RO123160B1 - Dispozitiv ortetic mecatronic - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un dispozitiv ortetic mecatronic, ce este destinat asistării funcţiilor locomotoare la bătrâni cu severe dizabilităţi şi la bolnavi cu insuficienţe cardio-respiratorii şi/sau deficienţe neurolocomotorii grave, asigurând condiţii de biocompatibilitate, de stimulare a circulaţiei sanguine la membrele inferioare, un confort de biocompatibilitate de stimulare a circulaţiei sanguine la membrele inferioare şi un confort termofiziologic şi senzorial. Dispozitivul conform invenţiei este prevăzut cu o structură (A) portantă modulară, cu segmente articulate, ataşate pe corpul persoanei asistate, montate sub acţiunea unei actuatoare (B), integrate în nişte subansambluri electronice, împreună cu nişte echipamente (C) pentru compensarea parţială a greutăţilor proprii ale structurii (A) portante, pentru protecţia tegumentelor în nişte zone de contact fiind prevăzută o interfaţă (D) biocompatibilă, iar pentru ameliorarea circulaţiei veno-limfatice fiind prevăzut un echipament (E) de ameliorare a circulaţiei veno-limfatice, de asemenea, fiind prevăzut un echipament (F) de autonomizare, ce permite selectarea manuală, de la o cutie (17) de comandă, a rulării automate a unor programe locomotoare, comandate de către un echipament (G) de comandă a principalelor funcţii locomotoare, precum şi cu o sursă (H) de energie electrică.

Description

Invenția se referă la un dispozitiv ortetic mecatronic, pentru asistarea/recuperarea ortostatismului și mersului la bătrâni sever disabilitați și la bolnavii cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave, dispozitivul reprezentând o structură complexă, mecanică, electrică, electronică și informatică, asemănătoare cu structurile robotizate, care, pe lângă rolul de asistare și de comandă a funcțiilor locomotoare ale persoanei disabilitate, îi asigură acesteia și condițiile de biocompatibilitate (pentru protejarea efectivă a tegumentelor față de interacțiunile mecanice, pentru preîntâmpinarea apariției escarelor), precum și de stimulare a circulației sanguine la membrele inferioare (în special, cea de întoarcere venolimfatică).

Cea mai gravă disabilitate, paralizia, înseamnă abolirea temporară sau definitivă a controlului nervos asupra unui teritoriu somatic sau/și vegetativ al organismului. Paralizia la nivelul ambelor membre inferioare se numește paraplegie, la nivelul tuturor membrelor tetraplegie, iar atunci când sunt afectate membrul superior și cel inferior, de o parte a corpului, se numește hemiplegie.

Cauza majoră a para- și tetraplegiilor o constituie abolirea temporară sau cel mai adesea definitivă a funcțiilor măduvei spinării, iar în cazul hemiplegiilor, afectarea activității unor arii de motoneuroni corticali sau/și a fasciculelor corticospinale.

Un pacient paraplegie cu leziune medulară completă din punct de vedere funcțional nu-și poate mișca membrele inferioare, nu poate sta în ortostatism și nici nu poate merge, iar în zonele de sub leziune, nu are sensibilitate și nici activitate vegetativă mielică.

O lezare completă din punct de vedere funcțional a măduvei spinării la nivel cervical

- așa cum este cazul la pacienții tetraplegici - determină abolirea mișcărilor voluntare (paralizia tuturor celor patru membre și a musculaturii somatice a trunchiului), iar în zonele de după leziune sunt abolite atât sensibilitatea, cât și activitatea vegetativă mielică.

Un bolnav cu hemiplegie flască, severă - cu deficit motor total al membrelor de o parte a corpului - prezintă, de asemenea, o suferință generatoare de invaliditate și handicap deosebit de severe, care adesea îl imobilizează la pat, nepermițându-i ridicarea în ortostatism și mersul, de regulă, nefiind posibilă nici asistarea posturală funcțională a unor astfel de pacienți, cu ajutorul cadrului tetrapodal sau al cârjelor.

în plus, cei mai mulți para- și tetraplegici și, în unele cazuri, chiar și hemiplegicii gravi au, pentru o perioadă îndelungată de timp sau definitiv, tulburări ale troficității tisulare, extrem de marcate și deosebit de periculoase, reprezentând încă o sursă suplimentară, majoră, atât de invaliditate, cât și de deces, tulburări ale circulației sanguine, în special, cea de întoarcere, venolimfatică, ale tranzitului intestinal și controlului sfincterian, bărbații având totodată disfuncții erectile și ejaculatorii, precum și tulburări de fertilitate.

Din cele de mai sus rezultă impactul devastator, pe toate planurile (bio - psiho - socio)

- (familial, profesional și economic) al para/tetraplegiilor și al hemiplegiilor grave, respectiv, al sindroamelor de „imobilizare la vârstnici (imobilizare care, alături de: instabilitate, afectare/declin intelectual și incontinență, face parte dintre primele patru, cele mai grave „15

- probleme geriatrice), precum și importanța și necesitatea medicală și socio - economică deosebită a realizării unui dispozitiv ortetic mecatronic asistiv, mai ales în condițiile creșterii marcate și în ritm alert a ponderii, în populația generală, a vârstnicilor, inclusiv a marilor bătrâni, mulți dintre ei sever disabilitați.

Sunt cunoscute diverse soluții constructive, pentru asistarea persoanelor cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave, soluții în care sunt aplicate posibilitățile constructive și funcționale oferite, în momentul elaborării, de către potențialul tehnic și științific.

RO 123160 Β1

Principalele dispozitive destinate compensării/substituției lipsei de control nervos la 1 nivelul trenului inferior (în principal, în paraplegii, dar și în unele cazuri de hemiplegii) sunt ortezele lungi, pentru șold, genunchi, gleznă și picior, de tip HKAFO, (Hip-Knee-Ankle 3 -Foot-Orthosis), orteze echipate sau nu - în funcție de restantul individual de comandă/ excitabilitate/contractilitate neuromusculară - cu dispozitive de stimulare electrică funcțională - FES. 5

Astfel, de circa un sfert de secol, sunt cunoscute dispozitive de tip Reciprocating Gait Orthoses (RGO) și, respectiv, de tip Advanced Reciprocating Gait Orthoses, soluții care 7 permit doar persoanelor fără afecțiuni asociate, cu forja musculară bine dezvoltată la trenul superior și extrem de motivate, un ortostatism și un mers extrem de dificile și de energofage, 9 soluții care au dezavantajul că sunt limitate: obligatoriu cu sprijin bimanual forte, în cadru tetrapodal sau în cârje, cu viteză de deplasare redusă și fără posibilitatea de flectare a 11 genunchilor în timpul mersului, deci fără posibilitatea de a urca sau coborî scări, ambulația fiind astfel, totdată, energofagă și suprasolicitantă/traumatizantă/riscantă, chiar pe articulații 13 și pe tegumentele aflate în contact cu respectivele structuri ortetice.

Sunt cunoscute, de asemenea, dispozitivele de tip reciprocating, pe baza cărora 15 au apărut ortezele tip R.G.O. Reciprocating Gait Orthoses, la care se folosesc elemente din fibră de carbon, precum și o variantă evoluată, la care articulațiile șoldurilor permit mobi- 17 lizări în toate cele trei axe: A(advanced)RGO.

Deși dispozitivele HKAFO - inițial de tip RGO - au apărut la începutul anilor '80, iar 19 cele de tip ARGO, aproximativ la jumătatea anilor '90, între acestea nu există diferențe (respectiv, elemente de progres) notabile, iar ortezele tip ARGO nu s-au mai perfecționat 21 semnificativ în ultimii ani.

