МОДУЛЬ КОЛЕННЫЙ Российский патент 1997 года по МПК A61F2/64 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в протезах нижних конечностей.

Для восстановления функций ходьбы и бега у инвалида после ампутации ноги на уровне бедра необходимо, чтобы коленный модуль протеза не только надежно фиксировался в фазе опоры, но и обеспечивал амортизационное подгибание на угол 10 15^o, а также беспрепятственное сгибание колена протеза в фазе переноса, причем при сгибании протез не должен удлиняться [1]
Известные конструкции модулей коленных не обеспечивают в полном объеме эту функцию. Например, наиболее близким аналогом является модуль коленный, содержащий верхнюю и нижнюю вилки с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, и разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой [2]
При опоре на протез верхняя вилка, поворачиваясь вокруг передней оси, давит на разрезной хомут, стягивает его и, благодаря этому, блокируется сгибание протеза. Известная конструкция решает задачу фиксации колена протеза при опоре, но не обеспечивает амортизационное подгибание, необходимое для естественной, плавной ходьбы с минимальными энергозатратами, а кроме того, создает эффект удлинения протеза при сгибании, так как ось колена отнесена от осевой линии модуля назад, а такая компоновка затрудняет ходьбу и увеличивает энергозатраты.

Причиной, препятствующей решению всего комплекса функциональных задач в известной конструкции по патенту ФРГ N 2228391 является недостаточное усиление стягивания хомута, которое не превышает 0,5 веса инвалида (остальную нагрузку воспринимает передняя ось). Поэтому блокирующий момент мал и не обеспечит фиксацию колена, если его ось вынести на осевую линию модуля. Также может происходить задержка с расфиксацией модуля в конце фазы опоры, поскольку расфиксация осуществляется только силой упругости хомута. Кроме того, отсутствует механизм реализации амортизационного подгибания при блокированной оси вращения.

Таким образом, необходимо увеличить усилие стягивания хомута при опоре на протез, вынести ось колена на осевую линию модуля, увеличить надежность расфиксации оси колена в конце фазы опоры и реализовать в модуле амортизационное подгибание при блокированной оси колена.

В соответствии с изобретением эти задачи могут быть решены в предлагаемой конструкции, имеющей следующие с прототипом признаки: верхнюю и нижнюю вилку с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой.

Признаками, обеспечивающими решение поставленных задач, являются следующие: разрезной хомут установлен вертикально на оси, размещенной по оси модуля, а его концы соединены двухзвенной цепью, установленной с возможностью взаимодействия ее средней частью с регулируемым винтовым упором, расположенным в верхней вилке, причем одно звено цепи, например переднее, соединено винтовой регулируемой тягой с верхней вилкой модуля, в верхней вилке в резьбовом отверстии после винтового упора установлен стопорный винт, между верхней вилкой и концом разрезного хомута размещен амортизатор подгибания, нижняя вилка снабжена упругим упором 10, ограничивающим переразгибание и устраняющим стук при смыкании модуля, верхняя и нижняя вилки выполняются с ребрами 11, образующими вертикальный желоб на ее передней стенке.

На фиг. 1 изображен разрез модуля в ненагруженном состоянии; на фиг. 2 - общий вид модуля (виг спереди).

Модуль коленный содержит верхнюю вилку 1 и нижнюю вилку 2, в которых неподвижно закреплена ось колена 3. Ось 3 охватывает разрезной хомут 4, соединенный передней осью 5 с верхней вилкой. Концы хомута стянуты цепью, содержащей переднее звено 6 и заднее 7, шарнирно соединенные между собой и с хомутом. В верхней вилке установлен регулируемый винтовой упор 8, взаимодействующий со средней частью цепи. Нижняя вилка снабжена упругим упором 10, ограничивающим переразгибание и устраняющим стук при смыкании модуля с ребрами 11, образующими вертикальный желоб на ее передней стенке. Переднее звено цепи связано с верхней вилкой регулируемой винтовой тягой 12; в резьбовом отверстии винтового упора установлен стопорный винт 13, а в пазу верхней вилки монтируется амортизатор подгибания 14. Ось модуля установлена на шпильках 15. Присоединительные сборочные элементы, выполненные на верхних и нижних вилках, соответствуют стандартам современных модульных систем.

