УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЬЮТЕРОМ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА С ОГРАНИЧЕННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ Российский патент 2009 года по МПК A61F4/00 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для людей с параличами верхних и нижних конечностей, а также для людей, род занятий которых ограничивает использование рук.

Люди с параличами верхних и нижних конечностей (тетраплегией) не могут выполнять никаких действий руками. При высоком поражении спинного мозга перестают функционировать скелетные мышцы. Функционируют лишь группы челюстно-лицевых мышц и языка, так как они иннервируются черепными нервами. Кроме того, при использовании компьютера в некоторых случаях использование рук или затруднительно, или невозможно, или недостаточно, например при одновременной подаче нескольких команд.

Суть проблемы заключается в том, что для ввода координат, например для перемещения курсора, устройство, размещаемое во рту, должно быть герметичным и легко управляться при помощи языка.

Известны устройства дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, содержащие координатное приспособление, с возможностью размещения последнего в ротовой полости человека, и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (US 5460186 А, 24.10.1995 и WO 03/013402 A1, 20.02.2003).

Известные устройства позволяют дистанционно управлять компьютером путем действия мышц языка на джойстик, однако координатное приспособление в этих конструкциях выполнено без учета особенностей управления языком, а блок обработки сигналов размещают вне ротовой полости. Кроме того, устройства выполнены без учета индивидуальных особенностей ротовой полости пациента и особенностей управления языком. При этом передние зубы не могут участвовать в работе, поскольку зубы удерживают внешнюю конструкцию (блок обработки сигналов), а челюстно-лицевые мышцы постоянно напряжены. Наряду с этим устройство сложно в изготовлении из-за множества рабочих элементов, связанных друг с другом кинематически.

Известно также устройство дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, содержащее координатное приспособление и блок обработки сигналов, электрически связанный с координатным приспособлением (RU 2245692 С2, 10.02.2005).

Устройство по патенту RU 2245692 хотя и обеспечивает эффективное управление компьютером с помощью челюстно-лицевых мышц, мышц языка и зубов, технологичнее и более удобно в эксплуатации, чем известные из US 5460186 и WO 03/013402, поскольку выполнено с возможностью размещения его в ротовой полости целиком, однако оно выполнено строго с учетом индивидуальных особенностей строения ротовой полости конкретного человека.

Известно также устройство дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями (прототип), выполненное с возможностью его размещения в ротовой полости и содержащее, как и заявленное, электрически связанные блок питания, координатное приспособление, блок обработки сигналов, передатчик с антенной и приемник (RU 2269325 С1, 10.02.2006).

К недостаткам прототипа можно отнести следующее. 1) Не учитываются реакции слизистой оболочки на нахождение в ротовой полости инородного тела (устройства), что вызывает обильное слюноотделение. 2) При механическом раздражении слизистой оболочки неба и языка вырабатывается густая слизь, которая препятствует жесткому сцеплению языка с поверхностью манипулятора, что делает управление языком весьма затруднительным и утомительным для пользователя. 3) Устройство не технологично, поскольку имеет мелкие металлические детали и трудоемко в сборке. 4) Известное устройство не долговечно и не надежно, поскольку происходит интенсивный механический износ трущихся деталей. 5) Относительно высокая цена устройства. 6) В известном устройстве отсутствует возможность нажатия кнопки условной «мыши» языком, что делает невозможным использование устройства при отсутствии зубов у пользователя или при неправильном прикусе.

Таким образом, актуальная задача состоит в разработке устройства, позволяющего с помощью языка эффективно управлять компьютером, устройства, удобного в эксплуатации при размещении в ротовой полости человека, при этом подходящего для всех пользователей с различными антропометрическим данными. Кроме того, устройство должно быть компактным, легким, надежным и не травматичным для слизистой ротовой полости и языка.

Следовательно, технический результат, который достигается при использовании предлагаемого технического решения, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, а также в упрощении и удешевлении технологии изготовления устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, выполненного с возможностью размещения в ротовой полости и содержащего электрически связанные координатное приспособление и блок обработки и передачи сигналов, согласно изобретению координатное приспособление выполнено в форме полого, герметичного, тонкостенного диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, толщина стенки которой меньше, чем толщина стенок остальной конструкции диска. Верхняя часть диска имеет вогнутую сферическую поверхность, а нижняя часть диска имеет плоскую поверхность. С внешней стороны вогнутая сферическая поверхность диска имеет гладкую и глянцевую поверхность. Верхняя и нижняя части в центре диска соединены перемычкой. В центре диска верхняя часть имеет тактильный выступ, а нижняя часть имеет нижний выступ. На внутренней поверхности верхней части диска нанесен резистивный слой, а на внутренней поверхности нижней части диска имеются контактные линии, соединенные проводниками с блоком обработки и передачи сигналов. Блок обработки и передачи сигналов заключен в корпус, выполненный в форме прямого полого цилиндра, имеющего дно. Цилиндр установлен соосно диску дном вниз и примыкает верхним торцом к плоской поверхности нижней части диска, образуя герметичную полость. Блок обработки и передачи сигналов имеет контакты, размещенные под нижним выступом.

