СТОПА ПРОТЕЗА НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ Российский патент 1996 года по МПК A61F2/66 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к области протезирования отсутствующих конечностей.

Известны конструкции искусственных стоп, содержащие эндоскелет (каркас, киль), узел присоединения к несущему стержню голени и формообразующий эластичный корпус. Известны также конструкции эластичных стоп с внутренними полостями и пневмокамерами.

Стопа типа SACH патент ФРГ N 3309777, МКИ F 61 F 2/66,1984 г. содержащая недеформируемый деревянный вкладыш (киль).

У стопы типа SACH упругость (эластичность) создается только за счет пенополиуретановой облицовки и пенополиуретанового же пяточного клина. Это искусственная стопа массового применения, достаточно удобная в эксплуатации, что обеспечивается в большой степени введением пяточного клина (эффект "мягкой пятки"), но существенным качеством энергоснабжения она не обладает.

В качестве прототипа настоящего изобретения выбрана стопа Саболича (США) (Журнал "Эхо планеты", N 36,1988 г.стр.45-46).

Эта стопа имеет упругодеформируемый эндоскелет, представляющий собой литой полимерный вкладыш Л-образной формы, погруженный в пенополиуретановый формообразующий корпус. Упругий эндоскелет имитирует свод естественной стопы, обеспечивая в принципе выполнение ею рессорной функции.

В то же время полимерный Л-образный эндоскелет, спроектированный прежде всего для динамичных условий эксплуатации и больших нагрузок при наступлении на пятку и толчке носком, обладает большой жесткостью, которая не всегда приемлема, особенно для пожилых, ослабленных инвалидов, и в данной конструкции стопы не может регулироваться, не могут регулироваться и геометрические параметры стопы под высоту каблука используемой обуви и по полноте. Стопа Саболича в силу наличия развитого, жесткого по крану (пронации-супинации) каркаса не обеспечивает прилегания подошвы к опоре, наклонной в поперечном направлении. Передняя и задняя кромки эндоскелета, непосредственно взаимодействуя с материалом формообразующего корпуса, должны вызывать его раскрашивание, особенно при динамичных режимах эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в том, что в стопе протеза нижней конечности, содержащей эндоскелет в виде упругого свода и формообразующий эластичный корпус, в последний вмонтированы газонаполнительные камеры, одна из которых, имеющая сферическую форму, размещена в пяточной части корпуса стопы, и присоединена к пяточной части эндоскелета, а две другие в виде подушек, размещены в передней части корпуса и зафиксированы на подошвенной и тыльной сторонах эндоскелета.

Газонаполнительные камеры, основой конструкции которых служат эластомерные оболочки, выполняют в конструкции стопы следующие функции:
обеспечивают амортизацию, демпфирование внешних нагрузок в опорной фазе шага, снижение ударных нагрузок на пациенте, накопление, перераспределение и возврат механической энергии при взаимодействии искусственной стопы с опорой при движении (шагании, бега, прыжках) пациента; при этом попутно пневмоэлементы смягчают разрушительное воздействие эндоскелета на материал формообразующего корпуса (например, пенополиуретана);
является регулируемыми элементами жесткости (в сочетании с эндоскелетом и корпусом);
заполняют объем стопы, позволяя при этом в определенных пределах видоизменять ее форму.

Объем камер и давление в них может регулироваться в процессе регулировки протеза по индивидуальным особенностям пациента и в дальнейшем восстанавливаться, изменяться в процессе эксплуатации путем подкачки (или, при необходимости, стравливания давления).

Технический результат реализации настоящего изобретения состоит в достижении следующих качеств конструкции стопы:
существенно меньший вес, благодаря тому, что до 25% объема стопы заполняют пневмозаполненные камеры;
большая комфортность (особенно при использовании ее пожилыми, ослабленными инвалидами); в частности благодаря тому, что стопа с антроморфным сводчатым упругим каркасом (как у прототипа) приобретает достоинства мягкой пятки, свойственные стопам типа АСН; благодаря введению пневмоамортизатора в зону переднего переката, удается также существенно смягчить контактную нагрузку при заднем (носковом) толчке;
большая универсальность по сравнению со стопой прототипом за счет возможности регулировки функциональной жесткости по основным рабочим зонам стопы, а также кинематических характеристик переката и геометрических характеристик относительного уровня (в статике) переднего и заднего участков подошвы в зависимости от высоты каблука и полноты, заполнения, уплотнения /обтюрирования/ стопой объема используемой обуви/;
лучшая адаптация стопы к местным неровностям опорной поверхности, соответственно, лучшая устойчивость инвалида во фронтально плоскости за счет большей деформативности стопы в поперечном направлении;
и при этом, реализация в конструкции возможности эффективного энергоснабжения, возврата, полезного перераспределения механической энергии при взаимодействии стопы, содержащей газонаполненные элементы, опорой (на относительно более низком уровне нагрузок, чем это достижимо в твердотельных конструкциях).

