Система контроля процесса обучения и состояния здоровья пациента
научный журнал «Актуальные исследования» #12 (39), март '21

Система контроля процесса обучения и состояния здоровья пациента

В статье рассматриваются отечественные протезы нижних конечностей, которые используются для искусственного восстановления ампутированных конечностей в результате каких-либо внутренних или внешних повреждений. Данные протезы обладают рядом недостатков. Для устранения данных недостатков предлагается структурная схема системы контроля процесса обучения и состояния здоровья пациента. Использование предложенной системы в отечественных протезах позволит повысить функциональность и значительно снизить их стоимость по сравнению с электронными протезами.

Аннотация статьи
система контроля
беспроводное управление
датчик пульса
гироскоп
акселерометр
протез конечностей
Ключевые слова

Введение. История протезирования уходит во времена Древнего Египта. В одной из последних находок при вскрытии одной из гробниц был обнаружен искусственный палец ноги. Вся мировая история связана с многочисленными войнами, а на любой войне не минуемы ранения, травмы и ампутации. Первые протезы как правило появлялись у воинов, имеющих звания. Как правило это были деревянные опоры с элементами кожаных захватов. В случае с руками это был банальный крюк для удержания и переноса каких-либо вещей. Со временем протезы становились более легкими и совершенными [3, с. 55].

Протезирование – это искусственное восстановление ампутированных конечностей в результате каких-либо внешних или внутренних повреждений. Под внутренними повреждениями мы подразумеваем болезни, в результате которых по медицинским показаниям требуется провести ампутацию конечности, чтобы избежать смерти человека. Внешними повреждениями являются производственные травмы, электротравмы, минно-взрывные травмы и так далее. Также протезированием является возвращение человека в общество и ведение полноценного образа жизни – работа, учеба и даже занятие спортом.

Протезирование начинается после ампутации какой-либо конечности. Пациент, потерявший конечность, после операции должен задумываться о протезировании. Залогом успешного протезирования – является подготовка к протезированию. Этот процесс включает в себя: огромный комплекс физической гимнастики, массаж, психологическая поддержка пациента, работа с культей, работа с мышечным корсетом и работа на тренажерах по восстановлению опорно-двигательного аппарата.

После подготовки пациент встречается с протезистом, проводится анализ физических возможностей пациента, также определяется уровень активности пациента и назначение протеза пациенту.

Протезостроение играет важную роль в залоге успешного протезирования, так как каждый человек имеет свою индивидуальную особенность опорно-двигательного аппарата. Также современные полуфабрикаты: коленные модули, стопы и другие комплектующие, являющиеся частью протеза, требуют индивидуальную сборку в схеме построения протеза [5, с. 89].

Объекты и методы исследования. Протез – это искусственная конечность, которая имеет большое количество разновидностей и состоит из большого количества материалов. Этими материалами являются: дерево, черные металлы, цветные металлы, пластмассы высокого давления, пластмассы низкого давления, пластики, стеклопластики, углепластики, различные слоистые пластики, кожа, резина, смолы, гипсовые бинты, медицинский гипс [2, с. 78].

Протез нижних конечностей является устройством, которое находится в движении и под нагрузкой, что естественно приводит к износу отдельных механизмов и определенных деталей. Часто выходящими из строя узлами протезов нижних конечностей являются как правило: стопы, коленные модули, культе-приемные гильзы, а также крепления протеза.

Стопы в протезе являются механизмами, подвергающимися нагрузке массы тела, воздействию окружающей среды (вода, холод, жара и т.д.). Приводим пример – стандартная обычная стопа состоит из деревянной щиколотки, покрытой слоем резины, имитирующим живую ногу. В процессе эксплуатации под давлением резина трескается и лопается. В результате воздействия окружающей среды в ось трещины попадает грязь, вода и в результате чего разрушается деревянная щиколотка, что приводит к износу – поломки стопы.

Коленный модуль является механизмом сгибания и разгибания в протезе. Также на него приходятся нагрузки, связанные с весом пациента и окружающей средой. Коленный модуль состоит из металла, цветных металлов, черных металлов. Внешний корпус коленного модуля выполнен из сплавов цветных металлов. Также в нем присутствуют подшипники, удерживающие центральную ось, которые выполнены из черных металлов. Они подвержены коррозии, ржавлению, что приводит к поломке коленного модуля. Также случаются внешние повреждения коленных модулей, такие как падение, удар и температурные факторы (холод), что также может привести к поломке коленного модуля. Еще существуют гидравлические коленные модули – в них присутствует гидравлическое масло и множество различных сальников, прокладок и клапанов. Данные детали протеза имеют свой ресурс работы, подверженный износу, в результате чего происходит течь масла и пропускание клапанов, что приводит к поломке коленного модуля. Также на гидравлический коленный модуль воздействуют погодные условия. При температуре – 20 º С и выше - масло в гидравлическом коленном модуле замерзает и становится густым, что приводит к выдавливанию прокладок и сальников – это приводит к поломке коленного модуля [1, с. 448].

Культе-приемная гильза также является наиболее часто выходящим из строя узлом в результате воздействия массы пациента и внешних повреждений таких как падение и удары. Также культе-приемная гильза является прямым контактером с телом человека.

Важную роль играет крепление протеза к телу пациента. Крепление протеза состоит из кожи и тканей различных видов. Данные крепления подвергаются воздействию пота, влаги и давлению (растяжению), что приводит к очень частому износу очень важной части протеза.

