Полезная модель относится к области медицинской реабилитации. Устройство предназначено для мониторинга функционального состояния коленного сустава, передней и задней групп мышц бедра и голени одновременно.The utility model relates to the field of medical rehabilitation. The device is designed to monitor the functional state of the knee joint, the anterior and posterior muscle groups of the thigh and lower leg simultaneously.
В последнее время в медицинской реабилитации возникает необходимость использования современных устройств, которые позволили бы обеспечить объективный контроль процесса восстановления функции и его динамику. Учитывая нагрузку на медицинский персонал, рационально осуществлять мониторинг путем применения автоматизированных устройств и систем. Применение подобной техники позволит сократить время работы медицинского персонала в расчете медицинской услуги, уменьшить её стоимость и увеличить объем оказываемых услуг.Recently, in medical rehabilitation there has been a need to use modern devices that would allow for objective monitoring of the process of functional restoration and its dynamics. Considering the burden on medical personnel, it is rational to carry out monitoring through the use of automated devices and systems. The use of such technology will reduce the work time of medical personnel in calculating a medical service, reduce its cost and increase the volume of services provided.
Известно устройство - пассивный ортез Orliman 94260 (Испания), ORLETT HKS-303 (Германия), Fosta FS-1204 (США) и др. Представляет собойжесткий коленный ортез (тип «брейс»), состоящий из жестких ребер, прилегающих к бедренной части ноги и голени, и шарниров, ограничивающих подвижность коленного сустава, но сохраняющие его функциональность. Ортез обеспечивает сгибание колена только в одной плоскости и фиксацию максимального угла сгиба колена. Применяется чаще всего для реабилитации в течение нескольких месяцев после операции на коленном суставе. Недостатком устройства является пассивный функционал - невозможность осуществлять мониторинг функционала мышц и динамики восстановления объёма активных движений в коленном суставе.A known device is the passive orthosis Orliman 94260 (Spain), ORLETT HKS-303 (Germany), Fosta FS-1204 (USA), etc.a rigid knee orthosis (“brace” type), consisting of rigid ribs adjacent to the femoral part of the leg and lower leg, and hinges that limit the mobility of the knee joint, but maintain its functionality. The orthosis provides knee flexion in only one plane and fixes the maximum angle of knee flexion. It is most often used for rehabilitation for several months after knee surgery. The disadvantage of the device is its passive functionality - the inability to monitor muscle functionality and the dynamics of restoration of the range of active movements in the knee joint.
Известно устройство для регистрации электромиографических сигналов мышц человека, состоящее из нескольких беспроводных сенсоров (Neurorobotics Trigno или Delsys Trigno Research+). Устройство позволяет регистрировать активность отдельных мышц человека с помощью установки сенсоров на липкой ленте к области исследуемой мышцы. Недостатком устройства является невозможность регистрации угла сгибания в коленном суставе и отсутствие удобного метода установки и снятия с ноги, что требует наличие необходимых знаний пользователя. Кроме этого, такая технология не позволяет осуществить повторяемость записи сигналов с одинаковых мест в области мышц без обладания определенным знаниями и навыками в разные дни для оценки качества реабилитации.A device for recording electromyographic signals of human muscles is known, consisting of several wireless sensors (Neurorobotics Trigno or Delsys Trigno Research+). The device allows you to record the activity of individual human muscles by installing sensors on adhesive tape to the area of the muscle being studied. The disadvantage of the device is the inability to register the angle of flexion in the knee joint and the lack of a convenient method of installation and removal from the leg, which requires the necessary knowledge of the user. In addition, this technology does not allow the repeatability of recording signals from the same places in the muscle area without having certain knowledge and skills on different days to assess the quality of rehabilitation.
Известен способ ангулометрии коленного сустава (гониометрии) с помощью транспортира-гониометра по классической методике, описанной Маркс В.О. [1]. Недостатком этого метода является необходимость владения методикой данного измерения. Измерение возможно врачом или специально обученным инструктором ЛФК.There is a known method for angulometry of the knee joint (goniometry) using a protractor-goniometer according to the classical method described by Marks V.O. [1]. The disadvantage of this method is the need to know the technique of this measurement. Measurement is possible by a doctor or a specially trained exercise therapy instructor.
