Роботизированный комплекс для реабилитации инвалидов с ампутацией нижних конечностей

Протезирование нижних конечностей - это система медицинских, технических и организационных мероприятий, направленных на восстановление утраченных форм или функций ампутированной конечности. "Реабилитационная эффективность протезирования нижних конечностей зависит от следующих факторов:

- уровня ампутации или врожденной патологии конечности по типу культи;

- размеров культи (длины и периметра культи на определенных уровнях);

- формы и функционального состояния культи;

- причины ампутации (например, травмы, сосудистая патология, онкологическое заболевание, диабет и др.);

- функциональных возможностей протеза, обусловленных применением узлов различных конструктивных разновидностей;

- применяемых материалов;

- правильного выбора схемы построения протеза;

- качества изготовления протеза;

- степени обучения и освоения протеза инвалидом;

- общего соматического состояния человека;

- сохранности второй конечности" [2].

Основной целью протезирования является восстановление функции сокращения утраченных или укороченных мышц и кинестетических ощущений, утраченных в результате ампутации части конечности, и обеспечить как можно более антропоморфной ходьбы.

Ходьба является наиболее естественной формой двигательной активности, которая не требует специального обучения, причем отличается большими нагрузками, так как мышцы и системы жизнеобеспечения обязаны переносить вес тела. В привычных условиях человек не задумывается, как ему идти, куда поставить ногу, когда и как переносить вес тела на другую ногу. Все совершается автоматически. Человек имеет лишь целевую установку. Важно то, что в акте формирования шага участвует весь опорнодвигательный аппарат (ОДА) человека. Это позволяет проводить исследование не только функций нижних конечностей, но и центральной нервной системы (ЦНС), используя ходьбу как интегральный двигательный тест.

Основным элементом ходьбы является шаг. Самое короткое время, прошедшее от данного положения до его повторения, - это время цикла. При ходьбе время цикла называют также "временем двойного шага": каждая нога в своем циклическом движении находится либо на опоре, либо переносится на новое место опоры. Типичный цикл ходьбы схематично приведен на рис. 1. На каждом шаге, совершаемом правой и левой ногой, выделяют характерные интервалы, которые называются периодом опоры и периодом переноса. Наиболее характерной особенностью ходьбы является опорное положение одной ноги (период одиночной опоры) или двух ног (период двойной опоры). Как период опоры, так и период переноса разделяют на две основные фазы, а именно: период опоры - на фазы переднего толчка и заднего толчка, разделенные моментом вертикали; переноса - фазы заднего шага и переднего шага, между которыми также находится момент вертикали [3].

Рис. 1. Типичный цикл ходьбы человека

Когда человек идет, происходит непосредственный контакт с опорной поверхностью, при этом возникают силовые факторы, таким образом происходит компенсация утраченной энергии мышцами. Мышцы включаются для перемещения центра масс из нижнего положения в верхнее, восполняя утраченную энергию. Наиболее эффективная ходьба связана с минимальными вертикальными перемещениями общего центра масс ОДА. Однако если происходит увеличение энергетики ходьбы, то это приводит к увеличению амплитуды вертикальных перемещений, т.е. при увеличении скорости ходьбы и длины шага неизбежно происходит увеличение вертикальной составляющей перемещения центра масс. Во время фазы опоры шага происходят постоянные компенсирующие движения, которые минимизируют вертикальные перемещения и обеспечивают плавность ходьбы (рис. 2) [4].

Рис. 2. Изменение энергии в процессе ходьбы

В результате ампутации части нижней конечности у человека нарушается симметрия не только геометрическая, но и статическая, динамическая и кинестетическая, причем тем большая, чем выше уровень ампутации или значительны нарушения опорно-двигательной и нервной системы конечностей в результате заболевания.

При реабилитации пациентов с ампутацией нижних конечностей принято анализировать временные характеристики шага, углы в тазобедренном, коленном, голеностопном суставах при ходьбе, силовые реакции при взаимодействии с опорной поверхностью [5]. В последние годы в связи с появлением бионических протезов регистрируются биопотенциалы в местах расположения двигательных нейронов во время ходьбы или в процессе выполнения других двигательных тестов.

Результаты