Niciunul dintre aceste tipuri de dispozitive nu a reușit să treacă pragul spre palierul 23 de funcționalitate asistivă reală: numărul paraplegicilor ce utilizează astfel de orteze este foarte mic, iar pentru tetraplegici, hemiplegiei gravi, bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii 25 sau/și vârstnici sever disabilitați, utilizarea acestora nu este posibilă.

Astfel, maximum de performanță obținut la ora actuală în asistarea ortostatismului 27 și mersului (doar) pentru paraplegici îl constituie dispozitivele ortetice lungi, de tip ARGO, echipate sau nu, în funcție de capacitățile de răspuns la electrostimuli ale musculaturii unui 29 anumit paraplegic, cu aparate mobile de stimulare electrică funcțională (FES).

Sunt cunoscute, de asemenea, dispozitve ortetice tip ARGO, perfecționate supli- 31 mentar, după anul 2005, cu mecanisme de blocare/deblocare mecanică, dinamică a genunchilor, permisive flectării genunchilor în timpul mersului (MESSER - SUA). Dispozitivele 33 respective sunt extrem de scumpe, cu toate că nu sunt robotizate și nu sunt realizate din materiale noi, iar efortul financiar pentru procurare, acoperit doar parțial de către asigurările 35 sociale, este foarte ridicat.

Se cunoaște, de asemenea, un sistem electronico-pneumatic, produs și brevetat în 37 anul 2000 de către o firmă din Italia, noutatea acestui sistem asistiv pentru ortostatism și mers constând în echiparea unor orteze tip HKAFO cu câte doi microcilindri pneumatici, la 39 fiecare membru inferior. Acești microcilindri permit, în baza unui soft ce reproduce stereotipurile de ridicare, respectiv, menținere în ortostatism și de mers, realizarea unei poziții verti- 41 cale, precum și a unei ambulații cvasifiziologice, cu flectarea sincronă a șoldului, genunchiului și a piciorului, la avansarea fiecărui pas, acțiuni care în viitor vor fi permisive și pentru 43 urcări/coborâri de trepte, totul fără a mai fi necesară o suspendare și, astfel, deschizând calea spre dispozitive ulterioare, mai perfecționate, care să poată permite deplasarea efectiv 45 funcțională a asistatului pe teren real, și nu doar în sala de kinetoterapie, pe covorul rulant,

RO 123160 Β1 din poziție suspendată, (dispozitiv de kinetoterapie tip LOCOMAT). Trebuie menționat că pentru a putea fi utilizat cu reală eficiență, dispozitivul necesită încă numeroase perfecționări atât în plan conceptual, cât și din punct de vedere constructiv, în primul rând, ameliorări ale echilibrului și miniaturizări, în varianta actuală, persoana asistată deplasându-se odată cu împingerea unui cărucior în care se află sursa de energie, compresorul și echipamentul de calcul.

Realizări importante s-au făcut, în ultimii aproximativ 5 ani, în centre de renume din țări dezvoltate precum Japonia, Statele Uunite ale Americii și Germania, dar și la nivelul acestora, cercetările sunt încă relativ la început. Astfel, chiar dacă au fost realizate unele dispozitive ortetice care permit persoanei cu dificultăți neurolocomotorii să meargă, dispozitivul ortetic HAL-3-JAPOMA, aceste dispozitive sunt încă incomode pentru utilizator, având gabarite și greutăți mari, datorate sistemelor de acționare amplasate în articulațiile segmentelor aparatului locomotor, consum energetic ridicat, aspect estetic care, prin dimensiunile și greutatea proprie, constituie încă un real handicap, dispozitivul menționat evoluând în 2005, nu în sensul perfecționării problemelor de ortostatism, mers, echilibru, ci prin dezvoltarea unororteze motorizate doar pentru potențarea forței la membrele superioare ale unui utilizator valid, dispozitivul ortetic HAL-5, comanda motoarelor de acționare a acestuia fiind realizată de un sistem de urmărire a mișcărilor efectuate de către utilizatorul respectiv.

Sunt cunoscute, de asemenea, dispozitive ortetice mecatronice, cu diverse grade de complexitate, care sunt destinate omului sănătos, cu scopul amplificării performanțelor motorii segmentare și, implicit, fizice, generale, ale acestuia, cu aplicații la creșterea capacității de luptă la soldații implicați în acțiuni de gherilă urbană, la muncitorii ce desfășoară lucrări în zone izolate, greu accesibile, precum și la persoane care îngrijesc pacienți ce nu se pot autoservi și pentru manipularea cărora trebuie depuse eforturi fizice deosebite.

Și în acest caz, comanda motoarelor de acționare este realizată de un sistem de urmărire a mișcărilor efectuate de către utilizatorul respectiv.

Un alt document relevant din stadiul tehnicii, identificat în urma cercetării documentare, este brevetul US 2004073149, care prezintă un aparat de mers reciproc, utilizat și ca dispozitiv ortetic, cât și ca dispozitiv protetic, așa cum este prezentat. într-o primă formă de prezentare, aparatul este alcătuit dintr-o vestă dorsală securizabilă, destinată părții dorsale a pacientului, un suport securizabil al piciorului, care se fixează pe piciorul pacientului, și un element de cuplare pe șold, care este dispus între vesta dorsală și suportul pentru picior, cât și două membre reziliente dispuse, respectiv, anterior și posterior față de elementul de cuplare pe șold, care este cuplat între vesta dorsală și suportul pentru picior. Primul menbru rezilient flexează suportul pentru picior în direcția de mers (înainte), ca răspuns la ridicarea suportului pentru picior. Cel de-al doilea membru rezilient mișcă suportul pentru picior în direcția opusă de mers (în spate) odată ce suportul pentru picior a fost flexat în direcția de mers de-a lungul unei game de mișcări, pentru așa zisul suport pentru picior. O altă variantă a aparatului de mers reciproc cuprinde un ansamblu de elemente și două curele, pentru implementarea mersului reciproc.

După cum s-a mai arătat, un pacient paraplegic cu leziune medulară completă din punct de vedere funcțional nu-și poate mișca membrele inferioare, nu poate sta în ortostatism și nici merge, nu are sensibilitate și nici nu are activitate vegetativă mielică.

Comanda actuatoarelor unui dispozitiv ortetic mecatronic, destinatasistării/recuperării aparatuale a ortostatismului și mersului pentru astfel de persoane sever disabilitate locomotor, nu poate fi realizată până în prezent, prin culegerea și prelucrarea semnalelor nervoase transmise de la creier prin măduva spinării către diverșii mușchi efectori, cum se realizează în cadrul persoanelor protejate, tocmai datorită imposibilității trecerii impulsurilor

RO 123160 Β1 nervoase după zona de secționare a măduvei spinării. Pentru culegerea biopotențialelor 1 corespunzătoare acționării diverșilor mușchi, sunt necesare noi soluții de culegere neinvazive și de decodificare, amplasate fie înaintea zonei lezate a măduvei spinării, fie direct pe scalpul 3 persoanei paraplegice, sub forma unei tichii prevăzute cu sisteme de recepție a semnalelor din creier, soluții în curs de cercetare la nivel mondial. 5

Din exemplele menționate, rezultă că performanțele sistemelor actuale de asistare/ recuperare aparatuală a ortostatismului și a mersului pentru paraplegici, tetraplegici, hemi- 7 plegiei gravi, bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii sau/și vârstnici sever disabilitați sunt nesatisfăcătoare și nu reprezintă un răspuns efectiv și așteptat de pacienți pentru rezolvarea 9 problemelor lor de motilitate.