Известен цифровой ангулометр Halo (Halo Medical Devices, Сидней, Австралия) [2]. Портативное устройство производит измерение с помощью лазера, без прямого контакта с пациентом. Недостатком этого метода являются: отсутствие возможности многократного повседневного использования без специальных знаний и умений в разные дни для оценки качества реабилитации.The digital angulometer Halo (Halo Medical Devices, Sydney, Australia) is known [2]. The portable device takes measurements using a laser, without direct contact with the patient. The disadvantage of this method is: the lack of possibility of repeated daily use without special knowledge and skills on different days to assess the quality of rehabilitation.
В предлагаемом техническом решении типовой пассивный жесткий ортез интегрируется с датчиками регистрации электромиографических сигналов мышц и датчиками положения для регистрации амплитуды движений (углов сгибания и разгибания) в коленном суставе с блоком сбора сигналов и передачи по беспроводному каналу данных на цифровое устройство для отображения качества выполнения каждого упражнения в реальном времени и сбора данных для последующего анализа, совмещая два метода функционального мониторинга в одном быстросъемном устройстве, не требующем для использования специальных навыков и знаний.In the proposed technical solution, a standard passive rigid orthosis is integrated with sensors for recording electromyographic muscle signals and position sensors for recording the range of motion (flexion and extension angles) in the knee joint with a signal collection unit and wireless transmission of data to a digital device to display the quality of each exercise. in real time and collecting data for subsequent analysis, combining two methods of functional monitoring in one quick-release device that does not require special skills and knowledge to use.
На ортезе монтируются электромиографические (ЭМГ) датчики на мягких ремнях для регистрации активности мышц сгибателей и разгибателей бедра (двуглавой мышцы бедра (musculus biceps femoris), четырехглавой мышцы бедра (musculus quadriceps femoris)) и голени (передней большеберцовой мышцы (musculus tibialis anterior), трехглавой мышцы голени (musculus triceps surae)), датчики положения для регистрации углов сгибания и разгибания коленного сустава в ортезе в виде двух акселерометров, проводная обвязка датчиков, блок сбора и передачи сигналов на внешнее цифровое устройство; датчики прикреплены к ремням, которые позволяют передвигать их вдоль ремня и установить точно в проекции мышц с помощью фиксатора.The orthosis is equipped with electromyographic (EMG) sensors on soft straps to record the activity of the hip flexors and extensors (musculus biceps femoris, quadriceps femoris) and lower leg (tibialis anterior), triceps surae muscle (musculus triceps surae), position sensors for recording the angles of flexion and extension of the knee joint in the orthosis in the form of two accelerometers, wired sensors, a unit for collecting and transmitting signals to an external digital device; The sensors are attached to belts, which allow them to be moved along the belt and installed exactly in the projection of the muscles using a latch.
Передача сигнала может быть реализована по радиоканалу, например, по Bluetooth, что позволяет осуществить сбор данных на смартфоне, планшете или компьютере.The signal can be transmitted via a radio channel, for example, via Bluetooth, which allows data collection on a smartphone, tablet or computer.
Использование предложенного подхода в устройстве позволяет расширить функциональные возможности типового ортеза:Using the proposed approach in the device allows you to expand the functionality of a standard orthosis:
- производится регистрация уровня мышечной активности с помощью сенсоров на блоке сбора и передачи сигналов,- the level of muscle activity is recorded using sensors on the signal collection and transmission unit,
- производится регистрация с помощью двух датчиков положения на ортезе и вычисление угла между двумя ними в пространстве, что соответствует углу сгибания или разгибания коленного сустава и позволяет определить амплитуду движений в коленном суставе,- registration is carried out using two position sensors on the orthosis and the angle between the two of them in space is calculated, which corresponds to the angle of flexion or extension of the knee joint and allows you to determine the amplitude of movements in the knee joint,
- далее эта информация может передаваться на внешнее устройство по беспроводному каналу, например, bluetooth.- this information can then be transmitted to an external device via a wireless channel, for example, bluetooth.
