автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Способ и измерительно-информационная система для настройки схемы построения протеза нижней конечности

Р Г Б ОД На правах рукописи

11 СЕН 1ЯЯ*

Смирнова Людмила Михайловна

СПОСОБ И ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НАСТРОЙКИ СХЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОТЕЗА НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ

Специальность 05.11.17 - Медицинские приборы и

измерительные системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте протезирования им. Г.А.Альбрехта

Научный руководитель -

кандидат технических наук Лопатков Г.Д.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Попечителев Е.П. кандидат технических наук Клочков И.Б.

Ведущая организация -

научно-производственное предприятие "САЙМЕН"

Защита состоится 1995 г. в часов

на заседании диссертационного совета Д 063.36.09 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, г .Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан

995 г.

Ученый секретарь /и

диссертационного совета: /ТО-? Юлдашев З.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полнота реабилитации инвалидов после ампутации нижних конечностей в значительной мере зависит от избранной схемы построения протеза - взаимного расположения узлов протеза относительно друг друга. Нерациональная схема снижает устойчивость и повышает энергозатраты инвалида при ходьбе, вызывает у него болевые ощущения и даже патологические изменения в опорно-двигательном аппарате (И.П.Шуляк,1966,1971; И.Ш.Морей-нис,1962,1987; А.В.Рожков,1969,1981; Л.Г.Плотник,1966,1972; О.А.Ким, 1974,1986; Г.П.Гриценко,1974,1986; Э.А.Силантьев,1975; В.Г.Санин, 1976; Н.Н.Петрин,1979; В.Н.Новиков, 1986 и др.).

Для настройки схемы построения протеза используют такие характеристики, как, например, распределение давления по культе в приемной гильзе протеза (В.П.Чайченко и др.,1972); величина ротационного момента реакции опоры, возникающего между стопой настраиваемого протеза и опорной поверхностью при ходьбе (О.П.Заблоцкий, 1983,1984); ориентация, форма и длина траектории, являющейся проекцией на горизонтальную плоскость миграции точки приложения результирующей нагрузок, действующих при ходьбе на несущие элементы настраиваемого протеза (Д.А.Яременко и др., 1978). Однако данные способы не учитывают роль контрлатеральной конечности в компенсации погрешностей искомой схемы. Тем не менее, эта роль может быть настолько выраженной, что неучет ее значительно снизит эффективность настройки схемы протеза, например, если контрлатеральная конечность является здоровой и, следовательно, обладающей выраженной возможностью указанной компенсации.

Для решения обозначенной проблемы перспективным является анализ характеристик взаимодействия стоп с опорой при ходьбе: известных - топологии давления под стопами, последовательности и продолжительности переката через них (А.В.Саранцев,1978; И.Б.Лиси-ца, 1978; И.Ш.Морейнис, 1978; П.Н.Уваров, 1986), а также и новых.

В последнее время созданы технические средства, позволяющие провести более информативное исследование ходьбы человека и дополнить современные представления о взаимодействии стоп с опорой при ходьбе в норме и на протезах.

Т.о., для повышения качества протезирования актуальными являются; изучение особенностей взаимодействия стоп с опорой при ходьбе на протезе как следствия схемы его построения и разработка (на основе

этого изучения) способа и биотехнической измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности с учетом компенсации погрешностей схемы контрлатеральной (сохранившейся или протезированной) конечностью.

Между взаимодействием стоп с опорой и влиянием протеза на состояние протезированной конечности имеются сложные причинно-следственные связи, трудно поддающиеся детерминации. В этой связи, особенности взаимодействия стоп инвалида и опоры при ходьбе не позволяют достоверно оценить характер контакта культи с приемной гильзой протеза и, зависимое от него, состояние протезированной конечности, являющееся важным показателем качества протезирования. Поэтому разработанный способ включает объективный контроль за влиянием схемы построения протеза на состояние протезированной конечности.