Кроме того, устройство может быть заключено во влагонепроницаемую химически устойчивую эластичную оболочку, конфигурация которой повторяет внешние контуры устройства.

Предусмотрено, что внутренняя герметичная полость диска может быть заполнена рабочей средой.

Рекомендуется в качестве рабочей среды использовать диэлектрическую жидкость или газ.

Наряду с этим, блок обработки и передачи сигналов может состоять из модуля оцифровки данных, беспроводного передатчика с антенной и блока питания.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями (исходное положение - контактные линии разомкнуты).

На фиг.2 представлена принципиальная схема устройства дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями (рабочее положение - контактные линии замкнуты резистивным слоем).

На фиг.3 показано размещение и фиксация устройства в ротовой полости человека.

Устройство дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, выполненное с возможностью размещения его в ротовой полости человека, содержит электрически связанные координатное приспособление, управляющее курсором компьютера и левой или правой кнопкой условной мыши, и блок обработки и передачи сигналов. При этом координатное приспособление выполнено в форме полого, герметичного, тонкостенного диска (1) с закругленной по радиусу внешней кромкой (2), толщина стенки которой меньше, чем толщина стенок остальной конструкции диска. Верхняя часть (3) диска имеет вогнутую сферическую поверхность, а нижняя часть (4) диска имеет плоскую поверхность. С внешней стороны вогнутая сферическая поверхность диска имеет гладкую и глянцевую поверхность. Верхняя и нижняя части (3, 4) в центре диска соединены перемычкой (5). В центре диска верхняя часть имеет тактильный выступ (6), а нижняя часть имеет нижний выступ (7). На внутренней поверхности верхней части диска нанесен резистивный слой (8), на внутренней поверхности нижней части диска имеются контактные линии (9), соединенные проводниками с блоком обработки и передачи сигналов. Блок обработки и передачи сигналов заключен в корпус (10), выполненный в форме прямого полого цилиндра, имеющего дно. Цилиндр установлен соосно диску (1) дном вниз и примыкает верхним торцом к плоской поверхности нижней части (4) диска, образуя герметичную полость. Блок обработки и передачи сигналов имеет контакты (11), размещенные под нижним выступом (7). Устройство заключено во влагонепроницаемую химическиустойчивую эластичную оболочку, конфигурация которой повторяет внешние контуры устройства. Внутренняя герметичная полость диска заполнена рабочей средой, в качестве которой используется диэлектрическая жидкость или газ. Блок обработки и передачи сигналов состоит из модуля оцифровки данных (12), беспроводного передатчика (13) с антенной (14) и блока питания (15).

Устройство работает следующим образом.

Устройство размещают в ротовой полости корпусом (10) обработки и передачи сигналов к твердому небу (фиг.3), а сферической поверхностью диска в сторону языка. Устройство фиксируют липкой и эластичной массой (16). В исходном состоянии (фиг.1) верхняя часть (3) диска удерживается перемычкой (5) в положении, при котором рабочая среда (газ или диэлектрическая жидкость), заполняющая внутреннюю полость диска, равномерно распределена в объеме, и контактные линии (9) не замыкаются резистивным слоем (8) ни с одной из сторон диска. В этом случае электрический сигнал не поступает и курсор не перемещается.

Далее кончик языка позиционируют в центре на вогнутой сферической поверхности, тактильным ориентиром при этом служит тактильный выступ (6). Затем в зависимости от выбранного направления перемещения курсора прижимают вогнутую сферическую поверхность (фиг.2) от центра вверх, вниз, влево, вправо или по сложной траектории, при этом гладкая и глянцевая вогнутая сферическая поверхность диска хорошо смачивается слюной и позволяет легко скользить по поверхности. Закругленная по радиусу внешняя кромка (2) диска позволяет тактильно определять край вогнутой сферической поверхности и не травмировать слизистую поверхность языка при длительном использовании устройства. Тонкостенная внешняя кромка (2) диска (1) легко деформируется и не препятствует нажатию языка на вогнутую сферическую поверхность.

