Вы здесь

Аппарат восстановления суставов

Аппарат восстановления суставов
Задача: 
Воссоздать исходную конструкцию, а также исправить предыдущие ошибки и расширить диапазон регулировок.

В заре советской эпохи у медиков была одна замечательная незавершенная разработка аппаратов для лечения повреждений суставов. Идея заключалась в следующем – при повреждении сустава специальный аппарат фиксирует две части сустава, место повреждения обрабатывается специальными составами и лекарствами, а далее путем несложных действий (вращением резьбы) аппарат задает положение сустава – фиксирует сустав на определенный угол. Применение этой методики способствует ускоренному заживлению и полноценному восстановлению поврежденного сустава. Работы по данной тематике проводились в восьмидесятые и девяностые годы довольно успешно на пациентах различной степени тяжести. По итогам было защищено несколько кандидатских и докторских работ, но сам аппарат в серийное производство так и не пошел. Возможно, не было средств на развитие тематики.

Общая конструкция аппарата

Общая конструкция аппарата

 

Время не стояло на месте, со временем появились аналогичные устройства производства европейских, израильских и американских компаний. В целом они повторяли функционал. Некоторые образцы имели довольно элегантный дизайн. В конце нулевых годов было принято решение возобновить данные разработки. Новый аппарат на первых этапах должен был воссоздать исходную конструкцию, а также исправить предыдущие ошибки и расширить диапазон регулировок. В дальнейшем предполагается также придание более эстетичного внешнего вида и последующие доработки по результатам испытаний.

Общий вид аппарата

Общий вид аппарата

 

Аппарат устанавливается следующим образом: сначала в нужных местах просверливаются отверстия (сквозь кости специальным сверлом), после чего вводятся спицы, которые и являются опорой аппарата на руке, ноге или пальце. Важно, чтобы аппарат не взаимодействовал с органами человека и был достаточно прочным и легким. В связи с этим практически все его детали изготавливаются из титановых сплавов. Сами детали, как видно из рисунков, довольно технологичны и представляют собой весьма простые формы прутков, шайб, гаек. За исключением коромысла и оси, форма которых продиктована необходимостью уместить в себе шарнирное соединение. Соответственно на этапе производства опытных образцов она будет оптимизирована в пользу упрощения общего вида для удешевления производства первых образцов без необходимости изготовления дополнительной оснастки – чтобы при производстве можно было обойтись исключительно токарными и фрезерными операциями.

Общий вид воссозданной математической модели аппарата

Общий вид воссозданной математической модели аппарата

 

В результате работы проведен реверс-инжиниринг данной конструкции и ряда других, для получения конструкторской документации под опытное производство и проведение последующих доработок. В результате работы устранены некоторые первоначальные ошибки и увеличен диапазон регулировок.

Компоновка аппарата на модели руки

Компоновка аппарата на модели руки

 

Для отработки взаимодействия аппарата со скелетом взрослого человека была закуплена анатомическая математическая модель руки, которая в последующем была раздроблена математически на отдельные кости. Для каждой из костей были введены степени свободы, приблизительно описывающие их вращение вдоль одной из плоскостей (это допущение, так как мы понимаем, что суставы имеют несколько степеней свободы, однако это сопряжено с дополнительными сложностями и ограничениями пакетов математического моделирования). Для первоначальной оценки диапазонов вращения оказалось достаточно.

Аппарат на параметрической модели кисти руки.

Аппарат на параметрической модели кисти руки.

 

Аппарат на параметрической модели руки

Аппарат на параметрической модели руки

 

В результате создана близкая к анатомической подвижная модель кистевого сустава с возможностью наложения данного аппарата для восстановления суставов на отдельные части для отработки соединений. Разработан комплект РКД для опытного производства.

Аппарат в наложении на модель руки

Аппарат в наложении на модель руки

 

В заключение хотим добавить, что нам очень приятно реанимировать замечательные советские инженерные проекты, как аппарат восстановления суставов, и вдыхать в них новую жизнь.  

Аппарат на руке сбоку

Аппарат на руке сбоку

 

Также смотрите видеоанимацию процесса сборки и разборки этого аппарата и еще одной модели: 

Алексей Карфидов 16