ОРТЕЗ КОЛЕННОГО СУСТАВА Российский патент 1998 года по МПК A61F2/64 

Изобретение относится к ортезу коленного сустава, содержащему оболочку бедра, фиксируемую на бедре пациента посредством бандажей или т.п. оболочку голени, фиксируемую на голени также посредством бандажей или т.п., и две противолежащие друг другу по бокам приблизительно вертикальные при выпрямленной ноге и шарнирно соединяющие обе оболочки друг с другом шарнирные шины, каждая из которых своим верхним концом через верхнюю точку шарнирного сопряжения так соединена с оболочкой бедра, а своим нижним через нижнюю точку шарнирного сопряжения с оболочкой голени, что расстояние обеих точек шарнирного сопряжения друг от друга уменьшается от максимального значения при выпрямленной ноге до минимального значения при полном сгибании колена.

Подобная форма выполнения ортеза коленного сустава описана в европейском патенте EP 0567673A1. В раскрытой в этом патенте форме выполнения каждая из двух шарнирных шин выполнена с возможностью телескопического изменения ее длины. Кроме того, предусмотрено устройство, вызывающее дорсалирование голени через обратное смещение шарнирных шин и образованное вентральным эластичным тяговым поясом, проходящим вокруг боковых шарнирных шин. Каждая шарнирная шина состоит из двух вставленных один в другой телескопически раздвижных штоков, которые могут быть связаны между собой через внутреннюю резиновую тягу. Обе нижние точки шарнирного сопряжения шарнирных шин соединены друг с другом дорсальной скобой.

Существенный признак этого известного ортеза следует усматривать в том, что в нем уже не предусматривается механический шарнир, копирующий индивидуальную механику коленного сустава. Напротив, механике коленного сустава дана возможность беспрепятственного осуществления физиологического движения. Соответствующий центр движения с различным, в том числе и с боковых сторон, прохождением оси сустава может устанавливаться между точками шарнирного сопряжения шарнирных шин в соответствии с индивидуальными анатомическими условиями. Благодаря соединению оболочки бедра и оболочки голени предотвращаются их отрыв или сползание и трение, имеющие место при независимой механике ортезного шарнира. Каждая оболочка дорсально снабжена в области подколенной впадины вырезом, который позволяет сильнее сгибать колено до прилегания голени к бедру.

В основу изобретения положена задача упростить устройство описанного выше ортеза коленного сустава и усовершенствовать принцип его действия.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что поворот по меньшей мере одной шарнирной шины вокруг ее нижней точки шарнирного сопряжения из положения выпрямленной ноги в положение сгибания колена осуществляется с преодолением противодействующего повороту усилия, которое возрастает при сгибании колена примерно до 30-40^o и вновь снижено при сгибании, равном примерно 90^o (положение "сидя").

Таким образом, согласно изобретению, в начале сгибания колена, т.е. при повороте шарнирной шины, создается сопротивление сгибанию, перегиб шарнирной шины возможен поэтому только при определенном усилии. Это усилие, предпочтительно являющееся регулируемым, оказывает дистализирующее давление оболочки голени ортеза на головку большеберцовой кости. Для поддержки передней функции крестовидной связки механизм давления на вентральные части большеберцовой кости создается при легком сгибании колена, достигает при 30-40^o наибольшего действия и вновь снижен при 90^o сгибания колена, т.е. в положении "сидя". Этим обеспечивается благоприятная основная установка коленного сустава с поврежденной крестовидной связкой в положении легкого сгибания. Как раз в этой позиции обычно возникает неустойчивость, приводящая к подгибанию коленного сустава в сторону и называемая "гивинг-вэй".