Модуль функционирует следующим образом. При опоре на протез под действием веса тела верхняя вилка 1 поворачивается вокруг передней оси 5 и через упор 8 оказывает давление на звенья 6 и 7, связанные общей осью. В результате звенья "проседают" и стягивают концы хомута. Стягивающие усилия в результате разложения силы оказываются в 5 8 раз больше усилия, передаваемого упором. Благодаря этому, хомут 4 надежно фиксируется на оси 3, и исключается сгибание протеза в колене. Одновременно за счет вращения верхней вилки вокруг оси 5 при "проседании" звеньев реализуется амортизационное подгибание бедренной части протеза с амплитудой 10 15^o, что обеспечивает биомеханически правильную ходьбу инвалида. При этом в процессе амортизационного подгибания энергия движения накапливается амортизатором 14, который в последней фазе движения способствует выпрямлению протеза и сообщению телу инвалида импульса силы в направлении движения. В последующей фазе движения, когда вектор нагрузки перемещается вперед по траектории переката стопы протеза, усилие от упора 8 снижается, и верхняя вилка поворачивается вокруг оси 5 в противоположном направлении (вперед). При этом тяга 12, соединяющая вилку с одним из звеньев цепи, возвращает звенья цепи 6 и 7 в первоначальное положение. Таким образом к моменту завершения фазы опоры хомут 4 может свободно вращаться вокруг оси колена 3, что обеспечивает беспрепятственное сгибание протеза в последующей фазе переноса. Стопорный винт 13 предохраняет винтовой упор 8 от саморазвинчивания.

Таким образом, поставленные задачи: увеличение блокирующего момента в модуле посредством соответствующего увеличения усилия стягивания хомута, смещение, благодаря этому, оси колена на осевую линию модуля, обеспечение гарантированной расфиксации модуля при опоре на носок стопы протеза, предохранение винтового упора от саморазвинчивания и реализация в нем амортизационного подгибания обеспечены отличительными признаками заявляемой конструкции, а именно: вертикальной установкой разрезного хомута и соединением его концов двухзвенной цепью, взаимодействующей средней частью с винтовым упором, что позволило увеличить в 5-8 раз стягивающие усилия, установкой регулируемой винтовой тяги, связывающей одно из звеньев цепи с верхней вилкой, амортизатором подгибания, установленным в пазу верхней вилки, и стопорным винтом, установленным в резьбовом отверстии винтового упора.

Для регулирования скорости движения в модуле в фазе переноса используется резинотекстильная тянка, которую устанавливают между ребрами 11 верхней и нижней вилки и закрепляют на бедренной и голенной частях протеза.

Для индивидуальной настройки и регулировки модуля используются винтовой упор 8 и винтовая тяга 12, которые позволяют регулировать кольцевой зазор между хомутом 4 и неподвижной осью 3, причем для уменьшения зазора вращают винтовой упор 8 по часовой стрелке, предварительно ослабив винтовую тягу 12, затем тягу фиксируют в подтянутом положении. Для увеличения зазора вращают винтовой упор 8 против часовой стрелки, а затем подтягивают винтовую тягу 12. В зависимости от веса тела инвалида используется амортизатор 14 разной жесткости.

Использование предлагаемого модуля коленного обеспечивает безопасную, плавную, биомеханически правильную ходьбу со сниженными энергозатратами, а также при соответствующем выполнении других функциональных узлов протеза позволяет инвалидам заниматься бегом и другими динамичными видами спорта, а также облегчает процессы индивидуальной настройки и регулировки модуля при практическом протезировании.

Использование: в протезах нижних конечностей. Модуль коленный содержит верхнюю и нижнюю вилки с присоединительными сборочными элементами, ось колена, разрезной хомут, охватывающий ось и соединенный передней осью с верхней вилкой, двухзвенную цепь, соединяющую концы хомута и взаимодействующую с винтовым регулируемым упором, установленным в верхней вилке, одно из звеньев цепи связано с верхней вилкой регулируемой винтовой тягой, в пазу верхней вилки установлен амортизатор, опирающийся на звено цепи и конец разрезного хомута, в резьбового отверстии верхней вилки после винтового упора установлен стопорный винт, между передними частями верхней и нижней вилок установлен упругий упор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль коленный, включающий верхнюю и нижнюю вилки с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой, отличающийся тем, что в нем разрезной хомут установлен вертикально на оси, размещенной по оси модуля, а его концы соединены двухзвенной цепью, установленной с возможностью взаимодействия ее средней частью с регулируемым винтовым упором, расположенным в верхней вилке, одно из звеньев цепи связано с верхней вилкой регулируемой винтовой тягой, причем в пазу верхней вилки установлен амортизатор, опирающийся на звено цепи и конец разрезного хомута, в резьбовом отверстии верхней вилки после винтового упора установлен стопорный винт, а между передними частями верхней и нижней вилок установлен упругий упор. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя вилки выполнены с ребрами, образующими на передней стене модуля вертикальный желоб.