Итак, при прижатии края вогнутой сферической поверхности в выбранном направлении, вогнутая сферическая поверхность за счет эластичности деформируется, и резистивный слой (8) замыкает контактные линии (9) от центра к периферии. При усилении нажатия увеличивается количество замкнутых контактных линий, суммарное сопротивление уменьшается и тем самым увеличивается скорость перемещения курсора. При прижатии сферической поверхности с другой стороны она деформируется в сторону нажатия, вытесняя рабочую среду (диэлектрическая жидкость или газ) в противоположную сторону. Рабочая среда, вытесняемая при этом, расширяет пространство, заключенное между верхней частью (3) и нижней частью (4) диска, и размыкает ранее замкнутые контактные линии. Таким образом, нажимая в разных направлениях с разным усилием, можно перемещать курсор в различных направлениях с разной скоростью.

При необходимости использовать левую или правую кнопки условной «мыши» - кончиком языка нажимают в центре вогнутой сферической поверхности (фиг.2), в результате чего плоская поверхность нижней части (4) диска продавливается и нижний выступ (7) замыкает контакты (11). При этом не происходит замыкание контактных линий (9) резистивным слоем (8), чем достигается точное нажатие в выбранной точке. После прекращения нажатия плоская поверхность нижней части (4) диска, за счет эластичности, возвращается в исходную позицию и контакты (11) размыкаются. При необходимости осуществлять "захват и перемещение объекта " кончиком языка позиционируют курсор на выбранном объекте, нажимают в центре сферической поверхности и, удерживая в нажатом состоянии центральную часть, спинкой языка или боковыми поверхностями прижимают край вогнутой сферической поверхности в нужном направлении с силой, необходимой для придания перемещению определенной скорости. Сигналы от координатного приспособления и блока обработки и передачи сигналов передаются по радиоэфиру на приемник, соединенный с компьютером.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для людей с параличами верхних и нижних конечностей. Устройство дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, выполненное с возможностью размещения его в ротовой полости человека, содержит электрически связанные координатное приспособление и блок обработки и передачи сигналов. Координатное приспособление выполнено в форме полого, герметичного, тонкостенного диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, толщина стенки которой меньше, чем толщина стенок остальной конструкции диска. Верхняя часть диска имеет вогнутую сферическую поверхность, а нижняя часть диска имеет плоскую поверхность. С внешней стороны вогнутая сферическая поверхность диска имеет гладкую и глянцевую поверхность. Верхняя и нижняя части в центре диска соединены перемычкой. В центре диска верхняя часть имеет тактильный выступ, а нижняя часть имеет нижний выступ. На внутренней поверхности верхней части диска нанесен резистивный слой, на внутренней поверхности нижней части диска имеются контактные линии, соединенные проводниками с блоком обработки и передачи сигналов. Блок обработки и передачи сигналов заключен в корпус, выполненный в форме прямого полого цилиндра, имеющего дно. Цилиндр установлен соосно диску дном вниз и примыкает верхним торцом к плоской поверхности нижней части диска, образуя герметичную полость. Блок обработки и передачи сигналов имеет контакты, размещенные под нижним выступом. Устройство имеет улучшенные эксплуатауионные характеристики: оно удобно в эксплуатации при размещении его в ротовой полости человека и обеспечивает эффективное дистанционное управление компьютером. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство дистанционного управления компьютером для человека с ограниченными физическими возможностями, выполненное с возможностью размещения в ротовой полости и содержащее электрически связанные координатное приспособление и блок обработки и передачи сигналов, отличающееся тем, что координатное приспособление выполнено в форме полого, герметичного, тонкостенного диска с закругленной по радиусу внешней кромкой, толщина стенки которой меньше, чем толщина стенок остальной конструкции диска, верхняя часть диска имеет вогнутую сферическую поверхность, а нижняя часть диска имеет плоскую поверхность, с внешней стороны вогнутая сферическая поверхность диска имеет гладкую и глянцевую поверхность, верхняя и нижняя части в центре диска соединены перемычкой, в центре диска верхняя часть имеет тактильный выступ, а нижняя часть имеет нижний выступ, на внутренней поверхности верхней части диска нанесен резистивный слой, а на внутренней поверхности нижней части диска имеются контактные линии, соединенные проводниками с блоком обработки и передачи сигналов, блок обработки и передачи сигналов заключен в корпус, выполненный в форме прямого полого цилиндра, имеющего дно, цилиндр установлен соосно диску дном вниз и примыкает верхним торцом к плоской поверхности нижней части диска, образуя герметичную полость, блок обработки и передачи сигналов имеет контакты, размещенные под нижним выступом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно заключено во влагонепроницаемую химически устойчивую эластичную оболочку, конфигурация которой повторяет внешние контуры устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя герметичная полость диска заполнена рабочей средой.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве рабочей среды используется диэлектрическая жидкость или газ.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки и передачи сигналов состоит из модуля оцифровки данных, беспроводного передатчика с антенной и блока питания.