ПРОТЕЗ СТОПЫ Российский патент 1998 года по МПК A61F2/66 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию нижних конечностей, и направлено на повышение эксплуатационных свойств энергосберегающих искусственных стоп с каркасом из нижней гибкой и верхней силовой составляющих и сферическим голеностопным шарниром.

Функциональное и эксплуатационное совершенство таких искусственных стоп в немалой степени зависит от возможности компромисса между гибкостью и прочностью элементов, что достигается применением ограничителей деформаций и перемещений.

Известны устройства стоп, разработанные в России [1]. В указанных разработках применен каркас из пластмасс с ограничением деформаций нижней гибкой составляющей, необходимым для обеспечения прочностных эксплуатационных свойств, в т. ч. компенсации разброса механических характеристик гибких составляющих. Тем не менее несущая способность изделий недостаточна для эксплуатации во всем диапазоне возможных масс пользователей.

В Великобритании фирмой "Blatchford" [2] разработана энергосберегающая искусственная стопа с каркасом в виде нижней гибкой, расположенной в облицовке, и в верхней силовой составляющих, соединенных друг с другом в пяточной области, элементом ограничения изгиба в виде эластичного буфера, установленного в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса впереди голеностопного шарнира, выполненного в виде шаровой головки, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента и деталей сборки в цилиндрической надстройке.

Функциональное совершенство стопы [2] не вызывает сомнений, это устройство принимается за прототип предлагаемого изобретения, вместе с тем очевидна конструктивная сложность прототипа, требующая высочайшего уровня надежности гибкой составляющей и резинового элемента в эксплуатации. Введение ограничителя изгиба в виде эластичного буфера однонаправленного действия, как показывает опыт отечественных разработок и испытаний, не исчерпывает проблемы обеспечения прочности и надежности, а следовательно и безопасности эксплуатации столь сложных конструкций, в особенности при воздействии случайных ударных нагрузок при движении по поверхности с неровным рельефом или по лестнице, при пользовании общественным транспортом и в других самых различных условиях, неизбежных для жизнедеятельности инвалида в России.

Удовлетворяющая таким условиям конструкция требует: во-первых, устройства ограничителей любых чрезмерных деформаций гибких составляющих в различных направлениях: во-вторых, сокращения по возможности количества деталей и узлов, транслирующих нагрузку от нижней гибкой составляющей каркаса к надстройке или другой части голеностопного шарнира, стыкуемой с голенью протеза; в-третьих, установку ограничителей деформаций или перемещений не только в каркасе, но, учитывая функциональную взаимосвязь, также и в самом голеностопном шарнире.

Техническим результатом предлагаемого изобретения, таким образом, является повышение надежности устройства и безопасности его эксплуатации.

Для достижения этого результата в известном устройстве протеза стопы, содержащем упругую облицовку, каркас в виде нижней гибкой, расположенной в облицовке, и верхней силовой составляющих, соединенных друг с другом в пяточной области, элемент ограничения деформаций в виде эластичного буфера, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса впереди голеностопного шарнира, выполненного в виде шаровой головки, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента и деталей общей сборки в цилиндрической надстройке. Каркас снабжен элементами ограничения деформаций по всем направлениям в виде внутренних частей облицовки, плотно охватывающих верхнюю составляющую, при этом элемент ограничения деформаций, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими, также выполнен в виде части облицовки. Цилиндрическая надстройка выполнена зацело с верхней составляющей каркаса, а шаровая головка также снабжена ограничителями перемещений по всем направлениям, выполненными как детали общей сборки в виде по крайней мере двух цапф, расположенных радиально в поперечной плоскости голеностопного шарнира и помещенных в отверстия в надстройке.

На фиг. 1 изображен протез стопы, общий вид; на фиг. 2 - поперечное сечение, показывающее элементы ограничения деформаций нижней гибкой составляющей каркаса (разрез А-А на фиг. 1); на фиг. 3 - поперечный разрез, показывающий ограничители перемещений шаровой головки голеностопного шapниpa (разрез Б-Б на фиг. 1).

Протез стопы содержит упругую облицовку 1, каркас 2 с нижней гибкой составляющей 3, расположенной в облицовке 1 и верхней, соединенной с ней в пяточной области 4 силовой составляющей 5, элемент 6 ограничения деформаций, расположенный в пространстве между верхней 5 и нижней 3 составляющими каркаса 2 впереди голеностопного шарнира 7, выполненного в виде шаровой головки 8, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента 9 и деталей 10 - 14 общей сборки в цилиндрической надстройке 15.

Каркас 2 снабжен элементами ограничения деформаций по всем направлениям в виде внутренних частей 16 и 17 облицовки 1, плотно охватывающих верхнюю 5 составляющую каркаса 2, при этом элемент 6 ограничения деформаций также выполнен в виде части 18 облицовки 1 - (фиг. 1 и 2).