Целью диссертационной работы является разработка способа и измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности с учетом компенсации погрешностей схемы контрлатеральной конечностью.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования :

1. Провести анализ существующих подходов к поиску схемы построения протезов нижних конечностей и определить основные функциональные требования к ней;

2. Разработать критерий оценки настройки схемы построения протеза на основе анализа взаимодействия стоп с опорой при ходьбе, учитывающий компенсацию погрешностей схемы контрлатеральной конечностью;

3. Разработать структуру биотехнической измерительно-информационной системы для анализа объекта "инвалид-протез" и настройки схемы построения протеза, синтезировать технический комплекс, соответствующий этой структуре;

4. Экспериментально исследовать характеристики взаимодействия стоп с опорой при ходьбе на протезах и выявить их зависимость ог схемы построения протеза и регулирующих воздействий на нее;

5. Разработать способ настройки схемы построения протеза нижней конечности на основе анализа взаимодействия стоп с опорой при ходьбе, учитывающий компенсацию погрешностей схемы контрлате-ралыюй конечностью и включающий контроль за влиянием ходьбы на протезе на состояние протезированной конечности;

6.Апробировать разработанный способ настройки схемы построения протеза, предложенную структуру биотехнической измерительно-информационной системы и технический комплекс, а также определить перспективы их использования в практике протезирования.

Методы исследований. В работе применен системный подход к анализу проблемы, кибернетические методы, аналитическое и статистическое моделирование системы "инвалид-протез", гармонический и регрессионный анализ биомеханических характеристик ходьбы и оптимальное планирование эксперимента. Для экспериментальных исследований ходьбы на протезах создан комплекс, в котором взаимосвязно использовались: вновь разработанные юстировочные устройства для изменения схемы построения протеза; впервые примененные новые отечественные компьютерные тензометрические комплексы для оценки взаимодействия стоп с опорой и анализа распределения давления по культе, испытываемого ею со стороны приемной гильзы протеза; быстродействующий инфракрасный тепловизор для контроля за влиянием ходьбы на протезе на состояние кровообращения протезированной конечности и для исследования напряженно-деформированного состояния полиуретановой стопы.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Разработан новый принцип настройки схемы построения протеза нижней конечности, позволяющий учесть вклад контрлатеральной конечности в компенсацию погрешностей схемы и влияние ходьбы на протезе на состояние протезированной конечности.

2. Разработана структура измерительно-инфомационной системы, позволяющая исследовать систему "инвалид-протез" и настраивать схему построения протеза по вновь предложенному критерию ее оценки, а также определены требования к использованию юстировоч-ных устройств и разработаны новые варианты их конструктивных решений (Авторские свидетельства СССР: N 1635983 БИ N 11, 1991г.; N 1715343 БИ N 8, 1992; Патент РФ N 1828399 БИ N 26, 1993 г.).

3. Выявлены новые зависимости между нарушением двигательной функции человека и характеристиками взаимодействия стоп с опорой при ходьбе.

4. Разработан новый критерий оценки настройки схемы построения протеза, основанный на анализе траектории центра давления стопы каждой конечности на опору.

5. Разработана классификация подходов к поиску схемы построения протеза, выявляющая взаимосвязь между функциональными требованиями к схеме и рекомендациями к ней;

6. Разработана гипотетическая модель влияния схемы построения протеза на кровообращение в протезированной конечности и предложен способ оценки этого влияния, основанный на тепловизионном методе (Авторские свидетельства N 1544419 БИ N7, 1990 г.; N 1727825 БИ N 15, 1992 г.).

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

1. Разработан новый способ настройки схемы построения протеза нижней конечности, учитывающий компенсацию погрешностей схемы сохранившейся конечностью и включающий контроль за влиянием избранной схемы на кровообращение в протезированной конечности. Этот способ позволяет повысить качество протезирования после ампутации нижних конечностей и предупредить возможность негативных последствий ходьбы на протезе на состояние опорно-двигательного аппарата инвалида;

2. Разработаны рекомендации к совершенствованию отечественных комплексов, регистрирующих взаимодействие стоп с опорой, а культи - с приемной гильзой протеза. Выполнение этих рекомендаций позволит успешнее внедрить названные комплексы в практику протезирования в составе предложенной структуры измерительно-инфома-ционной системы для настройки схемы построения протеза:

3. Разработаны варианты конструктивных решений юстировоч-ных устройств, позволяющих повысить удобство, точность и надежность коррекции схемы построения протеза; причем, юстировочные устройства для исследовательских целей могут служить также прототипом при создании устройств для автоматической настройки протеза при ходьбе.

