ЛЕЧЕБНО-ТРЕНИРОВОЧНЫЙ ПРОТЕЗ РУКИ Российский патент 1997 года по МПК A61F2/54 

Изобретение относится к медицинской технике, сфере реабилитации инвалидов с отсутствием руки.

Известен аппарат для механотерапии верхних конечностей, содержащий станину со стойками и размещенный на ней электропривод, кинематически связанный с диском, оснащенным сменным элементом крепления, выполненным в виде локтевой чаши и установленном на диске с возможностью радиального перемещения и фиксации [1] Аппарат наряду с разработкой плечевого сустава производит активизацию соответствующих групп мышц.

К недостаткам аппарата можно отнести его стационарное исполнение, принудительный вид активации и недостаточную функциональную широту, не охватывающую операции над кистью и пальцами, а также отсутствие тренировки навыков управления штатным протезом верхней конечности, предполагаемым к использованию в повседневной обстановке.

Известно также устройство для механотерапии пальцев кисти, содержащее шарнирно соединенные ложементы пальцев с захватами фаланг и предплечья с элементами крепления, гибкие тяги, ложемент плеча с элементами крепления, шарнирно соединенный с ложементом предплечья. На ложементах пальцев и плеча соосно шарнирам неподвижно установлены шкивы, а гибкие тяги зафиксированы на них с образованием замкнутой петли с возможностью регулировки [2]
К недостаткам устройства можно отнести недостаточные функциональные возможности, исключающие применение устройства при отсутствии естественных плеча и предплечья, а также отсутствие обеспечения тренажа навыков управления протезом руки.

Известна также полифункциональная шина для кисти, содержащая шарнирно соединенные и снабженные фиксаторами элементы предплечья, кисти и пальцев, оснащенные регулируемыми пружинными механизмами нагружения суставов и узлами крепления, причем пружина растяжения закреплена на элементах предплечья и кисти [3]
К недостаткам такой шины можно отнести узкие функциональные возможности, так как применение шины при отсутствии естественных плеча, предплечья, кисти и пальцев невозможно.

Известен лечебно-тренировочный протез плеча, содержащий дистальный механизм с фланцем, разъемную гильзу с элементами фиксации, изогнутые шины, закрепленные на фланце и гильзе, компрессионно-дистракционный аппарат и опорную площадку, в плечевой области гильзы размещен шаровой шарнир, шины выполнены с продольными пазами, на их дистальных концах закреплен стакан. Опорная площадка подпружинена и снабжена винтовым механизмом, установленным на днище стакана, а на фланце и стенках стакана выполнены поперечные пазы под шины [4]
К недостаткам прореза можно отнести узкие функциональные возможности, исключающие тренировку управления локтем и кистью, а также некоторую громоздкость конструкции, содержащей гильзу предплечья полного объема.

Наиболее близким к изобретению является протез плеча пластмассовый ПРА-22 [5] содержащий узел крепления, включающий тянки управления сгибом локтя и схватом кисти, скрепленные с ними соответствующие тяги, гильзу культи плеча, предплечье, кисть с пассивным схватом, узлы пассивной ротации плеча и кисти и узел ступенчатой фиксации сгиба локтя.

Недостатками протеза являются значительный вес и отсутствие регулировок длины предплечья, силы пружины схвата и веса кисти.

Задача изобретения создание лечебно-тренировочного протеза руки для постепенного процесса реабилитации инвалида, позволяющего дозировать нагрузки с постепенным их увеличением, обеспечивающего отработку навыков управления штатным протезом, простого по конструкции и легкого по весу.

Для этого в протез, содержащий узел крепления, включающий тянки управления сгибом локтя и схватом кисти, скрепленные с ними соответствующие тяги, гильзу культи плеча, предплечье, кисть с пассивным схватом, узлы пассивной ротации плеча и кисти и узел ступенчатой фиксации сгиба локтя, введены узлы регулировки длины предплечья, усилия пружины пассивного схвата и веса кисти.

Узел регулировки длины предплечья выполнен в виде телескопического соединения двух труб, причем наружная труба скреплена с рычагом предплечья и на ней установлен фиксирующий узел, подпружиненный шток которого контактирует с одним из отверстий, выполненных по образующей внутренней трубы.

Узел регулировки усилия пружины пассивного схвата содержит размещенную во внутренней трубе втулку с нецентральными отверстиями, параллельными оси, для крепления конца пружины, оформленного в виде крючка, причем на стулке закреплен шток с буртиком, на котором с возможностью перемещения установлена подпружиненная втулка, с накаткой по наружному диаметру, имеющая уступ меньшего диаметра, контактирующий с одним из ряда отверстий, выполненных в шпонке, скрепленной с внутренней трубой.