На фигуре 1 представлена конструкция предложенного устройства, где: 1 - сенсор двуглавой мышцы бедра, 2 - сенсор четырехглавой мышцы бедра, 3 - сенсор передней большеберцовой мышцы, 4 - сенсор трехглавой мышцы голени, 5 - датчик положения, 6 - блок сбора и передачи сигналов, 7 - ортез.Figure 1 shows the design of the proposed device, where: 1 - biceps femoris sensor, 2 - quadriceps femoris sensor, 3 - tibialis anterior sensor, 4 - triceps surae sensor, 5 - position sensor, 6 - signal collection and transmission unit , 7 - orthosis.
На ремни ортеза 7 крепятся сенсоры регистрации ЭМГ активности в области мышц бедра и голени 1, 2, 3 и 4, на нижнюю часть ребра ортеза, примыкающего к голени, крепится датчик положения 5 и на верхнюю часть ребра ортеза, примыкающего к бедру, крепится блок сбора и передачи сигналов 6, вдоль ребер ортеза монитруются провода, соединяющие все сенсоры и датчик положения с блоком сбора и передачи сигналов.Sensors for recording EMG activity in the area of the thigh and lower leg muscles 1, 2, 3 and 4 are attached to the orthosis belts 7, a position sensor 5 is attached to the lower part of the orthosis rib adjacent to the lower leg, and a block is attached to the upper part of the orthosis rib adjacent to the thigh collection and transmission of signals 6, wires are mounted along the ribs of the orthosis, connecting all sensors and the position sensor with the signal collection and transmission block.
Сенсоры ЭМГ активности состоят из двух датчиков, расположенных вдоль мышцы для обеспечения биполярного усиления сигнала.EMG activity sensors consist of two sensors located along the muscle to provide bipolar signal amplification.
Материал датчиков выполнен из электропроводящей резины, что позволяет использовать устройство для многократных процедур во время длительной реабилитации.The sensor material is made of electrically conductive rubber, which allows the device to be used for multiple procedures during long-term rehabilitation.
Сенсоры ЭМГ расположены на ремнях ортеза и могут передвигаться для обеспечения оптимального расположения на поверхности мышцы у пациентов с различным размером бедра и ноги. Ремни позволяют регулировать ортез под разные размеры конечностей.The EMG sensors are located on the orthosis straps and can be moved to provide optimal placement on the muscle surface for patients with different hip and leg sizes. The straps allow you to adjust the orthosis to suit different limb sizes.
Блок сбора и передачи сигналов состоит из многоканального аналогового усилителя ЭМГ сигналов, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, датчика положения в пространстве, передатчика и встроенной антенны.The signal acquisition and transmission unit consists of a multi-channel analog EMG signal amplifier, an analog-to-digital converter, a microprocessor, a spatial position sensor, a transmitter and a built-in antenna.
Угол сгибания или разгибания в коленном суставе вычисляется на микропроцессоре в блоке сбора и передачи сигналов в виде угла между значениями двух датчиков положения на ортезе.The angle of flexion or extension in the knee joint is calculated on a microprocessor in the signal collection and transmission unit in the form of an angle between the values of two position sensors on the orthosis.
Информация о динамике активности ноги в ортезе, в виде цифровых значений, демонстрирующих сигналы активности мышц, а также угла сгибания и разгибания коленного сустава, может храниться на внешнем цифровом устройстве (смартфон, ПК) и передаваться врачу по сети Интернет.Information about the dynamics of leg activity in the orthosis, in the form of digital values demonstrating signals of muscle activity, as well as the angle of flexion and extension of the knee joint, can be stored on an external digital device (smartphone, PC) and transmitted to the doctor via the Internet.