Внедрение работы. Теоретические разработки, выполненные в процессе исследований, нашли практическое применение:

1. Разработанные критерии оценки настройки схемы построения протеза используются в Санкт-Петербургском НИИ протезирования им.Г.Л.Альбрехта для индивидуальной подгонки протезов нижних конечностей;

2. Измерительно-информационная система с предложенной структурой и соответствующий ей технический комплекс используется в Санкт-Петербургском НИИ протезирования им. Г.А.Альбрехта для

оценки н настройки схемы построения протезов инвалидам после ампутации нижних конечностей, а также для диагностики состояния пациентов со статическими деформациями стон;

3. Результаты проведенных исследований использованы Санкт-Пегербургской фирмой "ВИТ" и Калининградской ракетно-космической корпорацией "Энергия" им. С.П.Королева при совершенствовании компьютерных комплексов, предназначенных для применения в области ортопедии и протезирования.

4. Материалы диссертации использованы в 3-х плановых НИОКР, проводимых в Санкт-Петербургском НИИ протезирования им. Г.А.Альбрехта при непосредственном участии автора.

Внедрение результатов работы подтверждено соответст вующими документами.

Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, из которых 5 защищены авторскими свидетельствами на изобретения СССР и 1 - патентом РФ.

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования доложены и обсуждены: на конф. "Актуальные вопросы современного протезирования и протезостроения" (г.Ленинград, 1989г.); на семинаре Ленинградского научн. об-ва травма гологов и ортопедов (г.Ленинград , 1991 г.); на науч.-практ. конф. "Реабилитация инвалидов с нарушением двигательных функций" (г.Новокузнецк, 1991г.); на Юбилейной науч.-практ. конф."ЦНИИПП-50, СПбНИИП-75" (г.Москва, 1994г.); на 2-й Всероссийской конф. по биомеханике "Памяти Н.А.Бернштейна" (г.Нижний Новгород, 1994 г.).

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы, включающего 173 наименования, и приложения. Основная часть работы изложена на 138 страницах машинописного текста. Работа содержит 61 рисунок, 10 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель и задачи работы, перечислены примененные методы исследований, представлены основные научные и практические результаты работы, сведения об ее внедрении, публикациях и апробации.

В первой главе диссертации представлен анализ подходов к поиску схемы построения протезов нижних конечностей по данным отечественной и зарубежной литературы.

Результаты анализа систематизированы в виде классификации, демонстрирующей значительное разнообразие и даже противоположность рекомендаций к построению протеза и объясняющей это различием в расстановке приоритетов между основными функциональными требованиями к схеме при ее поиске.

Вторая глава посвящена разработке принципа настройки схемы построения протеза нижней конечности с учетом компенсации погрешностей схемы контрлатеральной конечностью и контролем за влиянием ходьбы на протезе на состояние протезированной конечности.

Разработка критерия оценки настройки схемы производилась с учетом всех выявленных основных функциональных требований к ней, что является целесообразным для большинства случаев протезирования.

Обоснована оценка настройки протеза по плавности биомеханических характеристик ходьбы, нарушение которой при ходьбе на протезе является следствием действия компенсаторных движений инвалида, направленных, в частности, на компенсацию погрешностей схемы построения протеза для поддержания равновесия, увеличивающих энергозатраты на передвижение и отрицательно сказывающихся на состоянии опорно-двигательного аппарата инвалида.

Для оценки нарушения плавности биомеханических характеристик при ходьбе на протезе по сравнению с нормальной ходьбой было проведено разложение в ряд Фурье кривых - составляющих RXi Ry, Rz

реакции опоры R под стопами, записанных осциллографом: А

/1х,у,г/'> = + (Ajc Cos 2llkt 4-Кк Sin 2пк t) к=1

где: Л(, - аргумент в долях секунды; h - номер максимальной гармоники; 4/, Л 2. ... , А/, и В/, В2, ... , В/, - коэффициенты Фурье, соот венпвенно, для косинусов и для синусов.

Ксли количество значимых гармоник для каждой кривой при ходьбе » норме свелось к 4-6 с точностью, определяемой точностью аппаратуры, то для ходьбы на протезах оно достигло 7-8 для протезиро-

ванной конечности и 9-11 для сохранившейся. Эти результаты показывают также, что в условиях нарушенных прямой и обратной связей в системе "инвалид-протез", вследствие ампутации нижней конечности, формирование компенсаторных движений происходит в период опоры как на протезированную конечность, так и, еще более активно, на сохранившуюся, обладающую большими возможностями регулирования процесса ходьбы. Поэтому настройку схемы построения протеза предложено оценивать по степени нарушения плавности биомеханических характеристик ходьбы как протезированной, так и сохранившейся конечности. Если производится настройка одного из протезов после ампутации обеих конечностей, то также необходимо учитывать характеристики контрлатеральной конечности, т.к., даже будучи протезированной, она может включаться в компенсацию погрешностей схемы настраиваемого протеза.

