая модель влияния схемы построения протеза на кровообращение в протезированной конечности и предложен способ оценки этого влияния, основанный на тепловизионном методе (Авторские свидетельства N 1544419 БИ N7, 1990 г.; N 1727825 БИ N 15, 1992 г.).
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
-
Разработан новый способ настройки схемы построения протеза нижней конечности, учитывающий компенсацию погрешностей схемы сохранившейся конечностью и включающий контроль за влиянием избранной схемы на кровообращение в протезированной конечности. Этот способ позволяет повысить качество протезирования после ампутации нижних конечностей и предупредить возможность негативных последствий ходьбы на протезе на состояние опорно-двигательного аппарата инвалида;
-
Разработаны рекомендации к совершенствованию отечественных комплексов, регистрирующих взаимодействие стоп с опорой, а культи - с приемной гильзой протеза. Выполнение этих рекомендаций позволит успешнее внедрить названные комплексы в практику протезирования в составе предложенной структуры измерительно-инфома-ционной системы для настройки схемы построения протеза:
-
Разработаны варианты конструктивных решений юстировоч-ных устройств, позволяющих повысить удобство, точность и надежность коррекции схемы построения протеза; причем, юстировочные устройства для исследовательских целей могут служить также прототипом при создании устройств для автоматической настройки протеза при ходьбе.
Внедрение работы. Теоретические разработки, выполненные в процессе исследований, нашли практическое применение:
1. Разработанные критерии оценки настройки схемы построения
протеза используются в Санкт-Петербургском НИИ протезирования
им.Г.А.Альбрехта для индивидуальной подгонки протезов нижних
конечностей;
2. Измерительно-информационная система с предложенной
структурой и соответствующий ей технический комплекс используется
в Санкт-Петербургском НИИ протезирования им. Г.А.Альбрехта для
оценки н настройки схемы построения протезов инвалидам после ампутации нижних конечностей, а также для диагностики состояния пациентов со статическими деформациями стой;
3. Результаты проведенных исследований использованы
Санкт-Петербургской фирмой "ВИТ" и Калининградской ракетно-
космической корпорацией "Энергия" им. С.П.Королев* при
совершенствовании компьютерных комплексов, предназначенных
для применения в области ортопедии и протезирования.
4. Материалы диссертации использованы в 3-х плановых
НИОКР, проводимых в Санкт-Петербургском НИИ протезирования
им. Г.А.Альбрехта при непосредственном участии автора.
Внедрение результатов работы подтверждено соответствующими документами.
Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, из которых 5 защищены авторскими свидетельствами на изобретения СССР и 1 - патентом РФ.
Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования доложены и обсуждены: на конф. "Актуальные вопросы современного протезирования и протезостроения" (г.Ленинград, 1989г.); на семинаре Ленинградского научн. об-ва травма юлогов и ортопедов (г.Ленинград , 1991 г.); на науч.-практ. конф. "Реабилитация инвалидов с нарушением двигательных функций" (г.Новокузнецк, 1991г.); на Юбилейной науч.-практ. конф."ЦНИИПП-50, СПбНИИП-75" (г.Москва, 1994г.); на 2-й Всероссийской конф. по биомеханике "Памяти Н.А.Берншгейна" (г.Нижний Новгород, 1994 г.).
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы, включающего 173 наименования, и приложения. Основная часть работы изложена на 138 страницах машинописного текста. Работа содержит 61 рисунок, 10 таблиц.