В представленном примере технического решения пассивный жесткий ортез Orliman 94260 (Испания) интегрируется с датчиками регистрации электромиографических сигналов мышц и датчиками положения для регистрации угла сгибания и разгибания коленного сустава с блоком сбора сигналов и передачи по беспроводному каналу данных на цифровое устройство для отображения зарегистрированных сигналов.In the presented example of a technical solution, a passive rigid orthosis Orliman 94260 (Spain) is integrated with sensors for recording electromyographic muscle signals and position sensors for recording the angle of flexion and extension of the knee joint with a signal collection unit and wireless transmission of data to a digital device for displaying the recorded signals.
На ортезе монтируются электромиографические (ЭМГ) датчики на мягких ремнях для регистрации активности мышц сгибателей и разгибателей бедра (двуглавой мышцы бедра (musculus biceps femoris), четырехглавой мышцы бедра (musculus quadriceps femoris)) и голени (передней большеберцовой мышцы (musculus tibialis anterior), трехглавой мышцы голени (musculus triceps surae)), датчики положения для регистрации угла изгиба ортеза в коленном суставе в виде двух акселерометров, проводная обвязка датчиков, блок сбора и передачи сигналов на внешнее цифровое устройство; датчики ЭМГ прикреплены к мягким ремням, которые позволяют передвигать их вдоль ремня и установить точно в проекции мышц с помощью фиксатора.The orthosis is equipped with electromyographic (EMG) sensors on soft straps to record the activity of the hip flexors and extensors (musculus biceps femoris, quadriceps femoris) and lower leg (tibialis anterior), triceps surae muscle (musculus triceps surae), position sensors for recording the bending angle of the orthosis in the knee joint in the form of two accelerometers, wiring of sensors, a unit for collecting and transmitting signals to an external digital device; EMG sensors are attached to soft belts, which allow them to be moved along the belt and installed exactly in the projection of the muscles using a lock.
На фигуре 2 представлена реализация предложенного устройства, где: 1- сенсор двуглавой мышцы бедра, 2 - сенсор четырехглавой мышцы бедра, 3 - сенсор передней большеберцовой мышцы, 4 - сенсор трехглавой мышцы голени, 5 - датчик положения, 6 - блок сбора и передачи сигналов, 7 - ортез. 8 - ремень, 9 - сигналы ортеза на ПК.Figure 2 shows the implementation of the proposed device, where: 1 - biceps femoris sensor, 2 - quadriceps femoris sensor, 3 - tibialis anterior sensor, 4 - triceps surae sensor, 5 - position sensor, 6 - signal collection and transmission unit , 7 - orthosis. 8 - belt, 9 - orthosis signals on the PC.
На ремни 8 ортеза 7 крепятся сенсоры регистрации ЭМГ активности в области мышц бедра и голени 1, 2, 3 и 4, на нижнюю часть ребра ортеза, примыкающего к голени, крепится датчик положения 5 и на верхнюю часть ребра ортеза, примыкающего к бедру, крепится блок сбора и передачи сигналов 6, вдоль ребер ортеза располагаются провода, соединяющие все сенсоры и датчик положения с блоком сбора и передачи сигналов.Sensors for recording EMG activity in the area of the thigh and lower leg muscles 1, 2, 3 and 4 are attached to the belts 8 of the orthosis 7, a position sensor 5 is attached to the lower part of the orthosis rib adjacent to the lower leg, and a position sensor 5 is attached to the upper part of the orthosis rib adjacent to the thigh. signal collection and transmission block 6, along the ribs of the orthosis there are wires connecting all the sensors and the position sensor with the signal collection and transmission block.
Сенсоры ЭМГ активности состоят из двух датчиков, расположенных на расстоянии 1 см вдоль мышцы для обеспечения биполярного усиления сигнала. Материал датчиков выполнен из электропроводящей резины производителя Fiab, модель PG-706 (Италия). Каждый датчик состоит из прямоугольного листа электропроводящей резины размером 2х5 см.EMG activity sensors consist of two sensors located 1 cm apart along the muscle to provide bipolar signal amplification. The sensor material is made of electrically conductive rubber manufactured by Fiab, model PG-706 (Italy). Each sensor consists of a rectangular sheet of electrically conductive rubber measuring 2x5 cm.