Обосновано положение, что устойчивость ходьбы инвалида и его энергозатраты на передвижение могут быть сравнительно оценены по характеристикам взаимодействия стоп с опорой, в частности по траектории центра давления каждой стопы на опору, являющейся интегральной характеристикой топологии давления под стопой и последовательности включения ее в опору. Т.о., теоретически определен критерий оценки настройки схемы построения протеза - траектория центра давления под каждой из стоп, характеризуемая плавностью, длиной в направлении движения инвалида и близостью расположения ее к продольной оси стопы. Наилучшей схеме соответствуют максимальные значения перечисленных характеристик.

Для облегчения работы оператора измерительно-информационной системы, а также повышения точности и объективности оценки качества настройки схемы предложены способы формализованной оценки траектории центра давления стоп на опору, в частности, по величине Q. явля-)ункцией 3-х, указанных выше, характеристик этой траектории: П_ П

ющеися 1

е=— 2

где У -

£

¿ч I

О2. Л * .V;

Г

С'ор1.

(Укд-Унл) Окп-Лт)

координатная ось, совпадающая с направлением движения инвалида; 5-длина траектории; О,- площади участков, заключенных между

траекторией центра давления, продольной осью стопы и перпендикулярами, опущенными из ее концов к продольной оси стопы

("+" для участков, расположенных латеральнее продольной оси стопы, "-" - медиальнее ее); индексы (л),(п),(н),(к) обозначают, соответственно, левую или правую стопу, начало или конец траектории.

Оценка медио-латеральной устойчивости инвалида может быть

произведена по величине Х>-=2Г£,/; Д. ont - 0.

M г '

Для настройки схемы по величинам Q и ^необходимо проведение нового научного исследования, связанного с оценкой параметров уравнения для их вычисления и требующего привлечения дополнительных технических средств и доработки измерительного комплекса в части автоматизации определения продольной оси стопы в статике и ориентации ее в пространстве при динамике, что составляет предмет отдельного научного исследования. Оценка расположения траектории центра давления стопы на опору относительно продольной оси стопы производилась визуально сопоставлением указанной траектории и топологии давления под стопой. Поэтому для приближенной оценки

настройки схемы построения протеза была использована величина Т) , физический смысл которой - плавность траектории центра давления стопы на опору:

1 1 (Уж-Уяп) (У пк 'У тО

где: У, X - координатные оси, проходящие, соответственно, в сагиттальной и во фронтальной плоскостях; Ул(х), У„(х) - функция центра давления каждой стопы на опору.

Об улучшении настройки схемы будет свидетельствовать приближение 1] к I (вследствие повышения плавности траектории центра давления ), а й и к О ( вследствие повышения плавности траектории, увеличения ее длины в направлении движения и приближения ее к продольной оси стопы).

Рассмотрена также возможность автоматизированной оценки характеристик траектории центра давления стопы на опору некоторыми другими способами.

Выраженная индивидуальность и многосвязность иерархической системы регулирования, обеспечивающей биомеханический гомеопат человека, делают анализ состояния системы "инвалид-протез"

чрезвычайно трудным. Поэтому разработанные алгоритмы настройки основаны на функциональном описании этой системы по принципу "черного ящика", т.е. статистически определенными зависимостями между схемой построения протеза и критериями оценки ее настройки. Для обобщенной системы "инвалид-протез" зависимости выражены в вербальной (словесной) форме, а для индивидуальной системы (конкретного инвалида и протеза) - как в вербальной, так и в алгебраической - в виде уравнения регрессии, учитывающего степень влияния каждого из входных факторов (параметров установок в юстировочных устройствах) на выходной (выбранный критерий оценки настройки схемы построения протеза). Анализ коэффициентов уравнения регрессии помогает наметить серию экспериментов, соответствующих движению в направлении к оптимуму критерия настройки схемы.

