КОЛЕННЫЙ УЗЕЛ ПРОТЕЗА БЕДРА Российский патент 1994 года по МПК A61F2/60 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к коленному шарниру протеза бедра.

Известен коленчатый узел протеза бедра, соединяющий шарнир с осью, промежуточное звено с осью, упругий элемент и фиксатор, установленный в гильзе голени, причем промежуточное звено установлено на оси коленчатого шарнира, расположенной на линии, соединяющей центры голеностопного шарнира и тазобедренного сустава, а фиксатор установлен с возможностью фиксации промежуточного звена относительно гильзы голени (Авторское свидетельство СССР N 1319845, кл. A 61 F 2/60, 1984).

Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за большого количества деталей и пониженная комфортность пользования коленного узла протеза бедра.

Известен также коленный узел протеза бедра ближайший по технической сущности к описываемому и содержащий верхнюю и нижнюю опоры, шарнирно соединенные между собой, установленное на оси шарнира подпружиненное промежуточное звено, упpугий огpаничитель, установленный на нижней опоpе и контактиpующий с пpомежуточным звеном, и замок, выполненный в виде кулачка и упора, неподвижно укрепленных на промежуточном звене, и фиксатора, подвижно установленного на верхней опоре с возможностью контакта с кулачком в двух положениях (Авторское свидетельство СССР N 1351600, кл. A 61 F 2/60, 1986).

Недостатки известного коленного узла заключаются в следующем:
- пониженная надежность из-за большого количества деталей;
- пониженная комфортность пользования, поскольку из-за наличия обязательного конструктивного зазора между фиксатором и кулачком нижняя опора не зафиксирована жестко относительно верхней в положении замка "Заперто", что сопровождается стуком при ходьбе и повышенным износом контактирующих поверхностей замка;
- протез не предусматривает возможность обеспечения жесткой или полужесткой фиксации шарнира, что необходимо при ходьбе в неблагоприятных условиях (грязь, гололед, высокая трава и т. п. ).

Целью изобретения является увеличение надежности и повышение комфортности пользования протезом.

Указанная цель достигается тем, что в коленном узле протеза бедра, содержащем верхнюю и нижнюю опоры, шарнирно соединенные между собой, кулачок, установленный на оси шарнира, упругий ограничитель, связанный с нижней опорой, фиксатор, закpепленный на верхней опоре с возможностью поворота и взаимодействующий с кулачком, последний установлен с возможностью поворота, подпружинен относительно нижней опоры, снабжен клиновидным пазом, шипом и выступом, в котором установлен упругий элемент, посредством которого он контактирует с нижней опорой, а фиксатор имеет выступ, соответствующий по профилю пазу кулачка, зуб, взаимодействующий с шипом кулачка, связан с верхней опорой посредством пружины, жестко закрепленной одним концом на верхней опоре, и промежуточного звена, шарнирно соединенного с фиксатором и вторым концом пружины.

Кроме этого, коленный узел снабжен стопором в виде установленного на нижней опоре подвижного поперечного стержня, имеющего лыски, а на верхней опоре предусмотрены соответствующие им опорные площадки.

В результате проведенных патентных исследований не обнаружено устройств аналогичного назначения, имеющих признаки, сходные с отличительными признаками изобретения, что позволяет считать последнее удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 дан продольный разрез коленного узла в последней части фазы переноса протеза; на фиг. 2 - положение коленного узла во второй трети фазы опоры; на фиг. 3 - коленный узел в согнутом положении; на фиг. 4 - частичный разрез А-А на фиг. 1.

Коленный узел протеза содержит верхнюю и нижнюю опоры 1 и 2 соответственно, шарнирно соединенные между собой посредством оси 3. В нижней опоре 2 установлены упругие ограничители 4, посредством которой она контактирует с верхней опорой 1. На оси 3 установлен кулачок 5, имеющий клиновидный паз 6, шип 7, рычаг 8, при помощи которого кулачок 5 связан с пружиной 9. Второй конец пружины 9 расположен в регулировочной гайке 10, входящей в резьбовое отверстие 11 в нижней опоре 2. В кулачке 5 имеется также опорный выступ 12 с установленным в нем упругим элементом 13, через который кулачок 5 контактирует с нижней опорой. С кулачком 5 взаимодействует фиксатор 14, имеющий клиновидный выступ 15, соответствующий по профилю пазу 6 кулачка 5, и зуб 16. Фиксатор 14 шарниром 17 соединен с промежуточным звеном 18, которое вторым своим концом также шарнирно соединено с концом пластинчатой пружины 19, жестко закрепленной другим концом на верхней опоре 1. Для фиксации опор 1 и 2 относительно друг друга предусмотрен стопор. Для этого в нижней опоре 2 выполнен прилив 20, в котором расположен имеющий два фиксированных положения стержень 21 с лысками 22, а в верхней опоре 1 против лысок 22 имеются сооветствующие опорные площадки 23.

Коленный узел работает следующим образом.