în plus, la toate dispozitivele/sistemele ortetice - inclusiv la cele robotizate - existente 11 în prezent, chiar și la cele mai performante, nu sunt luate în considerare soluții constructive pentru protejarea efectivă a tegumentelor, adesea distrofice, ale persoanei asistate, față de 13 interacțiunile mecanice cu fața internă a peretelui structurii ortetice - aspecte potențial generatoare de escare - și, respectiv, nici soluții constructive și funcționale, pentru stimularea 15 circulației de întoarcere venolimfatică la membrele inferioare, întrucât la categoriile țintă de utilizatori, poziția ortostatică, prin factorul gravitațional și în condițiile dereglării severe a 17 mecanismelor fiziologice la nivelul circulației de întoarcere venolimfatice, există fenomene de stază marcată, apărând astfel riscul unor complicații grave, de la tromboflebite până la 19 insuficiența de pompă, prin lipsa de umplere corespunzătoare a cordului.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția de față, constă în realizarea unui 21 dispozitiv ortetic mecatronic, pentru asistarea/recuperarea ortostatismului și a mersului la bătrâni sever disabilitați și la bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neuro- 23 locomotorii grave care, pe lângă rolul de asistare și de comandă a funcțiilor locomotoare ale persoanei disabilitate, cu un consum energetic redus, să îi asigure acesteia condițiile de 25 biocompatibilitate (pentru protejarea efectivă a tegumentelor proprii față de interacțiunile mecanice, pentru preîntâmpinarea apariției escarelor), de stimulare a circulației sanguine la 27 membrele inferioare (în special, cea de întoarcere venolimfatică), precum și de realizare a unui confort termofiziologic și senzorial la nivelul segmentelor aparatului locomotor al 29 persoanei asistate.

Dispozitivul ortetic mecatronic, pentru asistarea/recuperarea ortostatismului și mersu- 31 lui la bătrâni sever disabilitați și la bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate mai sus, prin 33 aceea că are o structură modulară complexă, care cuprinde, ca subansambluri funcționale principale, o structură portantă formată din segmente de exoschelet cu articulații și elemente 35 de fixare pe corpul persoanei asistate, realizate din materiale compozite cu inserție metalică, soluții optimizate de acționare - actuatori, integrate în subansambluri electromecanice 37 necesare acționării articulațiilor, împreună cu echipamente pentru compensarea parțială a greutăților proprii ale segmentelor aparatului locomotor al persoanei asistate, o interfață cu 39 tegumentele zonelor de contact ale persoanei asistate cu segmentele structurii ortetice, realizată sub forma unui ciorap cu chilot din materiale biocompatibile, un echipament de 41 ameliorare a circulației venolimfatice a persoanei asistate și de asigurare a unui confort termofiziologic și senzorial la nivelul segmentelor aparatului locomotor, ale acesteia, coman- 43 dat de către un echipament miniaturizat, care asigură atât generarea automată a undelor peristaltice și un confort termofiziologic și senzorial, precum și programul de încărcare a 45 acumulatoarelor, un echipament de selectare manuală, de către persoana asistată, a rulării automate a programelor principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor și un 47 echipament de comandă a acestor funcții locomotoare, echipament care asigură comanda

RO 123160 Β1 computerizată a actuatoarelor dispozitivului ortetic mecatronic, în conformitate cu programele prestabilite pentru realizarea principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor, selectate manual de către persoana asistată, echipamentele de comandă, sursa de energie electrică, compresorul pentru aer comprimat fiind miniaturizate și integrate în structura dispozitivului ortetic mecatronic.

Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:

- asistarea/recuperarea ortostatismului și mersului la bătrâni sever disabilitați și la bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave;

- asigurarea condițiilor de biocompatibilitate, pentru protejarea efectivă a tegumentelor față de interacțiunile mecanice, pentru preîntâmpinarea apariției escarelor, precum și stimularea circulației sanguine la membrele inferioare, în special, cea de întoarcere venolimf atică;

- asigurarea unui confort termofiziologic și senzorial la nivelul segmentelor aparatului locomotor, pentru persoana asistată;

- realizarea unui consum energetic redus, prin reducerea puterii instalate, datorită compensării parțiale a greutății proprii a segmentelor aparatului locomotor al persoanei asistate;

- procedură de comandă simplă a mișcării dorite de către persoana asistată, prin selectarea manuală a principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor, în conformitate cu programele specifice prestabilite;

- adaptarea ușoară a structurii de acționare și de comandă a dispozitivului ortetic mecatronic la diversele grade de disabilitate ale persoanei asistate, datorită concepției modulare a structurii mecanice și a echipamentului de comandă;

- procedură simplă de antrenament al persoanei asistate, pentru folosirea dispozitivului ortetic mecatronic;

- posibilitatea utilizării, ca produse independente, a unor componente ale dispozitivului ortetic mecatronic (structura portantă mecatronică în sine, pentru amplificarea forțelor în cazul unor persoane valide sau cu insuficiențe cardiorespiratorii, actuatoarele, cuplele de rotație ale articulațiilor segmentelor structurii portante, interfața cu tegumentele zonelor de contact ale persoanei asistate cu segmentele structurii ortetice, realizată sub forma unui ciorap cu chilot, executate din materiale biocompatibile și echipamentul de ameliorare a circulației venolimfatice a persoanei asistate și de asigurare a unui confort termofiziologic și senzorial la nivelul segmentelor aparatului locomotor);

- posibilitatea aplicării eficiente a dispozitivului ortetic mecatronic, pentru asistarea persoanelor cu disabilitați cardiovasculare și locomotorii grave, datorită unui preț de cost redus, în condițiile unei execuții industriale, preț care ar putea fi acoperit parțial sau total de către asigurările sociale;

- realizarea dispozitivului ortetic mecatronic deschide un câmp larg de cercetări în domeniile actuatoarelor de înaltă performanță - aflate în pragul trecerii de la experimental la utilizarea pe scară largă - realizate din materiale compozite inteligente (polimeri electroactivi, materiale cu memoria formei etc.), structurilor portante complexe senzorizate din materiale compozite cu cuple cinematice încorporate, echipamentelor de comandă și surselor de energie miniaturizate, obiective de cercetare care vor conduce la realizarea în viitor a unui costum ortetic robotizat, efectiv utilizabil în activitatea clinică și în viața socio- profesională curentă de către persoanele cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave;

RO 123160 Β1

- realizarea dispozitivului ortetic mecatronic va avea consecințe multiple și extrem de 1 benefice precum combaterea osteoporozei, a estompării reprezentărilor și feedback-urilor de la nivelul SNC, legate de ortostatism și mers, a stazei/congestiei - prin compresie pos- 3 turală, în poziție șezândă prelungită - la nivel prostatic, facilitarea evacuării gravitaționale sporite a urinei, a tranzitului intestinal, a antrenării, prin utilizare, a musculaturii trunchiului 5 (cu acțiune favorabilă asupra mecanicii ventilatorii și a hematozei, precum și, de asemenea, a tranzitului intestinal) și a arderii caloriilor, cu consecințe metabolice benefice, esențiale 7 pentru contracararea efectelor marcant diabetogene și aterogene ale hipokinetozelor severe, așa cum este cazul utilizatorilor potențiali ai costumului ortetic robotizat și, respectiv, promo- 9 varea/ameliorarea autonomiei și, implicit, și a capacității de muncă, precum și a tonusului psihologic, aferent reapropierii semnificative de normal a imaginii și statutului socio- profe- 11 sional și relațional ale utilizatorului.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1...3, care 13 reprezintă:

- fig. 1, dispozitivul ortetic mecatronic, vedere laterală; 15

- fig. 2, dispozitivul ortetic mecatronic, vedere frontală;

- fig. 3, schema bloc a echipamentului de comandă G, a principalelor funcții loco- 17 motoare specifice.