Т.к. ходьба на протезах сопряжена с физическими трудностями и психическим дискомфортом инвалида, в алгоритмах настройки схемы использовано оптимальное планирование с реализацией дробного многофакторного эксперимента для локального описания поверхности отклика системы "инвалид-протез" на изменение схемы протеза. Это позволило снизить количество необходимых экспериментов.

Обосновано, что для оценки влияния избранной схемы протеза на состояние протезированной конечности при ходьбе целесообразен совместный анализ термореакции кожных покровов культи и распределения давления по ней. По результатам совместной работы с лабораторией Ленинградского государственного университета разработана гипотетическая модель^ свидетельствующая о значительном участии костной ткани в кровообращении протезированной конечности. В соответствии с ней, увеличение интенсивности периодической осевой нагрузки на протезированную конечность, достигнутое настройкой схемы построения протеза, позволяет улучшить кровообращение в протезированной конечности за счет активизации участия в нем не только мягких тканей культи, как считалось до сих пор, но и костной ткани протезированной конечности.

Третья глава посвящена разработке структуры биотехнической измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза (Рис.1) и синтезу соответствующего ей технического комплекса. Эта структура устанавливает взаимосвязи между системами "инвалид - протез", "технический комплекс", "окружающая среда",

- .

Ч-' с ~

—......' -..^у .....

Рис.1. Структура биотехнической измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности.

и

"оператор", анализ которых позволяет учесть роль компенсации погрешностей схемы протеза сохранившейся конечностью и оценить влияние искомой схемы на состояние кровообращения в культе.

Для исследования взаимодействия стоп с опорой в норме и при нарушении двигательной функции человека впервые использованы отечественные ортопедические компьютерные комплексы с измерительными элементами в пиде пластин (с матрицей тензодатчиков), устанавливаемых на пол на пути движения пациента. Применяемое оборудование и программное обеспечение позволили более точно и информативно исследовать традиционные в протезировании характеристики ходьбы (топологию максимального за шаг давления под стопами, последовательность нагружеиия стоп) и новые (изменение во времени давления под различными участками стоп, траекторию центра давления стопы на опору).

Представлено обоснование требований к расположению, количеству и конструкции юстировочных устройств. Предложены варианты конструктивных решений и изготовлены по ним котировочные устройства для удобной, точной н не зависимой в двух плоскостях регулировки схемы: для исследовательских целей (с червячными и винтовыми передачами) и для постоянного использования в протезах.

Для контроля за влиянием ходьбы на протезе на состояние опорно-двигательного аппарата инвалида обосновано совместное использование цветного быстродействующего тепловизора, а также компьютерного комплекса с тензодатчиками и модулями из них, устанавливаемыми между приемной гильзой и культей.

В четвертой главе изложен анализ результатов экспериментального исследования объекта "инвалид-протез".

Исследования показали, что при нарушении двигательной функции человека (например, вследствие статической деформации стоп, а тем более - после ампутации нижней конечности) нарушается плавность биомеханических характеристик ходьбы: траектории центра давления под стопами, последовательности включения стоп в опору и изменения давления под стопами. При ходьбе на протезах эти нарушения особенно выражены для сохранившейся конечности (Рис.2).

Экспериментально подтвержден теоретически обоснованный новый критерий оценки настройки схемы построения протеза - траектория центра давления каждой стопы на опору, а также уточнены известные

критерии настройки схемы (топология максимального за шаг давления под стопами, последовательность нагружения стоп, площадь контакта стоп с опорой.

Выявлены зависимости перечисленных характеристик

взаимодействия стоп с опорой, а также топологии давления под стопами от особенностей (в том числе погрешностей) схемы построения протеза, а также от регулирующих воздействий на нее. Определено, что эти зависимости, представленные в работе в вербальной форме, целесообразно использовать для сравнительной оценки схем, именно, одного и того же протеза при ходьбе на нем одного и того же инвалида, в связи с тем, что характеристики взаимодействия стоп с опорой и их чувствительность к изменению схемы построения протеза зависят от степени нарушения двигательной функции инвалида, функциональности узлов протеза и других факторов.

Рис.2. Траектории центра давления под стопами, изменение давления под стопами и распределение максимального за шаг давления при ходьбе на протезе левой голени с низким качеством настройки схемы ( стрелкой указано направление движения ) : а - протез; б - сохранившаяся конечность.