Искусственная стопа по данному изобретению, обладая рядом преимуществ, по сравнению с прототипом для пожилых, ослабленных инвалидов: малым весом, комфортабельностью смягченного опирания и переката, большей эффективностью энергоснабжения отвечает также требованиям достаточно динамичной эксплуатации, благодаря чему позволяет пациенту вести активный образ жизни.

Эти преимущества достигаются без существенного удорожания изделия, что также, как правило, существенно для основного контингента, на который оно рассчитано.

На фиг. 1 дана принципиальная конструктивная схема стопы протеза нижней конечности.

На фиг. 2 и 3 иллюстрируют эффективное перераспределение энергии при упругом возврате опорного усилителя пяточным пневмоамортизатором 3.

На фиг.4 показана схема регулирования положения переката и относительного уровня передней и задней части подошвы стопы.

На фиг.5 и 6 показана стопа сборно-разборной конструкции (вариант исполнения).

На фиг.7 и 8 показана схема подачи сигналов от пяточного и подошвенного пневмоамортизаторов для управления коленным механизмом протеза бедра.

В формообразующий эластичный корпус 1, содержащий эндоскелет (вкладыш) 2, введены также газонаполненные камеры 3,4,5. Газонаполненная камера 3 имеет сферическую форму и играет роль пяточного пневмоамортизатора. Камера 4, имеющая форму плоской подушки роль подошвенного пневмоамортизатора. Камера 5 также в форме плоской подушки тыльного пневмозаполнителя.

В варианте исполнения стопы как сборно-разборного изделия (фиг.5 и 6) эндоскелет 2 и газонаполненные камеры 3,4 и 5 фиксируются в соответствующих пазухах корпуса 1 с помощью приливов 6,7 и 8) являющихся элементами формы внутренней поверхности корпуса 1).

Пяточный пневмоамортизатор 3 в опорной фазе шага взаимодействует с формообразующим корпусом 1 стопы и эндоскелетом 2, на котором он закреплен в специальном ложементе, передавая на него и далее на несущую конструкцию голеностопа опорную реакцию пяточного опирания. Сферическая форма пневмоамортизатора 3 обеспечивает благоприятную нарастающую диаграмму упругого сопротивления нагрузке при опирании на пяточную зону стопы, способствует удобству переката, дает надежную воспроизводимость его функциональных свойств при массовом производстве; кроме того сферическая форма позволяет получить эффект изменения направления усилия, "возвращаемого" пневморезистором при восстановлении им первоначальной формы (при уменьшении и снятии усилия опирания) как показано на фиг.2 нагрузка Р, деформирующая пневмоамортизатор 3 при опирании шагающего пациента на пятку, частично возвращается с перераспределением по направлению в виде упругой реакции R при перекате стопы с опорой на передний отдел и, соответственно, разгрузке пятки. Возвращаемое усилие здесь способствует скорейшему прилеганию стопы к опоре, благодаря чему движение инвалида требует меньших энергозатрат и становится более динамичным.

Подошвенный пневмоамортизатор 4, размещенный в переднем отделе стопы так, чтобы край его находился примерно в зоне переднего переката, вписан в контур, образованный обводом стопы (снизу) и нижней поверхностью эндоскелета, с которым он непосредственно взаимодействует. Помимо функции амортизации с помощью подошвенного амортизатора может регулироваться жесткость переднего отдела стопы, положение переднего переката, относительный уровень переднего и пяточного участков подошвы (в зависимости от высоты каблука используемой пациентом обуви) см. фиг.3; здесь /PV/min и /PV/max наибольшее и наименьшее значения произведения давления и объема газа в пневмоамортизаторе 4; п1 и п2 соответствующие этому положения линии переката.