în conformitate cu fig. 1, dispozitivul ortetic mecatronic este compus dintr-o structură 19 portantă modulară A, formată din segmente articulate de exoschelet, realizate din materiale compozite cu inserție metalică, care se fixează cu curele pe corpul persoanei asistate. 21

Structura portantă modulară A se compune dintr-un segment bazin 1, cu care sunt articulate segmentul spate 2, prin articulația bazin a, și cele două segmente coapsă 3, 23 stânga și dreapta, prin articulațiile cu mobilitate spațială ale șoldului b, specifice fiecărei coapse. 25

Celălalt capăt al fiecărui segment coapsă este articulat prin articulația genunchiului c, cu segmentul gleznă 4, stânga și dreapta, iar acesta, prin articulația piciorului d, este 27 articulat cu segmentul picior 5, stânga și dreapta, care conține și articulația halucelui e.

Toate articulațiile structurii orteticemecatronice, cu excepția celor ale halucelui, sunt 29 prevăzute cu traductoare unghiulare absolute f, care măsoară pozițiile unghiulare efective dintre segmentele adiacente ale articulațiilor, semnalele corespunzătoare valorilor efective 31 ale unghiurilor constituind mărimi de intrare în programale de comandă a deplasărilor segmentelor articulate ale structurii portante. 33

Segmentele articulate ale structurii portante sunt acționate de către soluții optimizate de acționare B, integrate în subansambluri electromecanice de acționare, specifice modu- 35 lelor respective: modulul de acționare spate 6, modulul de acționare spațială șold 7, modulul de acționare genunchi 8, modulul de acționare picior 9, pentru fiecare picior în parte. 37

Cu scopul reducerii puterii instalate și creșterii duratei de funcționare între două încărcări succesive ale acumulatoarelor, modulele articulate ale structurii portante sunt 39 prevăzute cu sisteme elastice, pentru compensarea parțială a greutăților proprii C, ale segmentelor structurii portante modulare A și ale aparatului locomotor al persoanei asistate, 41 pentru așezarea/ridicarea din scaun și pentru urcarea treptelor, activități pentru care este solicitată întreaga putere a actuatoarelor integrate în subansamblurile electromecanice de 43 acționare ale modulelor componente.

Astfel, sistemul compensator șold 10, sistemul compensator genunchi 11 și sistemul 45 compensator picior 12 înmagazinează o parte din energia corespunzătoare deplasării segmentelor aparatului locomotor în sensul forțelor gravitaționale, prin deformarea unor 47 sisteme elastice, energie care este refolosită de către modulele de acționare ale structurii portante modulare A, în cadrul efectuării deplasării segmentelor aparatului locomotor, la 49 realizarea mișcărilor în sens opus forțelor gravitaționale.

RO 123160 Β1

Pentru protecția tegumentelor persoanelor asistate, în zonele de contact cu segmentele structurii ortetice, este prevăzută o interfață biocompatibilă D, alcătuită dintr-un set de elemente subvestimentare modulare 13, fără cusătură, de tip chilot, ciorap pantalon, tip colant și șosete, realizate din materiale biocompatibile de tip microfibră, cu elasticitate ridicată, bioactive și cu confort mărit.

Pentru stimularea circulației sangvine și pentru asigurarea unui confort termofiziologic și senzorial la nivelul segmentelor aparatului locomotor al persoanei asistate, dispozitivul ortetic mecatronic a fost prevăzut cu un echipament de ameliorare a circulației venolimfatice E, amplasat pe corpul persoanei asistate, între interfața biocompatibilă D, îmbrăcată de aceasta, și structura portanta modulară A, echipament format din câte 2...4 manșoane elastice gofrate 14, poziționate pe segmentele coapsă 3 și pe segmentele gleznă 4.

Ameliorarea circulației venolimfatice la nivelul segmentelor aparatului locomotor al persoanei asistate se realizează de către manșoanele elastice gofrate 14, prin alimentarea succesivă a acestora cu aer comprimat, produs de către un compresor 15, succesiunea alimentării cu aer comprimat a manșoanelor elastice gofrate, pentru generarea automată a unor unde peristaltice, fiind realizată cu electroventilele 16, comandate de la un echipament de autonomizare F, care asigură totodată un confort termofiziologic și senzorial, prin evacuarea pe cale pneumatică a excesului de căldură și de umiditate, în funcție de informațiile provenite de la senzorii de temperatură g și de la cei de umiditate h.

După cum s-a arătat mai sus, comanda actuatoarelor unui dispozitiv ortetic mecatronic, destinat asistării/recuperării aparatuale a ortostatismuIui și mersului, pentru persoane sever disabilitate locomotor, nu poate fi realizată până în prezent prin culegerea și prelucrarea semnalelor nervoase transmise de la creier prin măduva spinării către diverșii mușchi efectori, cum se realizează în cadrul persoanelor protezate, tocmai datorită imposibilității trecerii impulsurilor nervoase după zona de secționare a maduvei spinării.

Datorită faptului că, până în prezent, nu a fost elaborată o soluție eficientă de culegere selectivă și de prelucrare a semnalelor nervoase volitionale, provenite de la persoana asistată, corespunzătoare realizării unor mișcări controlate, s-a prevăzut ca deplasarea persoanei asistate, cu ajutorul dispozitivului ortetic mecatronic, să se facă prin selectarea succesivă, de către aceasta, a unor funcții locomotoare specifice, prin acționarea unor butoane amplasate ergonomie pe o cutie de comandă 17. Se consideră că pentru deplasarea persoanei asistate în mediul înconjurător, sunt necesare, pentru o primă estimare, următoarele funcții locomotoare specifice: ridicare din scaun (din scaunul cu rotile, din scaun sau din pat), mers drept înainte, rotire la dreapta, rotire la stânga, urcare pantă, coborâre pantă, urcare trepte, coborâre trepte, și așezare pe scaun, (pe scaunul cu rotile, pe scaun sau pe pat).

Aceste funcții sunt prelucrate și reproduse apoi de către un echipament de comandă a principalelor funcții locomotoare G, echipament care conține atât traductoarele unghiulare absolute f, amplasate în articulațiile bazinului a, ale șoldurilor b, ale genunchilor c, ale picioarelor d, cât și traductoarele de presiune i, care furnizează informațiile necesare către un echipament miniaturizat computerizat 18, integrat în structura dispozitivului ortetic mecatronic, echipament care asigură comanda actuatoarelor acestuia în conformitate cu programele prestabilite pentru realizarea principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor.

Programele prestabilite, care definesc funcțiile locomotoare specifice, menționate mai sus, se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolutei, montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă.

RO 123160 Β1

Pentru realizarea liberă a mișcărilor de către persoana validă, segmentele articulate 1 ale structurii portante sunt decuplate mecanic de soluțiile optimizate de acționare B ale modulului de acționare spate 6, modulelor de acționare spațială șold 7, modulelor de acțio- 3 nare genunchi 8 și modulelor de acționare picior 9.