«

Совместно с кафедрой теории упругости и пластичности Ленинградского государственного университета проведены теиловизионные исследования и расчет напряженно-деформированного состояния искусственной полиуретановой стопы при ходьбе и стендовых испытаниях. Сопоставление полученных результатов с анализом характеристик взаимодействия стоп с опорой позволило сделать нетрадиционный вывод о том, что именно при рациональной настройке протеза во фронтальной плоскости наблюдаются наибольшие разрушающие напряжения в искусственной стопе.

Органолепгическая субъективная оценка ходьбы протезистом и самим инвалидом и аппаратурная оценка распределения давления по культе и термореакции ее кожных покровов показали, что разработанный способ настройки протеза (в частности, с использованием величины 7] ), не только позволяет повысить устойчивость походки инвалида, снизить энергозатраты на ходьбу, но и улучшить кровообращение в протезированной конечности, как за счет перераспределения между нижними конечностями времени опоры на них - в виде увеличения од-ноопорного периода протезированной конечности, так и вследствие рационального нагружения мягких и костной тканей культи.

В работе обосновано, что для успешного внедрения разработанного способа настройки протеза в практику протезирования целесообразно модернизировать технический комплекс, в частности, в аспектах: автоматизации функционирования юстировочных устройств и обработки информации о взаимодействии стоп инвалида с опорой и с приемной гильзой протеза; обеспечения возможности накопления в базе данных как вычисленных значений критериев оценки настройки схемы, так и характеристик системы "инвалид-протез" (особенностей протеза, данных о состоянии двигательной функции инвалида, субъективной оценки ходьбы самим инвалидом и протезистом и др.): статистической обработки информации, накопленной в базе данных; разработки прикладных диагностических программ.

ВЫВОДЫ

1. Для большинства инвалидов при настройке схемы построения протеза целесообразно компромиссно учитывать антагонистичные функциональные требования к ней: во фронтальной плоскости уго -повышение латеральной устойчивости и минимизация энергозатрат

при опоре на протез; в сагиттальной - повышение подкосоустойчивости протеза и минимизация энергозатрат в фазу переноса его над опорой.

2. Критерием оценки настройки схемы построения протеза, позволяющим оценить устойчивость и энергозатраты инвалида при ходьбе, а также учесть компенсацию погрешностей схемы контрлатеральной конечностью, является траектория центра давления каждой стопы на опору, характеризуемая плавностью, близостью расположения к продольной оси сгопы и длиной в направлении движения инвалида. Оптимальной, настройке схемы соответствуют максимальные значения этих характеристик, а также максимальные: плавность нагружения стоп, симметричность распределения максимального за шаг давления под задней частью искусственной стопы относительно продольной оси этой стопы, площадь контакта искусственной стопы с опорой.

3. Структура биотехнической измерительно-информационной системы для настройки схемы построения протеза нижней конечности должна позволять учитывать роль контрлатеральной конечности в компенсации погрешностей искомой схемы в условиях нарушенной прямой и обратной связи в опорно-двигательной системе инвалида вследствие ампутации конечности, а также обеспечивать контроль за влиянием избранной схемы на состояние протезированной конечности. Этим требованиям соответствует предложенная структура биотехнической системы, техническая часть которой включает комплексы: тен-зометрический - с размещенными на полу измерительными элементами - для анализа динамического взаимодействия с опорой обеих конечностей инвалида; тензометрический - с измерительными элемента-ми, устанавливаемыми между культей и приемной гильзой протеза - для оценки характера взаимодействия между ними; быстродействующий тепловизионный - для оценки термореакции кожных покровов культи; а также юстировочные устройства для коррекции схемы протеза.

4. Особенности схемы построения протеза, а также регулирующие воздействия, оказываемые на нее, влияют на характеристики взаимодействия с опорой не только настраиваемого протеза, но и контрлатеральной конечности, особенно если она является здоровой. Выявленные зависимости между схемой построения протеза и характеристиками взаимодействия стоп с опорой позволяют определить вид необходимых регулирующих воздействий на схему при ее настройке.