Цилиндрическая надстройка 15 выполнена зацело с верхней составляющей 5 как единая деталь.

Шаровая головка 8 также снабжена ограничителями перемещений по всем направлениям, выполненными как детали обще сборки 10 - 14 в виде, по крайней мере, двух цапф 19 и 20, расположенных радиально в поперечной плоскости голеностопного шарнира. На фиг. 3 показан для примера вариант с расположением одной цапфы 19 в сагиттальной плоскости, а другой 20 во фронтальной плоскости под углом 90^o друг к другу. Цапфы помещаются в ответные отверстия 21 и 22 в цилиндрической надстройке 15 голеностопного шарнира 7. Зазоры между цапфами 19 и 20 и кромками отверстий 21 и 22 регулируются колпачками 23 и 24, надеваемыми на цапфы 19 и 20 при сборке.

Предлагаемое устройство обеспечило соответствие конструкции (по геометрии, взаимному положению составляющих, частей и элементов и применяемым материалам) действующим эксплуатационным нагрузкам и допускаемым линейным и угловым относительным перемещениям составляющих.

Такие лимитированные перемещения нижней гибкой составляющей каркаса и шаровой головки голеностопного шарнира обеспечиваются размерами до силовых составляющих и их элементов, а также механическими характеристиками материала облицовки и резинового элемента.

Работает устройство в основном в течение опорного времени шага от переднего до заднего толчка. При этом элементы ограничения деформаций нижней гибкой составляющей 3 - в режиме горячего резервирования, т.е. за счет деформаций материала внутренних частей 16 - 18 упругой облицовки 1 относительно стенок верхней силовой составляющей 5 воспринимают любые нагрузки от номинальных циклических при каждом опирании на протез до случайных ударных, направленных в общем случае в произвольном направлении. При этом нагрузки и перемещения нижней гибкой составляющей 3 амортизируются и соответственно напряжения в ней не превышают значений величин, допускаемых по прочностным характеристикам слоистых пластиков, используемых в таких конструкциях.

Ограничители перемещений шаровой головки 8 и соответственно деформаций резинового элемента 9 голеностопного шарнира 7 работают в режиме холодного резервирования за счет упирания цапф 19 и 20 шаровой головки 8 в кромки отверстий 21 и 22 надстройки 15 верхней силовой составляющей 5 каркаса 2 только при воздействии случайных ударных нагрузок, превышающих допускаемые. Это же устройство повышает безопасность в крайних случаях при преждевременной потере работоспособности шарнира 7, например при потере адгезии резинового элемента 9, вызванной отклонениями в технологии при его изготовлении и не выявленной при приемо-сдаточных испытаниях продукции.

Стендовые и эксплуатационные испытания устройства подтвердили функциональность и надежность предлагаемой конструкции.

Использование: изобретение относится к протезированию нижних конечностей. Техническим результатом изобретения является повышение надежности устройства и безопасности его эксплуатации. Достижение результата обеспечивается тем, что каркас снабжен элементами ограничения деформаций по всем направлениям в виде внутренних частей облицовки, плотно охватывающих верхнюю составляющую, при этом элемент ограничения деформаций, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса, также выполнен в виде части облицовки. Цилиндрическая надстройка выполнена зацело с верхней составляющей каркаса, а шаровая головка также снабжена ограничителями перемещений по всем направлениям, выполненными как детали общей сборки в виде по крайней мере двух цапф, расположенных радиально в поперечной плоскости голеностопного шарнира и помещенных в отверстия в надстройке. Сущность изобретения: протез стопы содержит упругую облицовку, каркас в виде нижней гибкой, расположенной в облицовке и верхней силовой составляющих, соединенных друг с другом в пяточной области, элемент ограничения деформаций в виде эластичного буфера, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса впереди голеностопного шарнира, который выполнен в виде шаровой головки, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента и деталей общей сборки в цилиндрической надстройке. 3 ил.

Протез стопы, содержащий упругую облицовку, каркас в виде нижней гибкой, расположенной в облицовке, и верхней силовой составляющих, соединенных друг с другом в пяточной области, элемент ограничения деформаций в виде эластичного буфера, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса впереди голеностопного шарнира, выполненного в виде шаровой головки, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента и деталей общей сборки в цилиндрической надстройке, отличающийся тем, что каркас снабжен элементами ограничения деформаций по всем направлениям в виде внутренних частей облицовки, плотно охватывающих верхнюю составляющую, при этом элемент ограничения деформаций, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими, также выполнен в виде части облицовки, цилиндрическая надстройка выполнена зацело с верхней составляющей каркаса, а шаровая головка также снабжена ограничителями перемещений по всем направлениям, выполненными как детали общей сборки в виде по крайней мере двух цапф, расположенных радиально в поперечной плоскости голеностопного шарнира и помещенных в отверстия в надстройке.