Узел регулировки веса кисти содержит рычаг Г-образной формы, охватываемый грузами, каждый из которых имеет фиксирующий штифт, входящий в одно из отверстий рычага, причем рычаг выполнен съемным и крепится на кисти с помощью штифта, устанавливаемого по напряженной посадке на одном конце рычага, и вилки, охватывающей ось каркаса II III пальцев на другом конце.

Узел пассивной ротации кисти выполнен в виде стягиваемого винтом разрезного хомута, на котором закреплены элементы кисти, и охватывающего с возможностью относительного разворота внутреннюю трубу, на концевой части которой выполнена кольцевая канавка, в которую входят безрезьбовые концы винтов, размещенных в теле хомута.

На фиг. 1 и 2 представлен общий вид протеза при взгляде на инвалида "в профиль"; на фиг. 3 вид А на фиг. 1; на фиг. 4 вид Б на фиг. 2, при локте, согнутом под 90^o; на фиг. 5 разрез В-В на фиг. 1 по оси механизма локтевого шарнира; на фиг. 6 разрез Г-Г на фиг. 2, узел ротации кисти; на фиг. 7 разрез Д-Д на фиг. 2, узел крепления пружины схвата; на фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 2, узел регулировки натяжения пружины пассивного схвата; на фиг. 9 разрез Ж-Ж на фиг. 2, узел регулировки длины предплечья (величины "вылета" кисти); на фиг. 10 разрез И-И на фиг. 3, узел ступенчатой фиксации угла сгибания протеза в локтевом шарнире; на фиг. 11 разрез К-К на фиг. 3, узел разблокировки фиксации локтевого шарнира; на фиг. 12 вид Л на фиг. 8, шпонка с отверстиями для фиксации втулки крепления пружины схвата кисти; на фиг. 13 вид "в фас" на инвалида, гильза культи плеча с тянками крепления на корпусе и тягами управления; на фиг. 14 разрез М-М на фиг. 1, узел скрепления ветвей рычага фиксации локтя; на фиг. 15 разрез Н-Н, поперечный разрез рычага предплечья; на фиг. 16 общий вид с "вырывом" по оси на механизм схвата кисти для второго примера исполнения; на фиг. 17 вид в плане на ладонь и механизм схвата кисти для второго примера исполнения.