При переносе протеза бедра над опорной поверхностью (установка коленного шарнира в протез бедра на чертеже не показана) колено разгибается не полностью и нижняя опора 2 располагается под углом 175^о относительно верхней опоры 1. Это достигается соответствующим расположением и размерами упругих ограничителей 4. При этом фиксатор 14 под действием пружины 19 входит своим клиновидным выступом 16 в паз 6 кулачка 5, препятствуя тем самым свободному повороту кулачка 5 относительно верхней опоры 1. При наступании пяткой на опорную поверхность под действием на протез нагрузки, линия которой проходит сзади от оси 3 коленного узла в результате поворота искусственной голени и связанной с ней нижней опорой 2 происходит перемещение последней относительно кулачка 5 (подгибание). Это подгибание ограничивается ходом пружины 9 и может изменяться в пределах 10-25^о. Выбор оптимального угла подгибания коленного узла с учетом индивидуальных особенностей инвалида осуществляется перемещением регулировочной гайки 10 в отверстии 11, в результате чего изменяется затяжка пружины 9, или подбором надлежащей жесткости последней.

Подгибание в коленном узле сопровождается накоплением потенциальной энергии в пружине 9. Эта энергия освобождается во второй трети опорного времени шага (в фазу опоры на всю стопу), способствуя разгибанию коленного узла (выходу из подгибания). К этому времени завершается перекат во всей стопе. В течение этой фазы движения линия действия продольной нагрузки на протезе находится впереди оси 3 коленного узла, благодаря чему относительно оси 3 действует разгибающий момент, осуществляющий доразгибание коленного узла до угла 180^о, сжимая упругие ограничители 4. Это доразгибание сопровождается подавливанием нижней опоры 2 через упругий элемент 13 на опорный выступ 12 кулачка 5, в результате чего выступ 15 фиксатора 14 выходит из паза 5 кулачка 5. Фиксатор 14 переходит в положение "Открыто" и увертывается в этом положении пружиной 19, не препятствуя свободному перемещению нижней опоры 2 относительно верхней опоры 1 в сторону сгибания. В момент выхода из зацепления с кулачком 5 выступа 15 и фиксатора 14 последний поворачивается и переходит в положение (см. фиг. 2), при котором фиксатор 14 не касается кулачка 4. В этом положении он удерживается пружиной 19 через промежутчное звено 18. С начала переката на носке стопы и освобождения кулачка 5 от фиксатора 14 наступает последняя треть опорного времени шага, при которой происходит беспрепятственное огибание протеза в коленном шарнире, предшествующее переносу протеза над опорной поверхностью.

В начале сгибания протеза в коленном узле кулачок 5, перемещаясь вместе с нижней опорой (поворот против часовой стрелки), нажимает своим шипом 7 на зуб 16 фиксатора 14 и поворачивает его. При этом выступ 15 фиксатора 14 проскакивает паз 6 кулачка 5 и наружная поверхность выступа скользит по наружной поверхности кулачка 5.

В момент отрыва стопы от опорной поверхности происходит сначала дальнейшее сгибание в коленном шарнире, а затем начинается его разгибание. Нижняя опора 2 вместе с кулачком 5 начинает движение в обратном направлении (по часовой стрелке) и при угле 175^о выступ 16 фиксатором 14 заходит в паз 6 кулачка 6. При этом в момент установки фиксатор поворачивается и надежно удерживается пружиной 19 через промежуточное звено 18 в таком положении. Таким образом обеспечивается высокая подкосоустойчивость протеза. Далее цикл повторяется с частотой двойных шагов.

Для обеспечения большей безопасности и уверенности при ходьбе по грязи, льду, снегу, высокой траве и т. п. стержень 21 стопора передвигают в приливе 20 нижней опоры поперек последней. При этом лыски 22 стержня 21 смещаются относительно опорных площадок 23 опоры 1 и в этом случае при действии момента на доразгибание перемещения опор относительно одна другой не происходит, поскольку опорные площадки у опоры 1 упираются в стержень 21. Не происходит поворота фиксатора и открытия замка, а следовательно, свободного поворота нижней опоры относительно верхней.

Использование: медицинская техника, в частности в коленных узлах протезов бедра. Увеличение надежности и повышение комфортности пользования протезом. Сущность изобретения: коленный узел протеза бедра содержит кулачок, обеспечивающий сгибание и фиксацию коленного узла. Он установлен на оси шарнира с возможностью поворота, подпружинен относительно нижней опоры, снабжен клиновидным пазом, шипом и опорным выступом, в котором установлен упругий элемент, посредством которого кулачок контактирует с нижней опорой. Фиксатор, запирающий коленный узел в соответствующей фазе движений, имеет выступ по профилю паза кулачка, зуб, взаимодействующий с шипом кулачка, и связан с верхней опорой посредством пластинчатой пружины , жестко закрепленной одним концом на верхней опоре, и промежуточного звена в виде тяги, шарнирно соединенного с фиксатором и вторым концом пружины. Кроме того, для пользования протезом в плохих метеоусловиях предусмотрен стопор, фиксирующий нижнюю опору относительно верхней. 4 ил.

КОЛЕННЫЙ УЗЕЛ ПРОТЕЗА БЕДРА, содержащий шарнирно соединенные между собой верхнюю и нижнюю опоры, ось коленного шарнира с установленным на ней кулачком, упругий ограничитель, связанный с нижней опорой, фиксатор, закрепленный на верхней опоре с возможностью поворота и взаимодействия с кулачком, и подпружиненный рычаг, установленный в нижней опоре, отличающийся тем, что в него введены пластинчатая пружина, одним концом закрепленная на верхней опоре, промежуточное звено, шарнирно связанное с фиксатором и другим концом пластинчатой пружины, и стопор, выполненный в виде подвижного стержня с лысками, расположенный на нижней опоре, а кулачок выполнен с пазом и выступом.