Сенсоры ЭМГ расположены на ремнях ортеза и могут передвигаться для обеспечения оптимального расположения на поверхности мышцы у пациентов с различным размером бедра и ноги. Ремни позволяют регулировать ортез под разные размеры конечностей. При выдаче ортеза пациенту врач регулирует положение датчиков на ремне так, чтобы располагались точно на проекциях мышц в зависимости от индивидуального телосложения и закрепляет фиксатором. Таким образом при самостоятельном одевании ортеза датчики всегда будут располагаться на проекции мышц.The EMG sensors are located on the orthosis straps and can be moved to provide optimal placement on the muscle surface for patients with different hip and leg sizes. The straps allow you to adjust the orthosis to suit different limb sizes. When giving the orthosis to the patient, the doctor adjusts the position of the sensors on the belt so that they are located exactly on the projections of the muscles, depending on the individual physique, and secures it with a lock. Thus, when putting on the orthosis yourself, the sensors will always be located on the projection of the muscles.
Сенсоры и акселерометры соединяются с блоком сбора и передачи сигналов с помощью гибких многожильных проводов (мгтф) диаметром 0,5 мм.Sensors and accelerometers are connected to the signal collection and transmission unit using flexible multi-core wires (mgtf) with a diameter of 0.5 mm.
Блок сбора и передачи сигналов состоит из многоканального аналогового усилителя ЭМГ сигналов, аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, датчика положения в пространстве, передатчика и встроенной антенны. В блок встроен аккумулятор (Li-ion), питающий электронные компоненты устройства, и разъём микро-USB для зарядки. Сам блок выполнен съёмным, что позволяет удобно заряжать его от электрической сети через совместимое зарядное устройство.The signal acquisition and transmission unit consists of a multi-channel analog EMG signal amplifier, an analog-to-digital converter, a microprocessor, a spatial position sensor, a transmitter and a built-in antenna. The unit has a built-in battery (Li-ion) that powers the electronic components of the device, and a micro-USB connector for charging. The unit itself is removable, which allows you to conveniently charge it from the mains via a compatible charger.
Угол сгибания или разгибания коленного сустава вычисляется на микропроцессоре в блоке сбора и передачи сигналов в виде угла между координатами двух датчиков положения на ортезе.The angle of flexion or extension of the knee joint is calculated on a microprocessor in the signal collection and transmission unit in the form of the angle between the coordinates of two position sensors on the orthosis.
Пациент самостоятельно надевает ортез, включает на ПК программу регистрации сигналов ортеза и выполняет серию упражнений ног.The patient puts on the orthosis independently, turns on the orthosis signal recording program on the PC and performs a series of leg exercises.
Информация о динамике активности 9 ноги в ортезе, в виде цифровых значений, демонстрирующих силу напряжения мышц, а также угла сгибания и разгибания коленного сустава, передается и отображается на внешнем цифровом устройстве (ПК), сохраняется в файл и передается по сети Интернет для дальнейшей обработки.Information about the dynamics of the activity of the 9th leg in the orthosis, in the form of digital values demonstrating the strength of muscle tension, as well as the angle of flexion and extension of the knee joint, is transmitted and displayed on an external digital device (PC), saved to a file and transmitted over the Internet for further processing .
После выполнения серии упражнений пациент самостоятельно выключает программу регистрации и снимает ортез.After completing a series of exercises, the patient independently turns off the registration program and removes the orthosis.
1. Маркс В.О. Ортопедическая диагностика (руководство-справочник). Минск: «Наука и техника», 1978, с. 512.1. Marks V.O. Orthopedic diagnostics (manual-reference book). Minsk: “Science and Technology”, 1978, p. 512.