Протез содержит (фиг. 1 и 13) гильзу 1, в которой размещается культя предплечья инвалида, на которой с помощью шинок 2, 3 закрепляется корпус 4, к которому через фланец 5 с помощью винтов 6 крепится основание 7, имеющее дугообразные прорези, создающие возможность его относительного разворота (ротации) относительно корпуса 4. Основание 7 имеет (фиг. 1, 3 и 5) параллельные стойки 8 и 9 между которыми на оси 10, закрепленной гайкой 11, шарнирно установлены щеки 12 и 13 вилки 14 рычага предплечья 15, зубчатый сектор 16, имеющий ручей для тяги, скрепленный с рычагом предплечья с помощью винта 17, ролик 18, а также рычаг 19, имеющий две ветви, скрепленные серьгой 19.3 (фиг. 5 и 14). Шайба 20 служит для регулировки осевого зазора. Внутри серьги на оси 21 установлен ролик 22, охватываемый тягой 23, управляющей сгибом локтя, которая далее размещается в ручье зубчатого сектора 16 и ее конец закрепляется в его бобышке. На противоположном конце ветви рычага 19 установлен ролик 24, охватываемый тягой 25, управляющей раскрытием схвата и фиксацией локтя. Далее тяга 25 охватывает ролики 26 и 27 и идет в направлении схвата. Рычаг 19 может находиться только в двух устойчивых положениях (локоть зафиксирован или локоть расфиксирован) благодаря пружине 28, концы которой сцеплены с винтом 29, установленным на стойке 8 основания, и с винтом 30, установленным на ветви рычага 19. Фиксация локтя осуществляется с помощью защелки 31, вращающейся на оси 32, установленной в стойке 9 основания 7, зуб которой может входить во впадины между зубьями зубчатого сектора 16 под действием прорези в ветви рычага на ось винт заслонки 33 при повороте рычага против часовой стрелки. Рычаг предплечья 15 качается вокруг оси локтя 10 и имеет (фиг. 1, 2 и 15) цилиндрическое ложе, в котором закреплена с помощью винтов наружная труба 34, внутри которой может перемещаться внутренняя труба 35 с отверстиями, к которой постоянно прикреплена шпонка 36 с помощью винтов 37. Величина "вылета" трубы 35 ступенчато регулируется с помощью штока с уступом 38, входящего в отверстия трубы 35, поджимаемого пружиной 39, которая размещена в корпусе 40, закрепленном на наружной трубе 34. На штоке 38 закреплен с помощью штифта 41 "грибок" 42 для удобства вытягивания. Во внутренней трубе 35 размещена втулка 43 с приставкой из текстолита 44, имеющая внецентральные отверстия параллельные оси для крепления конца пружины 45 пассивного схвата. Место расположения втулки 43 в трубе 35 может регулироваться с помощью штока с уступом 46, ввинченного во втулку 43. Шток 46 охвачен втулкой 47 с накаткой по наружному диаметру. Во втулке расположена пружина сжатия 48. Втулка 47 имеет уступ меньшего диаметра, чем ее наружный диаметр, который входит в одно из цилиндрических отверстий 49, выполненных в шпонке 36 (фиг. 2, 8 и 12). Перестановкой втулки 47, а, точнее, ее уступа меньшего диаметра 47.1 в различные отверстия 48, можно регулировать натяжение пружины 45 и усилие схвата. С трубой 35 с возможностью ротации сочленяется кисть, основой которой является разжимной хомут 50 с прорезью 51, стягиваемый винтом 52 до достижения требуемого момента трения при ротации. От расстыковки хомута 49 и трубы 35 в осевом направлении предохраняют винты 53, удерживаемые винтами 54. Концы винтов 53, не имеющие резьбы, размещены во внутренней канавке 55 хомута 50. На хомуте 50 с помощью винтов 56 крепятся с двух сторон накладки 57, 58, в соосных отверстиях которых крепится ось 59 ролика 60, ось 61 каркаса II III пальцев 62, ось 63 каркаса 1 пальца 64 и штифт 65 рычага 66 Г-образной формы для закрепления грузов 67, 68, 69, конец которого имеет вилку, охватывающую ось 61, рычаг 66 имеет три отверстия, в которые при установке входят штифты 70, закрепленные на грузах, другой штифт 71, установленный на каркасе II III пальцев, крепится к другому концу пружины пассивного схвата 45. На этом же каркасе установлена также ось 72, с которой связан один конец рычага 73, второй конец которого с помощью оси 74 связан с плечом 75 каркаса 1 пальца 64, в другом плече которого в отверстии оси 76 закреплен конец тяги 25. Закрепление концов тяг 23 и 25 осуществляется с помощью завязывания узла и оплавления.

Протез крепится к телу инвалида с помощью узла крепления 77, содержащего тянку 78, удерживающую гильзу 1 от спадания с культи плеча, подмышечную петлю 79, а также тянку 80 управления сгибом локтя, скрепленную с соответствующей тягой 23, и тянку 81 раскрытия схвата, скрепленную с соответствующей тягой 25. Каркасы I и II III пальцев облицованы пластмассой в объемах, соответствующих здоровым пальцам пациента.

Во втором примере исполнения в протезе используется иной механизм схвата кисти (фиг. 16 и 17), отсутствует узел регулировки веса кисти, а другие узлы и детали остаются прежними. Кисть содержит корпус 82, который с помощью винтов 83 скреплен с фланцем 84, скрепленным (либо выполненным за одно целое) с разрезным хомутом 85, сходным с хомутом 50, представленным по первому примеру исполнения протеза. Хомут 85 стягивается винтом 52 и удерживается на внутренней трубе 35 с помощью винтов 53, безрезьбовые концы которых входят в канавку 55 хомута 85. Схват образован 1 пальцем 86, имеющим основание 87, ось 88 и хвостовик 89, и блоком II V пальцев 90 с осью 91. Привод схвата осуществляется с помощью тяги раскрытия схвата 25, которая охватывает ручей шкива 92 и закреплена на шкиве с помощью узла 93, предварительно пройдя по ручью ролика 94, вращающегося на оси 95, установленной в корпусе 82. Шкив 92 вращается на оси 94, закрепленной в корпусе 82. Ось 94 имеет квадратную головку, размещенную в квадратном углублении корпуса 82. Ось предохраняется от выпадения с помощью винта 95. С осью скреплен один конец пружины кручения 96, другой конец которой с помощью винта 97 передает крутящий момент упругих сил на шкив 92, осуществляя пассивный схват. Втулка 98 служит для регулирования осевых зазоров. На шкиве 92 шарнирно, с помощью оси 99, закреплен один конец рычага 100, другой конец которого также шарнирно, с помощью оси 101 сочленен с концом хвостовика 89 1-го пальца 86. На хвостовике 89 установлена ось 102, с которой шарнирно сочленен один конец рычага 103, другой конец которого также шарнирно сочленен с блоком II V пальцев 90 с помощью оси.