Из проведенного обзора: современные дорогие протезы могут так же «выйти из строя». Взяв отечественный протез, модернизировав его по современной технологии, получаем усовершенствованный, дешевый вариант, который выполняет все функции современного протеза. Для того, чтобы не перегружать протез, необходимо создать оптимальные условия для его эксплуатации. Для продления срока пользования протезом, нужно провести правильную корректировку и подгонку для пациента. При неправильном изготовлении культеприемной гильзы и неверной схеме построения протеза, он будет быстрее изнашиваться и создаст дискомфорт для пациента. Чтобы продлить срок эксплуатации данных протезов – надо правильно провести корректировку и подгонку, а также настройку схемы построения протеза. Имеющиеся на данный момент системы являются немобильными и требуют очень долгой настройки.

Исходя из этого, разработка системы контроля процесса обучения и здоровья пациента, которая позволит грамотно настроить протез под конкретного пациента, а также следить за его здоровьем является актуальной задачей, решение которой позволит повысить качество функционирования отечественных протезов и значительно снизить их стоимость по сравнению с электронными протезами.

Результаты их обсуждение. В ходе научной работы и изучения данного вопроса мы пришли к выводу, что нету достаточно четкого понимания правильной и ровной ходьбы пациента на протезе. Для того, чтобы попытаться изучить и решить эту проблему, мы решили предложить следующий способ - для этого необходимо разработать систему, состоящую из комплекса датчиков и программы, связывающую эти датчики с программой. Наша система состоит из трех каналов измерения: канала измерения, расположенного на руках, канала измерения, расположенного на ногах и канала измерения, расположенного на поясе. После изготовления нового протеза наступает момент первой примерки пациентом протеза. Надев протез на пациента, мы также надеваем на пациента комплекс датчиков. Датчики надеваются на здоровую ногу, на протез, на руки, а также на пояс прицепляя к ремню. Пациент начинает делать пробные шаги и учиться ходить на протезе. В то же время наши датчики отслеживают параметры ходьбы каждой ноги: расстояние, скорость и траекторию движения каждого шага здоровой ноги и шага, сделанного протезом (рис. 1).

Рис. 1. Канал измерения, расположенный на ногах

Также оптический датчик, расположенный на руке, имеет функцию считывания и регистрации пульса (рис.2).

Рис. 2. Канал измерения, расположенный на руках

Данная информация позволяет нам контролировать состояние здоровья пациента во время обучения ходьбы на протезе. Как правило большая часть пациентов – это люди преклонного возраста, имеющие ряд сопутствующих заболеваний, таких как сахарный диабет и сосудистые заболевания. Зачастую в результате которых и была произведена ампутация конечности. Данная технология позволит протезисту и врачу, которые занимаются протезированием и процессом обучения ходьбы на протезе, контролировать состояние здоровья пациента в процессе обучения ходьбы на протезе. В случае в процессе обучения ходьбы на протезе, если протезист или врач наблюдают повышение пульса, то им следует приостановить процесс обучения и дать отдохнуть, а в последствии уменьшить нагрузки и сократить время нахождения пациента на протезе [4, с. 775].

Центральный микропроцессор, находящийся на поясе – определяет общее расстояние всех датчиков между собой (рис. 3). Также он определяет отведение протеза в сторону от оси нагрузки. Все сигналы, передаваемые датчиками, должны передаваться в программу по возможности установленного в смартфон пациента.

Рис. 3. Канал измерения, расположенный на поясе

Данная программа должна четко считывать и анализировать все полученные сигналы, рисовать общую картину происходящего с пациентом – какое количество шагов было сделано пациентом, какова скорость ходьбы, какова длина каждого шага отдельно здоровой ноги и протеза, траекторию движения, а также пульс.

В ходе работы с пациентом и проведенных нами анализов мы получаем сигналы. Техник-протезист вместе с врачом обрабатывают полученную информацию и в случае необходимости проводят корректировку и подгонку протеза, а также настройку схемы построения протеза. После проведенных корректировочных работ и подгонки схемы построения пациент продолжает ходьбу. Мы считаем, что данная система поможет значительно улучшить работу протезиста с пациентом. Общее понимание и правильность ходьбы, определяемая датчиками, значительно улучшит качество протезирования и соответственно повысят уровень активности пациента. Протезист сможет четко и точно определять как пациент ходит на протезе, сколько он ходит, насколько увеличивается скорость ходьбы и уровень активности пациента. Данная информация будет сохраняться в истории программы и может просматриваться и изучаться специалистами по контролю и улучшению качества протезирования.

Заключение. Как правило процесс обучения ходьбы на протезе и первое ознакомление пациента с протезом и его надевание является сложным процессом – это эмоциональное проявление и психологическая нагрузка, а также физические трудности, которые нужно пациенту преодолеть для того, чтобы освоить протез и научиться полноценно пользоваться им. Поэтому в этой работе принимает участие протезист и врач, которые помогают пациенту в процессе всего обучения. Вышеизложенная технология, предлагаемая нами, значительно поможет в работе протезиста и врача с пациентом и будет отвечать за контроль процесса обучения пациента на протезе и отслеживать состояние здоровья пациента в процессе ходьбы на протезе.

Текст статьи
  1. Витензон, А. С. От естественного к искусственному управлению локомоцией
  2. Дубровский, В. И. Биомеханика : учебник / В. И. Дубровский, В. Н. Федорова.
  3. Au, S. K. Powered Ankle-Foot Prosthesis Improves Walking Metabolic Economy / S. K. Au, J. Webber, H. Herr // IEEE Trans. on Robotics.
  4. Farry, K. A. Myoelectric teleoperation of a complex robotic hand / K. A. Farry // IEEE Transactions on Robotics and Automation.
  5. Perry, J. Gait Analysis: Normal and Pathological Function.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 24 июля по 30 июля
Осталось 4 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
03 августа
Загрузка в eLibrary
03 августа
Рассылка печатных экземпляров
11 августа