Persoana validă execută de mai multe ori, într-un anumit timp, o anumită funcție 5 locomotoare, pentru care, se achiziționează, în funcție de timp, anumite valori, pentru fiecare semnal provenit de la traductoarele unghiulare absolutei. Funcția locomotoare specifică este 7 constituită dintr-o baze de date, care cuprinde media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor unghiular absolut, în funcție de timpul de desfășurare a succesiunii mișcărilor spe- 9 cifice, referința pentru oricare dintre traductoarele unghiulare absolute, pentru oricare din funcțiile locomotoare, fiind dată de valorile efective corespunzătoare poziției ortostatice 11 stabile a persoanei valide echipată cu dispozitivul ortetic mecatronic.

Pentru stabilirea și reglarea poziției ortostatice, talpa fiecărui picior este echipată cu13 câte un număr de minimum trei traductoare de presiune i, două în față, în partea stângă și dreaptă a tălpii, și unul în zona călcâiului, pentru ambele picioare. Poziția ortostatică de refe-15 rință este stabilită atunci când între indicațiile traductoarelor de presiune, se obțin următoarele relații:17

- pentru fiecare picior în parte, suma presiunilor indicate de traductoarele amplasate în fața tălpii piciorului este egală cu presiunea indicată de traductorul amplasat în zona 19 călcâiului, situație corespunzătoare echilibrului față - spate;

- suma presiunilor indicate de traductoarele amplasate pe talpa piciorului drept este 21 egală cu suma presiunilor indicate de traductoarele amplasate pe talpa piciorului stâng, situație corespunzătoare echilibrului stânga - dreapta. 23

Pentru adaptarea parametilor dinamici al funcțiilor locomotoare specifice, elaborate conform metodologiei descrise mai sus, pentru persoana validă, la condițiile statice și 25 dinamice ale persoanei asistate, s-a prevăzut funcția de genoflexiuni.

Realizată de către persoana validă, funcția de genoflexiuni reprezintă o corelare 27 foarte precisă a mișcărilor unghiulare ale segmentelor structurii portante modulare A, astfel încât, în orice poziție, atât pentru faza de coborâre prin ghemuire, cât și pentru cea de ridi- 29 care, proiecția centrului de greutate al ansamblului persoană validă, îmbrăcată cu dispozitivul ortetic mecatronic să se afle cât mai aproape de centrul suprafeței corespunzătoare 31 zonelor de contact ale tălpilor cu suprafața orizontală de sprijin.

Această funcție servește la ajustarea inițială a parametrilor statici și dinamici ai 33 buclelor de reglare ale mișcărilor individuale ale segmentelor structurii portante modulare A, astfel încât, prin comanda actuatoarelor modulelor de acționare ale dispozitivului ortetic 35 mecatronic cu programul de genoflexiuni, segmentele componente ale dispozitivului ortetic mecatronic să execute corect, în deplină stabilitate dinamică, funcția locomotoare respectivă. 37 Procedura de ajustare a parametri lor statici și dinamici ai buclelor de reglare, aplicată mai întâi numai dispozitivului ortetic mecatronic, se va repeta apoi și pentru situația în care 39 persoana asistată este echipată cu acest dispozitiv, în acest caz fiind necesare doar ajustări reduse ale parametrilor statici și dinamici ai buclelor de reglare, pentru realizarea unei 41 execuții corecte, în deplină stabilitate a secvențelor funcției locomotoare de genoflexiuni și pentru adaptarea dispozitivului ortetic mecatronic la caracteristicile statice și dinamice 43 ale persoanei asistate (înălțimea, greutatea totală și greutățile parțiale ale segmentelor corpului acesteia). 45

Cu acest reglaj efectuat, persoana asistată poate să execute corect oricare din celelalte nouă funcții locomotoare specifice, care au fost realizate, conform procedurii 47 descrise, de către o persoana validă ai cărei parametri statici și dinamici sunt oricum diferiți de cei ai persoanei asistate. 49

RO 123160 Β1 în acest fel se definesc următoarele funcții locomotoare specifice care, prin combinarea succesivă a acestora asigură deplasarea persoanei asistate în spațiul înconjurător: ridicare din scaun (din scaunul cu rotile, din scaun sau din pat), mers drept înainte, rotire la dreapta, rotire la stânga, urcare pantă, coborâre pantă, urcare trepte, coborâre trepte și așezare pe scaun (pe scaunul cu rotile, pe scaun sau pe pat), comanda inițierii execuției acestor funcții și a succesiunii acestora fiind realizată de către persoana asistată prin acționarea unor butoane amplasate ergonomie pe o cutie de comandă 17.

Corelarea dintre deplasările unghiulare ale diverselor segmente ale aparatului locomotor, pentru efectuarea unei anumite funcții locomotoare, se face de către baza de timp, care este o variabilă comună a acestora.

Pentru acționarea actuatoarelor soluțiilor optimizate de acționare B, a echipamentului de autonomizare F, a celui de comandă a principalelor funcții locomotoare G, precum și a echipamentului de ameliorare a circulației venolimfatice E, dispozitivul ortetic mecatronic este prevăzut cu o sursă de energie electrică H, care cuprinde atât un acumulator 19, cât și echipamentul de încărcare 20 a acestuia, de la o rețea de curent alternativ monofazat, 220 V, 50 Hz.

Pentru asigurarea independenței de mișcare a persoanei asistate, dispozitivul ortetic mecatronic este prevăzut cu un compartiment de depozitare 21, situat pe segmentul spate 2, compartiment în care sunt amplasate compresorul 15, echipamentul miniaturizat computerizat 18, acumulatorul 19 și echipamentul de încărcare 20, al acestuia, greutatea echipamentelor fiind preluată de către componentele structurii portante modulare A.

Segmentele structurii modulare se fixează cu centuri și curele pe corpul persoanei asistate (centură piept 22, centură bazin 23, curea coapsă 24, curea gleznă 25, suport șezut 26), astfel încât poziția acestora să fie stabilă și să susțină în mod sigur și ferm persoana asistată.

în derularea oricărei funcții locomotoare specifice, echipamentul miniaturizat computerizat 18 comandă în mod adecvat actuatoarele diverselor segmente ale dispozitivului ortetic mecatronic comparând, în funcție de desfășurarea în timp a mișcărilor, valorile efective ale pozițiilor unghiulare dintre segmentele structurii portante modulare A, furnizate de traductoarele unghiulare absolute montate în articulațiile respective, cu valorile prescrise prin programul respectiv, corespunzătoare funcției locomotoare specifice, cu scopul de a reduce la zero, în orice moment al deplasării, diferențele dintre valorile unghiulare efective și cele prescrise.

Utilizând dispozitivul ortetic mecatronic, prezentat în fig. 1 și 2, persoana asistată se va putea deplasa prin realizarea succesivă a unora din cele nouă programe specifice pentru principalele funcții ale aparatului locomotor, conform schemei bloc din fig. 3.

