Качер Володимир Семенович. Методи та засоби аналізу динамічного стану протезованої ноги людини

brief description

Качер Володимир Семенович. Методи та засоби аналізу динамічного стану протезованої ноги людини: дис... канд. техн. наук: 05.11.17 / Харківський національний ун- т радіоелектроніки. - Х., 2004

Качер В.С. Методи та засоби аналізу динамічного стану протезованої ноги людини. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 медичні прилади та системи. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.
Дисертація присвячена питанням створення математичної моделі динамічного стану протезованої ноги людини, вимірювальної бази і методики їх застосування в клінічній практиці для покрашення рівня реабілітації інвалідів з ампутаційними дефектами нижніх кінцівок.
Розроблено вимірювальні засоби, які доповнюють існуючу базу і дозволяють отримувати дані про кінематику рухів людини поліцентричий гоніометр, схему побудови протезу - базометр та пристрій вимірювання тиску, що виникає в системі кукса - гільза” протезу. Дані експериментальних вимірювань застосовуються в якості вхідних параметрів моделі та контролю отриманих результатів моделювання.
Розроблено математичні моделі силової взаємодії в системі кукса - гільза” протеза гомілки і стегна, які ґрунтуються на механіці абсолютно твердого тіла з використанням оптимізаційного підходу. Створено програмне забезпечення для реалізації математичних моделей та методику застосування розроблених моделей в практиці протезування для виявлення дефектів схеми побудови протезів.

У даній дисертаційній роботі на основі механіки абсолютно твердого тіла з використанням оптимізаційного підходу реалізовано ефективний алгоритм математичного моделювання динамічного стану протезованої ноги людини та відповідні засоби вимірювань вхідних та вихідних даних, які реалізовані у вигляді модулів апаратно-програмного комплексу оцінки якості протезування та методики застосування в клінічній практиці.
Основні результати виконаної роботи полягають у наступному.
1. На основі аналізу літературних джерел з біомеханічних методів і засобів досліджень характеристик пози і ходи людини визначено наступне:
виділені основні методи, що мають важливе значення для аналізу силових навантажень в системі "кукса-гільза";
обґрунтовано доцільність розробки нового приладу для оцінки схеми побудови протеза в статиці і сучасного поліцентричного гоніометра для вимірювання кутових переміщень в суглобах нижніх кінцівок при ході;
зосереджено увагу на методі досліджень тиску між куксою і гільзою протеза, як одному з найважливіших, а також проаналізовано застосування різних датчиків для реалізації цього методу;
обґрунтовано доцільність створення ефективної математичної моделі для аналізу силової взаємодії в системі "кукса-гільза" з метою підвищення якості протезування у клінічній практиці.

Модифіковано метод оцінки схеми побудови протезів в статиці, який побудований на аналізі координат центрів тиску кожної з нижніх кінцівок, що дозволяє більш ефективно оцінити результати протезування.
Модифіковано метод вимірювань кутів у суглобах нижніх кінцівок. В основі модифікації лежить перетворення кутових переміщень у лінійні, що дозволяє проводити вимірювання в динаміці.
Вперше в рамках апарату механіки абсолютно твердого тіла розроблено механіко-математичні моделі силової взаємодії в системі ”кукса-гільза” з урахуванням біомеханічних вимог до протезів гомілки та стегна. Побудовано алгоритм обчислення сил, які діють на куксу з використанням методу штрафних функцій. Досліджено метод дискретизації поверхні гільзи і рівень наближення даних моделювання до експериментальних даних, отриманих шляхом прямих вимірювань. Результати моделювання мають один порядок величин і характер розподілу тиску. Похибка моделювання тиску складає 8% від максимальної величини 180 кПа, що дозволило застосовувати модель у практиці протезування для оцінки силового навантаження і ранньої діагностики кукси.
Удосконалено метод виявлення й усунення дефектів схеми побудови протезів з використанням математичної моделі для оцінки динамічного стану протезованої ноги людини, що дозволяє підвищити якість протезування.
Розроблено прилад для визначення схеми побудови протезів - базометр, який перевищує аналоги за функціональністю (дві вимірювальні платформи) і точністю (похибка вимірювань: сили 1%, координати 3 мм), що дозволяє ефективно проводити контроль схеми побудови протезів.
Розроблено принципово новий поліцентричний гоніометр для вимірювання кутових переміщень у великих суглобах нижньої кінцівки під час ходи, який перевищує аналоги за точністю (похибка вимірювання кута - 1) та засіб вимірювання тиску в системі "кукса - гільза", який дозволяє оцінити тиск у будь-якій точці гільзи.
Удосконалено апаратно-програмний комплекс, який застосовується у клінічній практиці Інституту протезування, протезобудування та відновлення працездатності інвалідів для оцінки результатів протезування, що дозволило оцінити силову взаємодію в системі "кукса - гільза" для ключових, тестових положень - переднього поштовху, середини фази опори, заднього поштовху. Запропоновано методику використання розроблених для оцінки силового навантаження кукси і виявлення дефектів схеми побудови протезів гомілки та стегна. З використанням методики проведено обстеження 58 інвалідів з протезом гомілки і 21 з протезом стегна, дефекти схеми побудови протезів, виявлені під час обстежень, своєчасно виправлені. (Акт впровадження результатів у клінічну практику).
Результати роботи були використані в навчальному процесі ХНУРЭ у вигляді лабораторних робіт і лекційного матеріалу з дисциплін: Біомеханічні основи протезування та ортезування”, Штучні апарати та системи заміщення органів людини” для студентів спеціальності Біотехнічні і медичні апарати та системи”. (Акт впровадження результатів у навчальний процес).