2. Hancock, G.E., Hepworth, T. & Wembridge, K. Accuracy and reliability of knee goniometry methods. J EXP ORTOP 5, 46 (2018). https://doi.org/10.1186/s40634-018-0161-5.2. Hancock, G. E., Hepworth, T. & Wembridge, K. Accuracy and reliability of knee goniometry methods. J EXP ORTOP 5, 46 (2018). https://doi.org/10.1186/s40634-018-0161-5.
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU223213U1true RU223213U1 (en) | 2024-02-07 |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5827209A (en)* | 1994-09-23 | 1998-10-27 | Bcam International, Inc. | Intelligent body support |
| EP2079361B1 (en)* | 2006-09-19 | 2013-01-09 | Myomo, Inc. | Powered orthotic device |
| RU2596053C2 (en)* | 2011-04-18 | 2016-08-27 | Отто Бок Хелткэр Гмбх | Bandage and electrode system |
| CN106176007A (en)* | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 苏州海神联合医疗器械有限公司 | Anti-equipment and the anti-method of falling of falling based on electromyographic signal |
| KR20220170499A (en)* | 2021-06-23 | 2022-12-30 | 한국생산기술연구원 | Wearable device for prevent of musculoskeletal disorder and monitoring system of electromyography using the same |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5827209A (en)* | 1994-09-23 | 1998-10-27 | Bcam International, Inc. | Intelligent body support |
| EP2079361B1 (en)* | 2006-09-19 | 2013-01-09 | Myomo, Inc. | Powered orthotic device |
| RU2596053C2 (en)* | 2011-04-18 | 2016-08-27 | Отто Бок Хелткэр Гмбх | Bandage and electrode system |
| CN106176007A (en)* | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 苏州海神联合医疗器械有限公司 | Anti-equipment and the anti-method of falling of falling based on electromyographic signal |
| KR20220170499A (en)* | 2021-06-23 | 2022-12-30 | 한국생산기술연구원 | Wearable device for prevent of musculoskeletal disorder and monitoring system of electromyography using the same |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11832950B2 (en) | Muscle activity monitoring | |
| US11690774B2 (en) | Orthosis systems and rehabilitation of impaired body parts | |
| Sardini et al. | Wireless instrumented crutches for force and movement measurements for gait monitoring | |
| US4396019A (en) | Vaginal myograph method and apparatus | |
| CN110547796B (en) | Garments with biosensors attached to garments | |
| EP3188657B1 (en) | Shoulder monitoring and treatment system | |
| Brussock et al. | Measurement of isometric force in children with and without Duchenne's muscular dystrophy | |
| TWI780752B (en) | Wearable devices | |
| KR101493989B1 (en) | Clothes for rehabilitation using piezoelectric sensor | |
| WO2020078486A1 (en) | A device for measuring muscle strength, a method for determining muscle function, a method for testing the muscle performance of athletes, a method for testing preparations for the treatment and prevention of sarcopenia and use thereof | |
| CN114587390A (en) | An armband for neuromuscular disease detection and method of using the same | |
| RU223213U1 (en) | Device for monitoring the functional state of the human knee joint | |
| CN210302222U (en) | Knee joint exercise equipment | |
| KR20190011864A (en) | Method for Rehabilitation Management using Assistant Device | |
| CN112244881A (en) | Wearable lower limb joint rehabilitation measuring device | |
| CN215384062U (en) | A motion monitoring device for limb joint rehabilitation | |
| Gargiulo et al. | Mobile biomedical sensing with dry electrodes | |
| JP2023022298A (en) | Biological information acquisition device and production method | |
| CN211270736U (en) | Anti-skid muscle activity assessment device | |
| CN211270737U (en) | Muscle activity evaluation device | |
| CN114515031A (en) | Sports assessment close-fitting trousers with biofeedback | |
| CN207804790U (en) | A kind of wearable functional electric stimulation therapeutic equipment based on independent desire control | |
| RU2823491C1 (en) | Method for functional diagnostics of biomechanics of motor disorders in human knee joint | |
| CN110833410A (en) | Muscle activity evaluation device and evaluation method | |
| CN213993565U (en) | A kind of lower limb joint rehabilitation measuring device |