De exemplu, pentru a se ridica din scaun, a merge până la ușă pentru a o deschide și pentru a se întoarce și a se așeza din nou în scaun, persoana asistată de dispozitivul ortetic mecatronic va efectua următoarele comenzi selectate succesiv de la cutia de comandă 17:

- acționarea butonului de „ridicare din scaun, secvență în care persoana asistată se ridică din scaun până la oprirea într-o poziție verticală stabilă;

- la terminarea secvenței de „ridicare din scaun, persoana asistată comandă deplasarea înainte, prin apăsarea pe butonul „mers drept înainte, și cât timp va menține comanda, se va deplasa către ușă, până când ajunge în zona ușii, rămânând în această poziție verticală stabilă, până ce deschide ușa;

RO 123160 Β1

- pentru a se întoarce la scaun, persoana asistată va acționa, de la cutia de comandă 1 17, butonul „rotire spre dreapta, de exemplu, și cât timp va menține comanda, cu pași mici, se va întoarce în direcția scaunului; 3

- pentru deplasarea spre scaun, persoana asistată dă din nou comanda de deplasare înainte, prin apăsarea pe butonul „mers drept înainte și cât timp va menține comanda, se 5 va deplasa către scaun, până când va ajunge în zona acestuia;

- pentru a se întoarce în poziția de așezare în scaun, persoana asistată va acționa, 7 tot de la cutia de comandă 17, butonul „rotire spre dreapta sau „rotire spre stânga și cât timp va menține comanda, cu pași mici, se va întoarce în poziția corespunzătoare așezării 9 în scaun;

- pentru a se așeza în scaun, persoana asistată va acționa butonul „așezare pe 11 scaun și cât timp va menține comanda, se va derula secvența așezării pe scaun.

Menținerea poziției ortostatice și protecția la dezechilibrări accidentale a unei per- 13 soane valide sunt realizate prin reacții reflexe dobândite încă din copilărie de către aceasta, în urma unor experiențe multiple, astfel încât, în momentul sesizării unor schimbări în 15 repartiția presiunilorîn zona tălpilor picioarelor sau în centrii care sesizează poziția verticală, persoana validă reacționează în mod automat, pe baza reflexelor dobândite, prin acțiuni de 17 compensare proporționale cu intensitatea, direcția și accelerația factorilor perturbatori, cu scopul menținerii poziției ortostatice sau pentru a se opune factorilor care au cauzat 19 dezechilibrul.

Ca urmare, menținerea poziției ortostatice, prin controlul activ al ortostatismului per- 21 soanei asistate, precum și protecția acesteia la dezechilibrări accidentale sunt asigurate, în cadrul invenției, de către programe de control al ortostatismului și de redresare, programe 23 care determină acțiuni reflexe de compensare, prin deplasări unghiulare ale segmentelor structurii portante modulare A, pe baza informațiilor primite de la traductoarele de presiune 25 i, amplasate pe tălpile ambelor picioare 5, ale dispozitivului ortetic mecatronic.

Programele prestabilite, care definesc funcțiile menționate mai sus, se realizează sub 27 forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolute f, montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o 29 persoana validă, în funcție de semnalele provenite de la traductoarele de presiune i.

Se menționează că și în cazul stabilirii acestor funcții, pentru realizarea liberă a 31 mișcărilor de către persoana validă, segmentele articulate ale structurii portante sunt decuplate mecanic de modulele de acționare ale acestora. 33

Programele de control al ortostatismului și de redresare la dezechilibrări accidentale sunt realizate asemănător cu cele pentru principalele funcții locomotoare, luând ca referință 35 reacția unui om valid, îmbrăcat în dispozitivul ortetic mecatronic, la abaterea de la poziția ortostatică sau la dezechilibrări accidentale după diferite direcții și cu diverse intensități, în 37 raport cu poziția ortostatică de referință.

în momentul apariției unei abateri de la poziția ortostatică de referință, traductoarele 39 de presiune i vor emite semnale în funcție de direcția, viteza și intensitatea dezechilibrului, pentru compensarea căruia persoana validă va trebui să facă o serie de mișcări reflexe, care 41 determină un anumit set de semnale provenite de la traductoarele unghiulare absolute f, montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic. 43

Funcția de menținere a poziției ortostatice se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolute f, mon- 45 tate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă, în funcție de semnalele provenite de la traductoarele de presiune i, aplicând asupra persoanei 47

RO 123160 Β1 valide serii de eforturi cu minimum 3 intensități, care cresc progresiv până la valorile slab, mijlociu și mare, după minimum 8 direcții unghiulare echidistante (față - spate, stânga dreapta, precum și după direcțiile rotite cu 45° față de acestea).

Prin această procedură, se realizează în total 24 de tabele de date de răspuns, specifice anumitor direcții și intensități de producere a dezechilibrului, baza de date cuprinzând media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor unghiular absolut f, în funcție de media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor de presiune i, în parte, pentru un set de câte cel puțin 10 determinări, de exemplu, pentru fiecare răspuns în parte.

După adaptarea dispozitivului ortetic mecatronic la caracteristicile statice și dinamice ale persoanei asistate, conform metodologiei menționate la realizarea funcțiilor locomotoare specifice, menținerea poziției ortostatice a persoanei asistate este asigurată de către echipamentul miniaturizat computerizat 18, care compară tot timpul semnalele efective provenite de la traductoarele de presiune i, cu cele de intrare înregistrate în cele 24 de tabele de date de răspuns, selectează setul de valori înregistrat, cel mai apropiat configurației semnalelor efective și comandă în mod adecvat actuatoarele segmentelor dispozitivului ortetic mecatronic, pentru realizarea mișcării acestora în conformitate cu setul de valori corespunzător semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolute f, cu scopul compensării acțiunii factorilor perturbatori.

în același fel, funcția de redresare la dezechilibrări accidentale se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolute f, montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă, în funcție de semnalele provenite de la traductoarele de presiune i, aplicând asupra persoanei valide serii de șocuri cu minimum 3 intensități cu valori de slab, mijlociu și mare, după minimum 8 direcții unghiulare echidistante, (față - spate, stânga - dreapta, precum și după direcțiile rotite cu 45° față de acestea).

Șocurile pe o anumită direcție aleasă se obțin fie aplicând asupra corpului o forță care crește brusc de la zero la valoarea prescrisă, fie exercitând asupra corpului, în sens contrar direcției alese, o forță egală cu valoarea prescrisă, care descrește brusc la zero, înregistrându-se două seturi de valori diferite ale semnalelor provenite de la traductoarele de presiune i.

în funcție de intensitatea forței perturbatoare, reacția de redresare la dezechilibrări accidentale, a persoanei valide, este diferită, de la o simpla opunere la șocuri de intensitate slabă, la efectuarea unui pas mic, în sensul forței de intensitate mijlocie și până la efectuarea unui pas mare, în sensul forței de intensitate mare.

Prin aceasta procedură se realizează în total 2 x 24 de tabele de date de răspuns specifice anumitor direcții și intensități de redresare la dezechilibrări accidentale, o bază de date cuprinzând media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor unghiular absolut f, în funcție de media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor de presiune i, în parte, pentru un set de câte cel puțin 10 determinări, de exemplu, pentru fiecare răspuns în parte.

Ca urmare, după adaptarea dispozitivului ortetic mecatronic la caracteristicile statice și dinamice ale persoanei asistate, conform metodologiei menționate la realizarea funcțiilor locomotoare specifice, redresarea persoanei asistate la dezechilibrări accidentale este realizată de către echipamentul miniaturizat computerizat 18, care compară tot timpul semnalele efective provenite de la traductoarele de presiune i, cu cele de intrare înregistrate în cele 2 x 24 de tabele de date de răspuns, selectează setul de valori înregistrate, cel mai

RO 123160 Β1 apropiat configurației semnalelor efective și comandă în mod adecvat actuatoarele seg- 1 mentelor dispozitivului orteticmecatronic, pentru realizarea mișcării acestora în conformitate cu setul de valori corespunzătorsemnalelor provenite de latraductoarele unghiulare absolute 3 f, cu scopul redresării persoanei asistate la dezechilibrările accidentale.