Тыльный пневмозаполнитель 5, размещенный в переднем отделе стопы в области подъема на верхней поверхности эндоскелета, вписан в контур, образованный этой поверхностью эндоскелета и верхним обводом стопы. Выполняет две функции: во-первых, совместно с эндоскелетом и подошвенным пневмоамортизатором участвует в обеспечении регулируемой жесткости переднего отдела стоп и, во-вторых, обеспечивает регулируемость стопы по полноте, высоте (крутизне) подъема под используемую обувь.

Газонаполненные камеры 3, 4 и 5 образуют совместно с каркасом стопы подобие упругодеформируемого, "распластывающегося" под нагрузкой свода на эластичных основаниях. Причем жесткость верхней части свода может регулироваться путем изменения давления в пневмозаполнителей 5. Подбирая соотношение давления наддува пневмоамортизаторов и пневмозаполнителя, разработчик и изготовитель могут формировать желательное распределение упругих характеристик свода и стопы в целом, регулируя при этом как ее рессорность, величины и характер изменения опорных реакций и соответствующих деформаций стопы в сопоставлении с рекомендуемыми диаграммами этих величин в зависимости от веса, осанки, физического состояния пациента, так и адаптивность к местным неровностям опорной поверхности в продольном и поперечном направлении (что способствует более комфортной, устойчивой ходьбе инвалида по грунтовой, кочковатой дороге). Плюс возможность регулирования геометрических характеристик стопы, ее сопрягаемости, обтюрированности с обувью.

В протезах бедра (ампутация выше колена) пневмоамортизаторы 3 и 4 могут быть использованы в качестве датчиков местного давления на стопу, импульсы от которых управляют коленным механизмом 9 по физическому положению стопы в опорной фазе шага (см. фиг.5).

Отдельные элементы стопы по данному изобретению могут быть использованы в различных конструкциях схемы, например в сочетании с эндоскелетом типа Seattle и с недеформируемым вкладышем по типу SACH. В этих и других случаях применения введенные в стопу газонаполненные камеры реализуют большую часть своих преимуществ.

Конструктивное решение, соответствующее настоящему изобретению, предполагает два основных варианта изготовления стопы. По одному из них стопа изготавливается неразборной, путем заливки эндоскелета (вкладыша) 2 и зафиксированных на нем фазонаполненных камер 3, 4 и 5, пенополиуретановым в литье пенополиуретановых изделий.

Другой вариант предполагает изготовление стопы как сборно-разборного изделия. В этом случае облицовка стопы, она же формообразующий корпус 1, является съемным, отдельно отформованным из пенополиуретана элементом (типа "калоши"). На внутренней поверхности облицовки при ее формировании выполнены пазухи, окантованные приливами 6,7 и 8 корпуса 1 стопы.

Приливы 7,8 фиксируют при сборке газонаполненные камеры 4 и 5, а прилив 6 эндоскелет 2. При установленном эндоскелете газонаполненные камеры 4 и 5 оказываются "запертыми" в замкнутых отсеках, ограниченных формообразующим корпусом 1 и эндоскелетом 2. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Использование изобретения. Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области протезирования отсутствующих конечностей. Сущность изобретения: стопа протеза нижней конечности содержит эндоскелет 2 в виде упругого свода и формообразующий эластичный корпус 1. В формообразующий эластичный корпус 1 вмонтированы газонаполненные камеры 3,4,5, одна из которых, имеющая сферическую форму, размещена в пяточной части корпуса стопы и присоединена к пяточной части эндоскелета, а две другие, в виде подушек, размещены в передней части корпуса и зафиксированы на подошвенной и тыльной сторонах эндоскелета. Объем камер и давление в них может регулироваться в процессе регулировки протеза по индивидуальным особенностям пациента и в дальнейшем восстанавливаться, изменяться в процессе эксплуатации путем подкачки /или, при необходимости, стравливания давления/. 8 ил.

Стопа протеза нижней конечности, содержащая эндоскелет в виде упругого свода и формообразующий эластичный корпус, отличающаяся тем, что в формообразующем эластичном корпусе выполнены полости, в которые встроены газонаполненные камеры, причем одна из них, выполненная в виде сферы, размещена в пяточной части корпуса и присоединена к пяточной части эндоскелета, а две другие, выполненные в виде подушек, размещены на подошвенной и тыльной сторонах эндоскелета в передней части корпуса.