5. Разработанный способ настройки схемы построения протеза учитывает компенсацию погрешностей схемы сохранившейся конеч-

ностъю, позволяет повысить устойчивость инвалида при ходьбе, минимизировать энергозатраты на ходьбу и улучшить влияние ходьбы на протезе на состояние опорно-двигательного аппарата инвалида за счет увеличения длительности одноопорной фазы шага для протезированной конечности и достижения рационального нагружения культи, способствующих снижению интенсивности нагрузки на сохранившуюся конечность и активизации участия мягких и костной тканей культи в кровообращении протезированной конечности.

6. Разработанный способ настройки схемы построения протеза, основанный на анализе взаимодействия стоп с опорой, может эффективно использоваться в практике протезирования нижних конечностей после доработки технического комплекса, в частности, в аспектах полуавтоматизации изменения схемы построения протеза котировочными устройствами и автоматизации вычисления критерия оценки настройки схемы и рассчета рекомендуемых воздействий на нее.

ПУБЛИКАЦИИ ПО РАБОТЕ:

1. Заблоцкий О.П., Смирнова Л.М. Методы и средства коррекции схемы сборки лечебно-тренировочных прогезов//Науч.практ.конф., посвящ. 70-летию ЛНИИП "Актуальные вопросы современного протезостроения": Тез. докл. .-Л.,1989 .-С.46-47.

2. Смирнова Л.М., Лопатков Г.Д. Схемы построения протезов нижних конечностей II Социальное обеспечение: Обзорная информация.-М.,1990.- Вып.7. - 28 с.

3. A.C. 1544419, СССР, МКИ А 61 F 2/76, 2/60, Способ индивидуальной подгонки протезов / Л.М.Смирнова, А.А.Козлов ИА (СССР) / N 4384911/29-14, заявл.29.12.87, опубл.23.02.90, Бюлл.Ы 7 .

4. Зимин Б.А., Смирнова Л.М., Козлов A.A., Прохорова Л.Б. Тепловые явления, возникающие при разрушении полиуретанов, используемых в протезостроении: Всесоюзный симпозиум по механике разрушения,- Житомир, 1990.-Ч.З.-С.46-47.

5. Смирнова Л.М., Козлов A.A., Янковский В.М., Рожков A.B. Оценка качества подгонки приемных гильз протезов голени телловлзнонным способом // Ортопедия, травматология и протезирование.- 1990.- N 9,- С. 14-16.

6. Козлов A.A., Дудников В.А., Зимин Б.А., Смирнова Л.М. Исследование напряженно-деформированного состояния протезов стоп при движении инвалида в сагиттальной плоскости // Протезирование и протезостроение: Сб.трудов ЦНИИПП.- М.,1991.- Вып.90.- С.88-95.

7. Зимин Б.А., Смирнова Л.М. Исследование процессов теплообразования при деформировании микроячеистых полиуретанов // Вестник СПбГУ, серия: математика, механика, астрономия.- СПб., 1991,- Деп. в ВИНИТИ 30.10.91, N 4162-В 91.-17 с.

8. Шахарова Г.Г., Смирнова Л.М., Зимин Б.А. Методы исследования периферического кровообращения и их использование у больных в процессе протезирования нижних конечностей. Социальное обеспечение // Протезирование и протезостроение: Обзорная информация.-М.,1991.- Вып.3.-28 с.

9. A.C. 1690740, СССР, МКИ А 61 F 2/76, Способ определения зон концентрации напряжений в протезно-ортопедическом изделии / А.А.Козлов, Л.М.Смирнова, Б.А.Зимин, Е.В.Байков ИА (СССР) / N 4728538/14, заявл. 14.06.90, опубл. 15.11.91, Бюлл.42.

Ю.Смирнова Л.М., Зимин Б.А., Рожков A.B., Третьяков О.Г. Особенности поиска индивидуальной схемы построения протезов нижних конечностей для детей. Республиканская науч.-практ. конф. "Реабилитация инвалидов с нарушением двигательных функций". Тез. докл.-Новокузнецк, 1991.-С. 135.

11. A.C. 1635983, СССР, МКИ А 61 F 2/66, Юстировочное устройство /Л.М.Смирнова, О.П.Заблоцкий, Г.Д.Лопатков ИА (СССР) / N 4663357/14, заявл.20.03.89, опубл.23.03.91, Бюлл.Ы 11.

12. Смирнова Л.М., Козлов A.A., Янковский В.М., Рожков A.B. Тепловизионное исследование культи для оценки качества протезирования // Вестник хирургии.-1991 .- N 3.- С. 156.