Se menționează că valorile de slab, mijlociu și mare ale intensităților factorilor 5 perturbatori vor fi stabilite pe cale experimentală, în prezent optându-se pentru scara de valori corespunzătoare redresării poziției persoanei asistate la dezechilibrări accidentale: de 7 la o simplă opunere la șocuri de intensitate slabă, la efectuarea unui pas mic, în sensul forței de intensitate mijlocie și până la efectuarea unui pas mare, în sensul forței de inten- 9 sitate “mare”.

în fig. 3 se prezintă schema bloc a echipamentului de comandă a principalelor funcții 11 locomotoare specifice G, compus dintr-un echipament miniaturizat computerizat 18, o cutie de comandă 17, de la care persoana asistată selectează succesiv, prin acționarea unor 13 butoane, funcțiile locomotoare specifice, pentru realizarea unei deplasări.

în cadrul echipamentului de comandă sunt incluse și traductoarele unghiulare abso- 15 Iute f, din articulațiile senzorizate ale structurii portante modulare A, traductoarele de presiune i, amplasate pe tălpile picioarelor, actuatoarele din componența soluțiilor optimizate 17 de acționare B, integrate în subansamblurile electromecanice de acționare a segmentelor articulate ale dispozitivului ortetic mecatronic. 19

Echipamentul miniaturizat computerizat 18 are la bază structura unui laptop, la care sunt conectate driverele de comandă ale motoarelor din componența subansamblurilor 21 electromecanice de acționare a segmentelor articulate.

Oricare din funcțiile locomotoare specifice reprezintă câte o bază de date de 23 referință, în care sunt corelate, în funcție de timp, valorile semnalelor primite de la traductoarele unghiulare f, astfel încât, pentru funcția locomotoare specifică, selectată de către 25 persoana asistată, driverele comandă realizarea unei anumite succesiuni de mișcări bine precizate ale segmentelor structurii portante, în conformitate cu baza de date de referință. 27 Valorile efective ale pozițiilor unghiulare dintre segmentele structurii portante modulare A, furnizate de traductoarele unghiulare absolute i, montate în articulațiile respec- 29 tive, sunt comparate cu cele prescrise prin programul respectiv, corespunzătoare funcției locomotoare specifice selectate, cu scopul ca, prin comanda actuatoarelor să se reducă la 31 zero, în orice moment al deplasării, diferențele dintre valorile unghiulare efective și cele prescrise, din baza de date a programului selectat. 33

Menținerea poziției ortostatice și/sau redresarea persoanei asistate la dezechilibrări accidentale sunt realizate de către echipamentul miniaturizat computerizat 18, prin compa- 35 rarea semnalelor efective, provenite de la traductoarele de presiune i, cu cele înregistrate deja în băncile de date de răspuns, comparare în urma căreia se selectează automat setul 37 de valori înregistrate, cel mai apropiat configurației semnalelor efective i și se comandă în mod adecvat actuatoarele segmentelor dispozitivului ortetic mecatronic, pentru a reduce la 39 zero, în orice moment al deplasării, diferențele dintre valorile unghiulare efective f și cele prescrise, din baza de date, cu scopul menținerii poziției ortostatice și/sau redresării persoa- 41 nei asistate la dezechilibrările accidentale.

Corelarea dintre deplasările unghiulare ale diverselor segmente ale aparatului loco- 43 motor, pentru efectuarea unei anumite funcții locomotoare, se face de către baza de timp, care este o variabilă comună a acestora. 45

Claims (8)

1. Revendicări

   1. Dispozitiv ortetic mecatronic, pentru asistarea/recuperarea ortostatismului și mersului la bătrâni sever disabilitați și la bolnavi cu insuficiențe cardiorespiratorii și/sau deficiențe neurolocomotorii grave, caracterizat prin aceea că are o structură portantă modulară (A), formată din segmente de exoschelet, cu articulații și elemente de fixare/ atașare pe corpul persoanei asistate, pentru susținerea sigură și fermă a acesteia, structură compusă dintr-un segment bazin (1) la care sunt articulate un segment spate (2), printr-o articulație bazin (a), și niște segmente coapsă (3), în număr de două, stânga și dreapta, prin niște articulații cu mobilitate spațială, ale șoldului (b), celălalt capăt al fiecărui segment coapsă fiind articulat printr-o articulație genunchi (c) cu câte un segment gleznă (4), stânga și dreapta, iar acesta din urmă este articulat, printr-o articulație picior (d), de câte un segment picior (5) care conține și o articulație a halucelui (e), segmentele articulate ale structurii portante fiind acționate de către niște actuatoare din componența unor soluții optimizate de acționare (B), integrate în subansambluri electromecanice de acționare, specifice unor module de acționare spate (6), a unor module de acționare spațială șold (7), a unor module de acționare genunchi (8) și a unor module de acționare picior (9), împreună cu echipamente pentru compensarea parțială a unor greutăți proprii (C) ale segmentelor aparatului locomotor al persoanei asistate, respectiv, din niște sisteme compensatoare șold (10), niște sisteme compensatoare genunchi (11) și niște sisteme compensatoare picior (12), cât și o interfață biocompatibilă (D), alcătuită dintr-un set de elemente subvestimentare modulare (13), fără cusătură, de tip chilot, ciorap pantalon, tip colant și șosete, realizate din materiale biocompatibile de tip microfibră, cu elasticitate ridicată, bioactive și cu confort mărit, care asigură protecția tegumentelor zonelor de contact ale persoanei asistate cu segmentele structurii portante modulare (A), un echipament de ameliorare a circulației venolimfatice (E) a persoanei asistate, format din niște manșoane elastice gofrate (14) în număr de 2...4, poziționate pe niște segmente coapsă (3), cât și pe niște segmente gleznă (4), comandat de către un echipament miniaturizat individual, dotat cu un compresor (15) pentru producerea aerului comprimat necesar generării automate a unor unde peristaltice, prin comanda adecvată, de la un echipament de autonomizare (F), a unorelectroventile (16) pentru alimentarea succesivă cu aer comprimat a manșoanelor elastice gofrate (14) și pentru asigurarea unui confort termofiziologic și senzorial, prin evacuarea, pe cale pneumatică, a excesului de căldură și de umiditate, în funcție de semnalele furnizate de către niște senzori de temperatură (g), cât și de niște senzori de umiditate (h), echipament miniaturizat individual, care asigură totodată și încărcarea unui acumulator (19), un echipament de autonomizare (F) care permite, de la o cutie de comandă (17), selectarea manuală de către persoana asistată a rulării automate a programelor principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor, precum și senzorizarea dispozitivului ortetic mecatronic cu niște traductoare unghiulare absolute (f), niște senzori de presiune (i), senzori care furnizează informațiile necesare către un echipament de comandă a unor funcții locomotoare (G), care conține un echipament miniaturizat computerizat (18), care are la bază structura unui laptop, la care sunt conectate driverele de comandă ale motoarelor din componența unor actuatoare ale soluțiilor optimizate de acționare (B) în conformitate cu programele prestabilite ale principalelor funcții specifice ale aparatului locomotor, dispozitivul ortetic mecatronic fiind prevăzut cu o sursă de energie electrică (H), care cuprinde un acumulator (19), cât și un echipament de încărcare a acestuia (20) de la rețeaua de curent alternativ monofazat.