Регулировка усилия пассивного схвата осуществляется с помощью закручивания (или отпускания) пружины кручения 96, для чего отвинчивают винт 95, выдвигают ось 94 из корпуса на величину толщины головки оси, разворачивают ее за квадратный конец в необходимом направлении заглубляют в выемку корпуса 82, следя за совпадением "квадратов" головки и выемки, и закрепляют ось 94 с помощью винта 95.

Использование протеза по второму примеру реализации в основном адекватно методике использования по первому примеру реализации.

Протез используется следующим образом.

Протез закрепляется на теле пациента с помощью узла крепления 77, при этом подмышечная петля 79 охватывает здоровую руку, а тянка 78 удерживает гильзу 1.

В исходном положении рука находится в естественном нижнем положении, тяги 23 и 25 натянуты, но их "слабина" выбрана.

При необходимости согнуть руку в локте, инвалид выносит культю плеча вперед, тянка 80 и тяга 23 натягиваются, рычаг 19 поворачивается по часовой стрелке до необходимого угла, после чего инвалид ослабляет натяжение тяги 23 и начинает раскрывать схват, для чего усиливает натяжение тянки 81 за счет отведения надплечья назад, например, при вдохе, при этом увеличивается натяжение тяги 25. Одновременное ослабление натяжения тяги 23 и увеличение натяжения тяги 25 создает на рычаге 19 момент сил, приложенный против часовой стрелки. После превышения этим моментом значения момента, создаваемого пружиной 28 в противоположном направлении, происходит переброс рычага 19 против часовой стрелки и западение защелки 31 во впадину между зубьями зубчатого сектора 16. Локтевой шарнир при этом фиксируется от дальнейших разворотов и пациент дальнейшим натяжением тяги 25 начинает раскрывать схват, противодействуя пружине 45. Тяга поворачивает каркас 1 пальца на раскрытие схвата, при этом второе его плечо 75 через рычаг 73 поворачивает каркас II - III пальцев также на раскрытие схвата, что и приводит к полному его раскрытию. Раскрытый схват кисти схватывает предмет, после чего пациент ослабляет натяжение тяги 25, и под действием пружины 45 схват начинает закрываться и пальцы плотно охватывают предмет, который далее может быть перенесен в какую-то другую позицию.

При желании пациента изменить наклон предплечья последний усиливает натяжение тяги 23, при этом на рычаге 19 создается момент сил, направленный против часовой стрелки. Когда он превышает действие противоположном направленного момента от действия пружины 23, произойдет переброс рычага 19 в направлении по часовой стрелке. При этом рычаг 19 воздействует на защелку 31, которая выходит из зацепления с зубчатым сектором 16, позволяя предплечью повернуться на требуемый угол в локтевом шарнире, и под действием пружины 28 рычаг 19 "перебрасывается" по часовой стрелке в противоположную позицию.

В протезе предусмотрена регулировка натяжения пружины пассивного схвата 45 и, как следствие, усилия схвата за счет перестановки в другую позицию втулки 43, которая производится путем перестановки втулки с накаткой 47, точнее ее уступа меньшего диаметра в соответствующее отверстие 49 шпонки 36 с помощью оттягивания вниз и последующего отпускания втулки 47.

Кроме того, предусмотрена регулировка длины рычага предплечья 15 за счет изменения величины "вылета" внутренней трубы 35 из наружной трубы 34 за счет перестановки штока с упором 38 в одно из набора отверстий путем вытягивания вверх и последующего отпускания штока 38 за "гибок" 42.

Возможно изменение нагрузки на кисть путем изменения количества грузов 67, 68 и 69 в любом сочетании, для чего необходимо выколотить штифт 65, установленный по напряженной посадке, отсоединить рычаг 66 от схвата, закрепить на нем необходимое количество грузов, установить рычаг 66 на прежнее место и вставить штифт 65 легким поколачиванием на штатное место.

В протезе с помощью здоровой руки может быть произведена пассивная ротация плеча за счет относительного разворота фланцевого соединения, образованного корпусом 4, фланцем 5 и основанием 7, причем момент трения регулируется путем подтягивания (ослабления) винтов 6.

При этом может быть быть осуществлена пассивная ротация схвата также с помощью здоровой руки за счет относительного разворота хомута 50 относительно внутренней трубы 35, причем момент трения регулируется с помощью стягивания зазора 51 хомута 50 с помощью винта 52.