13. A.C. 1715343, СССР, МКИ 5A6IF2/66, Юстировочное устройство для протеза нижней конечности/ Л.М.Смирнова, А.А.Козлов, Г.Д.Лопатков ИА (СССР)/N 4664136/14, заявл.20.03.89, опубл.28.02.92, Бюлл.Ы 8.

14. A.C. 1727825, СССР, МКИ А 61 F 2/76, F 5/00, Способ подгонки приемной гильзы протеза для опороспособной культи нижней конечности / Л.М.Смирнова, А.А.Козлов, В.М.Янковский, В.Г.Сусляев ИА (СССР ) / N 4828049/14, заявл.06.04.90, опубл. 23.04.92, Бюлл.Ы 15.

15. Патент N 1828399 РФ, МКИ 5A61F2/66, Юстировочное устройство / Г.Д. Лопатков , Л.М.Смирнова ИА (РФ) / N4899085 / 14, заявл. 16.11.90, опубл. 15.07.93, Бюлл. N 26.

16. Рожков A.B., Смирнова Л.М., Зимин Б.А. К вопросу о роли костной ткани в кровообращении ампутационной культи нижней конечности // Науч.-практ.конф. "Восстановительное лечение и медицинская реабилитация": Тез. докл. - Новокузнецк,в1993.-С.99-102.

17. Смирнова Л.М., Кудрявцев В.А., Козлов Д.И. Оценка функции стопы после хирургического обеспечения по поводу распластанности

отдела стопы и Hhallux valgus // Науч.-практ. конф."Восстановительное лечение и медицинская реабилитация": Тез.докл. - Новокузнецк, 1993. -С.65 - 68.

18. Смирнова Л.М., Кудрявцев В.А., Козлов Д.И. Оценка взаимодействия стопы с опорой при распластанное™ переднего отдела и валыусной деформации первого пальца // Травматология и ортопедия России.-СПб.,1994.-]Ч1.- С.79-84.

19. Смирнова Л.М., Кудрявцев В.А., Минченко Н.Л. Использование компьютерного комплекса для оценки коррегирующего влияния ортопедических изделий при распластанности переднего отдела стопы и вальгусной деформации 1-го пальца // Юбилейная науч.-практ. конф. "ЦНИИПП - 50, СПбНИИП - 75": Тез.докл.- М., 1994.-С.76.

20. Зимин Б.А., Смирнова Л.М., Рожков А.В. О механизме отрицательной обратной связи в процессе деформации костной ткани // Вестник СПбГУ, серия: математика, механика, астрономия.-СПб., 1994.- Деп. ВИНИТИ 10.02.1994 ,N 355-В94.-10 с.

21. Смирнова Л.М. Классификация основных подходов к разработке схемы построения протеза нижней конечности // Юбил.науч,-практ.конф."ЦНИИПП-50,СПбНИИП-75":Тез.докл.-М., 1994,- С.32.

22. Смирнова Л.М. Особенности взаимодействия стоп с опорой при ходьбе на протезе как следствие схемы его построения // Юбилейная науч.-практ. конф. "ЦНИИПП-50, СПбНИИП-75": Тез.докл.-М., 1994,- С.ЗЗ.

23. Смирнова Л.М., Зимин Б.А. Гармонический анализ биомеханических характеристик ходьбы в норме и на протезах // 2-я Всероссийская конф. по биомеханике, посвящ. памяти Н.А.Бернштейна: Тез. докл.-Н.Новгород, 1994.-Т.I.-С. 173.

24. Лопатков Г.Д., Смирнова Л.М. Регулировочно-соединительный модуль протезов нижних конечностей для детей // Юбилейная науч.-практ. конф. "ЦНИИПП - 50, СПбНИИП -75": Тез.докл.- М„ 1994.- С.22.

25. Smirnova L.M. Kudriavzev V.A. F.stimation effect at reestablishnient move function of patients with patology of lower extremities // Abstracts 5th European Congress on Research ill Rehabilitation. Helsinki, Finland, 28 May-1 June, I995.P.208. .

Благодарю канд. техн. наук Ю-.Ж.Саулгозиса (г.Рига: Латвийский НИИ травматологии и ортопедии) за консультативную и организационную помощь при исследовании аспектов биомеханики костной ткани и канд. гехн. наук А.Г.Савельева

(г.Санкт-Петербург) за поиск истины в научных спорах.