В предпочтительной форме выполнения по меньшей мере одна шарнирная шина снабжена кулачным роликом или ему подобным средством, который упругим усилием, создаваемым пружиной, прижимается к кулачку, сидящему на оболочке голени. При этом кривая кулачка возрастает от участка, определяющего приблизительно вертикальное положение шарнирной шины, до вершины кулачка, лежащей в пределах угла поворота шарнирной шины, равного 30-40^o. В специальном конструктивном решении рационально выполнить шарнирную шину в виде трубки, которая установлена с возможностью продольного перемещения в направляющей, образующей верхнюю точку шарнирного сопряжения, и охватывает размещенный в ней с возможностью продольного перемещения толкающий шток, снабженный на своем нижнем конце кулачковым роликом и упирающийся своим верхним концом в предварительно напряженную пружину.

Движение сгибания естественного коленного сустава реализуется благодаря сочетанию сокращения расстояния и отклонения обеих точек шарнирного сопряжения, соответствующее соединение которых выполнено, однако, жестким. Механический шарнир, шарнирная ось и тем самым механический центр вращения, таким образом, отсутствуют.

Верхняя точка шарнирного сопряжения шарнирной шины размещена согласно изобретению проксимально по отношению к области поворота колена и лежит предпочтительно на 30-40 мм выше физиологической точки поворота колена. В результате этого при сгибании происходит обратное смещение шарнирных шин в области коленного сустава, причем даже при сильной флексии предотвращается заклинивание ортеза кулачковой механикой.

Благодаря установке верхнего конца шарнирной шины на оболочке бедра с возможностью вращательного движения и продольного перемещения обеспечивается такое положение, когда оболочки бедра и голени в процессе всего движения при выпрямлений и сгибании коленного сустава и при вращении не подвергаются защемлению или зажатию. Ортез лишь создает дорсалирующее давление на переднюю кромку большеберцовой кости. Предотвращаются возникающие в других ортезах защемления, достигается хорошая защита большеберцовой кости от переднего смещения.

Для облегчения монтажа верхнего конца шарнирной шины в верхней точке ее шарнирного сопряжения предпочтительно выполнить направляющую в виде примерно полукруглой в поперечном сечении зажимной детали, в которую требуется лишь вставить трубку, образующую шину.

Для повышения комфорта целесообразно, чтобы создаваемое пружиной упругое усилие, прижимающее кулачковый ролик к кулачку, сопровождалось действием встроенного амортизатора. Такой амортизатор может работать на масле или газе и амортизирует движение толкающего штока.

Можно было бы выполнить вышеуказанный кулачок заодно с оболочкой голени. Однако из соображений прочности представляется рациональным, чтобы кулачок представлял собой верхний конец шины, жестко соединенной с оболочкой голени.

В предпочтительной форме выполнения обе оболочки бедра и голени имеют для фиксации своего положения внутреннюю облицовку. Для этого ортез может быть сконструирован с удвоенными оболочками, причем наружная оболочка образует конфигурацию ортеза, отвечающую дизайну, а внутренняя оболочка представляет собой амортизирующую прокладку. Наружная оболочка изготавливается литьем под давлением предпочтительно из термопласта, что позволяет включить в ее состав ребра жесткости и функциональные детали. Амортизирующую прокладку целесообразно выполнить из тисненного полиэтиленового пенопласта. Гибкость оболочек ортеза выбрана так, что они могут приспосабливаться к изменениям объема мышц, обусловленным движением, не создавая мест нажима. Благодаря новому соединению обеих оболочек друг с другом диафизы ортеза можно выполнить очень короткими. Отсюда вытекает свободная мера движения, обеспечивающая, помимо прочего, максимальную флексию.

Для предотвращения сползания верхней оболочки вниз вследствие конической анатомии бедра целесообразно, чтобы верхняя оболочка на своей внутренней стороне имела над внутренними мыщелками бедра мыщелковое ложе. Оно может быть выполнено в виде отдельного индивидуально позиционируемого пелота, который, например, посредством застежки-липучки фиксируется в желаемой позиции. Существует также возможность выполнить соответствующую внутреннюю зону верхней оболочки деформируемой, что позволяет приспосабливать ее к индивидуальным данным. Для этой цели может быть предусмотрен водяной или газовый наполнитель, который можно также выполнить саморегулирующимся.