   RO 123160 Β1
2. 2. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, 1 în scopul realizării unor soluții simple și sigure de comandă, deplasarea în mediul înconjurător a persoanei asistate care folosește dispozitivul ortetic mecatronic se realizează prin 3 combinarea succesivă a unui număr redus de funcții locomotoare specifice - de secvențe de mișcare - ridicare din scaun, mers drept înainte, rotire la dreapta, rotire la stânga, urcare 5 pantă, coborâre pantă, urcare trepte, coborâre trepte și așezare pe scaun, secvențe realizate sub forma unor programe (de exemplu programul I...IX) care definesc funcțiile locomotoare 7 specifice, menționate mai sus, programe care se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la niște traductoare unghiulare absolute (f), mon- 9 tate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă, pentru realizarea liberă a mișcărilor, segmentele articulate ale structurii portante fiind decu- 11 plate mecanic de niște soluții optimizate de acționare (B), ale modulului de acționare spate (6), modulelor de acționare spațială șold (7), modulelor de acționare genunchi (8) și modu- 13 lelorde acționare picior (9), persoana validă executând de mai multe ori, într-un anumit timp, o anumită funcție locomotoare, pentru care se achiziționează, în funcție de timp, valorile 15 fiecărui semnal provenit de la traductoarele unghiulare absolute (f), funcția locomotoare specifică fiind astfel constituită dintr-o bancă de date care cuprinde media valorilor semna- 17 lelor primite de la fiecare traductor unghiular absolut (f), în funcție de succesiunea în timp a mișcărilor specifice, referința pentru oricare dintre traductoarele unghiulare absolute, pentru 19 oricare din funcțiile locomotoare fiind dată de valorile semnalelor corespunzătoare poziției ortostatice stabile a persoanei valide echipată cu dispozitivul ortetic mecatronic. 21
3. 3. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, în scopul determinării poziției ortostatice stabile, talpa fiecărui picior este echipată 23 cu câte un număr de minimum trei traductoare de presiune (i), poziționate două în față, în partea stângă și dreaptă a tălpii, și a unul în zona călcâiului, pentru ambele picioare, poziția 25 ortostatică de referință fiind stabilită atunci când între indicațiile traductoarelor de presiune, pentru fiecare picior în parte, suma presiunilor indicate de traductoarele amplasate în fața 27 tălpii piciorului este egală cu presiunea indicată de traductorul amplasat în zona călcâiului, situație corespunzătoare echilibrului față - spate și suma presiunilor indicate de traductoarele 29 amplasate pe talpa piciorului drept este egală cu suma presiunilor indicate de traductoarele amplasate pe talpa piciorului stâng, situație corespunzătoare echilibrului stânga - dreapta. 31
4. 4. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 1, 2 și 3, caracterizat prin aceea că, în scopul adaptării parameti lor statici și dinamici ai funcțiilor locomotoare specifice, 33 elaborate de către persoana validă, la condițiile statice și dinamice ale persoanei asistate (înălțimea, greutatea totală și greutățile parțiale ale segmentelor corpului acesteia), s-a 35 prevăzut o funcție de genoflexiuni, funcție care servește la ajustarea inițială a parametrilor statici și dinamici ai buclelor de reglare a mișcărilor individuale ale segmentelor structurii 37 portante modulare (A), la început fără persoana asistată, și apoi, și pentru persoana asistată, echipată cu dispozitivul ortetic mecatronic, în acest caz, fiind necesare doar ajustări reduse 39 ale parametrilor statici și dinamici ai buclelor de reglare, pentru realizarea unei execuții corecte, în deplină stabilitate, a secvențelor de mișcare specifice funcției locomotoare de 41 genoflexiuni.
5. 5. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin 43 aceea că, în scopul realizării unor soluții simple și sigure de comandă, deplasarea în mediul înconjurător a persoanei asistate, folosind dispozitivul ortetic mecatronic, se realizează prin 45 combinarea succesivă a unui număr redus de funcții locomotoare specifice - de secvențe de

   RO 123160 Β1 mișcare - ridicare din scaun, mers drept înainte, rotire la dreapta, rotire la stânga, urcare pantă, coborâre pantă, urcare trepte, coborâre trepte și așezare pe scaun, secvențe realizate sub forma unor programe locomotoare specifice (de exemplu programul I...IX), ce pot fi apelate de către persoana asistată de la o cutie de comandă (17), programe care sunt reproduse de către un echipament de comandă a principalelor funcții locomotoare (G), echipament care conține atât traductoarele unghiulare absolute (f), amplasate în articulațiile bazinului (a), ale șoldurilor (b), ale genunchilor (c), ale picioarelor (d), care furnizează informațiile necesare către un echipament miniaturizat computerizat (18), integrat în structura dispozitivului ortetic mecatronic, echipament care comandă actuatoarele acestuia în conformitate cu programele selectate de către persoana asistată, pentru realizarea funcției locomotoare specifice.
6. 6. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 1 și 3, caracterizat prin aceea că funcția de menținere a poziției ortostatice se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la niște traductoare unghiulare absolute (f), montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă, în funcție de semnalele provenite de la traductoarele de presiune (i), aplicând asupra persoanei valide, care trebuie să se menținăîn poziție ortostatică, serii de eforturi cu intensități controlate, care cresc progresiv până la valorile slab, mijlociu și mare, după anumite direcții unghiulare echidistante, realizându-se astfel un număr de tabele de date de răspuns, specifice anumitor direcții și intensități de compensare a poziției ortostatice, fiecare bază de date cuprinzând media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor unghiular absolut (f), în funcție de media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor de presiune (i).
7. 7. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 1 și 3, caracterizat prin aceea că funcția de redresare la dezechilibrări accidentale se realizează sub forma unor baze de date, prin înregistrarea semnalelor provenite de la traductoarele unghiulare absolute (f), montate în articulațiile dispozitivului ortetic mecatronic, îmbrăcat de către o persoană validă, în funcție de semnalele provenite de la traductoarele de presiune (i), aplicând asupra persoanei valide, care trebuie să se redreseze într-o poziție stabilă, serii de șocuri cu intensități cu valori de slab, mijlociu și mare, după anumite direcții unghiulare echidistante, în funcție de intensitatea forței perturbatoare, reacția de redresare la dezechilibrări accidentale a persoanei valide fiind diferită, de la o simplă opunere la șocuri de intensitate slabă, la efectuarea unui pas mic, în sensul forței de intensitate mijlocie și până la efectuarea unui pas mare, în sensul forței de intensitate mare, obținându-se prin această procedură un număr de tabele de date de răspuns, specifice anumitor direcții și intensități de redresare la dezechilibrări accidentale, fiecare bază de date cuprinzând media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor unghiular absolut (i), în funcție de media valorilor indicațiilor primite de la fiecare traductor de presiune (i).
8. 8. Dispozitiv ortetic mecatronic, conform revendicărilor 6 și 7, caracterizat prin aceea că menținerea poziției ortostatice și/sau redresarea persoanei asistate la dezechilibrări accidentale sunt realizate automat de către echipamentul miniaturizat computerizat (18), prin compararea semnalelor efective provenite de la traductoarele de presiune (i) cu cele înregistrate deja în tabelele de date de răspuns, comparare în urma căreia se selectează automat setul de valori înregistrate, cel mai apropiat configurației semnalelor efective (i) și se comandă în mod adecvat actuatoarele segmentelor dispozitivului ortetic mecatronic, pentru a reduce la zero, în orice moment al deplasării, diferențele dintre valorile unghiulare efective (f) și cele prescrise, cu scopul menținerii poziției ortostatice și/sau a redresării persoanei asistate la dezechilibrările accidentale.