Urządzenie do wyznaczania momentu siły reakcji stopy w osi stawu skokowego

Pełna nazwa: Urządzenie do wyznaczania momentu siły reakcji stopy w osi stawu skokowego i sposób wyznaczania momentu siły reakcji stopy w osi stawu skokowego

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru zakresu ruchu i momentu siły osi stawu skokowego człowieka. Układ umożliwia bezinwazyjne wykonanie powyższych pomiarów dzięki swojej unikalnej budowie i systemowi czujników pomiarowych zamontowanych na urządzeniu. Jest to niezwykle istotny pomiar ponieważ w sposób obiektywny obrazuje występowanie niedowładu w kończynie dolnej, co może być skutkiem choroby zwyrodnieniowej kręgosłupa w odcinku lędźwiowym (dyskopatii lędźwiowej).

Istotną nowością jest zamocowanie czujnika siły do elementu, który jest stabilnie związany z kością piszczelową. Połączenie elementu mocującego stopę z elementem mocującym goleń bazowane na piszczeli pozwala na pomiar siły (momentu) w różnych położeniach przy stałym kierunku oddziaływania czujnika na piszczel/goleń, co zapobiega przemieszczaniu się elementów mocujących oraz pomiar wolny od błędów wynikających z oddziaływań zewnętrznych. Zastosowanie czujnika odległości przy wykorzystaniu zależności geometrycznych oraz pomiarów kątów umożliwia wyznaczenie położenia osi obrotu w stawie skokowym (do tego celu można wykorzystać czujnik laserowy lub linkowy). Sposób mocowania czujnika pozwala na łatwą zmianę zakresu pomiarowego. Zawartość konstrukcji, przenośność oraz brak interakcji urządzenia z otoczeniem pozwala na wykonywanie pomiarów przy różnych ułożeniach ciała osoby badanej, co może mieć znaczenie szczególnie w przypadku wczesnych stanów pooperacyjnych. W wykonaniu z uszczelnionymi czujnikami możliwy jest również pomiar w warunkach antygrawitacyjnych np. w basenie.

Urządzenie składa się z systemu czujników umożliwiających pozyskanie danych pomiarowych w postaci sygnałów wprowadzanych na wejścia modułów pomiarowych sterownika urządzenia. Przetworzone do postaci cyfrowej informacje przesyłane są siecią wg standardu Ehternet do komputera klasy PC gdzie pod kontrolą systemu LabWIEW (inżynierskie, graficzne środowisko programistyczne) podlegają szczegółowej analizie, wizualizacji oraz archiwizacji. Główne funkcje obliczeniowe i wizualizacyjne realizowane są na komputerze klasy PC. Odebrane przez interfejs Ethernet dane w tzw. Postaci „surowej” (raw data) poddawane są obróbce w zależności od przyjętej metodyki badań. Osadzenie oprogramowania w środowisku LabVIEW pozwala na bardzo wysoką elastyczność w zakresie wykorzystania wysoce zaawansowanego aparatu matematycznego oraz zdolności do optymalnej organizacji przepływu danych.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Podstawowa wersja oprogramowania zastosowana w urządzeniu prototypowym realizuje zadania mające na celu:
- rejestrację wyrażonych w stopniach (deg) wartości kąta zgięcia grzbietowego i podeszwowego – zakres ruchu stopy pacjenta,
- rejestrację wyrażonych w niutonanometrach (Nm) wartości momentu siły uzyskanego w osi obrotu stawu skokowego pacjenta,
- rejestrację maksymalnych wartości kąta zgięcia i momentu siły uzyskiwanych dla aktualnego stanu pacjenta,
- rejestrację zdolności psychomotorycznej pacjenta skojarzonej ze stawem skokowym wyrażanej parametrami funkcji korelacji sygnału rejestrowanego i zadawanego przez operatora oraz wartości współczynnika korelacji,
- rejestrację kąta położenia neutralnego podstawy stopy (dla przypadków spastyczności czy przykurczów),
- rejestrację wydolności ruchowej pacjenta wyrażanej charakterem przebiegu mierzonego sygnału w określonym przedziale czasowym.

Potencjał komercjalizacji

W porównaniu z obecnymi na rynku rozwiązaniami urządzenie wyróżnia się wysoką dokładnością pomiarów, wynikającą z braku oddziaływań sił zewnętrznych na zamknięty łańcuch kinematyczny, na którym oparto rozwiązanie urządzenia.

Urządzenie może być wykorzystywane podczas diagnostyki chorób zwyrodnieniowych kręgosłupa. Badania prowadzone w ramach prac rozwojowych nad urządzeniem wykazały zbieżność osiągniętych wyników (zakresu ruchu, momentu siły) z przeprowadzoną diagnostyką obrazową (rezonans magnetyczny).
Jest to bardzo dobre narzędzie umożliwiające ciągłą kontrolę postępów rehabilitacji u pacjentów z uszkodzeniami nerwów odpowiadających za ruch stopy, u pacjentów po przebytych operacjach neurochirurgicznych.

Istotną cechą dla dokładności pomiaru, w przypadku pomiarów wielokrotnych oraz dla wygody mocowania, jest zastosowanie części elementów mocujących z materiału transparentnego.