Упомянутые регулировки позволяют постепенно наращивать нагрузки на плечевой пояс пациента в течение необходимого реабилитационного периода, что позволяет постепенно восстановить мышечный потенциал. В случае отсутствия указанной возможности и немедленного использования штатного протеза, вес которого вдвое больше (и соответственно больше необходимые усилия тяг управления) может произойти срыв процесса реабилитации. Кроме того, протез позволяет отработать навыки управления штатным протезом при меньших усилиях.

Возможно также освоение управления протезом при различных углах ротации частей протеза, что также облегчает процесс реабилитации.

Кроме того, конструкция протеза по сравнению со штатным протезом руки, принятым в качестве прототипа, значительно упрощена и удешевлена.

Следует отметить, что пользование протезом необходимо начинать как можно раньше после травмы (естественно по показаниям). В противоположном случае пациент начинает психологически привыкать к обслуживанию его персоналом, что затрудняет переход на пользование штатным протезом и период реабилитации существенно увеличивается.

Использование: в медицинской технике может быть использовано для реабилитации инвалидов с отсутствием руки. Сущность изобретения: протез содержит узел крепления с тянками управления сгибом локтя и схватом кисти, скрепленные с ними тяги, гильзу плеча, предплечье, кисть с пассивным схватом, узлы пассивной ротации плеча и кисти, узел ступенчатой фиксации сгиба локтя, а также узлы регулировки длины предплечья, усилия пружины схвата и веса кисти. Регулировка длины предплечья осуществляется телескопическим выдвижением внутренней трубы из наружной, скрепленной с рычагом предплечья, и ее фиксации подпружиненным штоком относительно наружной трубы. Регулировка усилия пружины схвата осуществляется за счет перестановки втулки, за которую зацеплен конец пружины, в другую позицию внутри внутренней трубы и ее фиксации с помощью подпружиненной втулки. Во втором примере реализации в механизме схвата кисти использована пружина кручения, регулировка которой осуществляется ее закручиванием (ослаблением) за счет разворота оси шкива с фиксацией ее квадратной головки в соответствующем углублении корпуса. Регулировка веса кисти осуществляется изменением количества грузов, устанавливаемых на отъемном от кисти рычаге. Узел пассивной ротации кисти выполнен в виде разрезного хомута, охватывающего внутреннюю трубу предплечья, и стягиваемого винтом. Протез позволяет последовательно наращивать нагрузки и отрабатывать навыки управления штатным протезом руки. 4 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Лечебно-тренировочный протез руки, содержащий узел крепления, включающий тянки управления сгибом локтя и схватом кисти, скрепленные с ними соответствующие тяги, гильзу культи плеча, предплечье, кисть с пассивным схватом, узлы пассивной ротации плеча и кисти и узел ступенчатой фиксации сгиба локтя, отличающийся тем, что в него введены узлы регулировки длины предплечья, усилия пружины пассивного схвата кисти и веса кисти. 2. Протез по п.1, отличающийся тем, что узел регулировки длины предплечья выполнен в виде телескопического соединения двух труб, причем наружная труба скреплена с рычагом предплечья и на ней установлен фиксирующий узел, подпружиненный шток которого контактирует с одним из отверстий, выполненных по образующей внутренней трубы. 3. Протез по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что узел регулировки усилия пружины пассивного схвата кисти содержит размещенную во внутренней трубе предплечья втулку с нецентральными отверстиями, параллельными оси, для крепления конца пружины, оформленного в виде крючка, причем на втулке закреплен шток с буртиком, на котором с возможностью осевого перемещения установлена подпружиненная втулка с накаткой по наружному диаметру, имеющая уступ меньшего диаметра, контактирующий с одним из ряда отверстий, выполненных в шпонке, скрепленной с внутренней трубой. 4. Протез по п.1, отличающийся тем, что узел регулировки веса кисти содержит рычаг Г-образной формы, охватываемый грузами, каждый из которых имеет фиксирующий штифт, входящий в одно из отверстий рычага, причем рычаг выполнен съемным и крепится на кисти с помощью штифта, устанавливаемого по напряженной посадке на одном конце рычага, и вилки, охватывающей ось каркаса II III пальцев, на другом конце. 5. Протез по пп.1 и 2, отличающийся тем, что узел пассивной ротации кисти выполнен в форме стягиваемого винтом разрезного хомута, на котором закреплены элементы кисти, охватывающего с возможностью относительного разворота внутреннюю трубу предплечья, на концевой части которой по наружному диаметру выполнена кольцевая канавка, в которую входят безрезьбовые концы винтов, размещенных в теле хомута.