Предлагаемый ортез дает возможность, не нарушая индивидуальный, заданный анатомией характер движения коленного сустава, лишь осуществлять создание усилия на передней стороне головки большеберцовой кости вблизи суставной щели. Показанием к использованию предложенного согласно изобретению ортеза коленного сустава является, прежде всего, свежее переднее повреждение крестовидной связки, применение в спорте при остаточной нестабильности и защита при оперативно необеспеченной неустойчивости крестовидной связки.

Два варианта осуществления изобретения, служащие в качестве примеров, изображены на чертежах, на которых:
фиг. 1 показывает ортез коленного сустава, зафиксированный на выпрямленной ноге, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, что и на фиг. 1, при согнутом колене; на фиг. 3 - отдельно изображенный ортез согласно фиг. 1 с продольным разрезом шарнирной шины; на фиг. 4 - шарнирную шину согласно фиг. 3, вариант выполнения; фиг. 5 - шарнирную шину согласно фиг. 4, повернутую на некоторый угол; на фиг. 6 - график действующих прижимных усилий.

Ортез коленного сустава содержит фиксируемую на бедре 1 оболочку 2 бедра, фиксируемую на голени 3 оболочку 4 голени и две противолежащие друг другу по бокам, приблизительно вертикальные при выпрямленной ноге и шарнирно соединяющие обе оболочки 2, 4 друг с другом шарнирные шины 5. Оболочка 2 бедра охватывает бедро 1 дорсально, вентрально она открыта и замыкается в этой зоне застежками-липучками 6, в то время как оболочка 4 голени охватывает голень 3 вентрально, является дорсально открытой и замыкается здесь застежкой-липучкой 7.

Каждая шарнирная шина 5 своим верхним концом через верхнюю точку 8 шарнирного сопряжения так соединена с оболочкой 2 бедра, а своим нижним концом через нижнюю точку 10 шарнирного сопряжения так соединена с оболочкой 4 голени, что расстояние обеих точек 8, 10 шарнирного сопряжения друг от друга уменьшается от максимального значения при выпрямленной ноге до минимального значения при полном сгибании колена. При этом верхняя точка 8 шарнирного сопряжения размещена проксимально по отношению к области 9 поворота колена, т.е. лежит выше физиологической точки поворота колена, в то время как нижняя точка 10 шарнирного сопряжения шарнирной шины 5 расположена в зоне щели 11 коленного сустава. Шарнирные шины 5, лежащие при выпрямленной ноге в пределах сагиттальной плоскости ноги по ее центру, движутся вследствие этого при увеличении сгибания колена за область 9 поворота колена. Вертикальное расстояние верхней точки 8 шарнирного сопряжения от физиологической точки поворота колена составляет преимущественно 30 - 40 мм. Это обратное смещение шарнирных шин 5 при флексии, передаваемое на оболочку 4 голени, является существенным принципом действия ортеза.

Шарнирная шина 5 состоит из трубки 12, своим верхним концом установленной с возможностью продольного перемещения в направляющей 13, которая выполнена в виде зажимной детали, имеющей в поперечном сечении примерно полукруглую форму, и одновременно образует верхнюю точку 8 шарнирного сопряжения. Трубка 12 охватывает размещенный в ней с возможностью продольного перемещения толкающий шток 14, снабженный на своем нижнем конце кулачковым роликом (15) и упирающийся своим верхним концом в предварительно напряженную пружину 16. Верхний конец трубки 12 закрыт юстировочным винтом 17, который образует переставную в осевом направлении опору для пружины 16 и головка 17a которого одновременно служит упором для направляющей 13 (см. фиг. 4 и 5).

В шарнирной шине 5, показанной на фиг.3, пружина 16 снабжена встроенным амортизатором 18, который работает на масле или газе и, амортизируя, управляет движением толкающей штанги 14.

В описываемых примерах выполнения нижняя точка 10 шарнирного сопряжения шарнирной шины 5 находится на верхнем конце шины 19, жестко соединенной с оболочкой 4 голени, причем свободный верхний конец шины 19 выполнен в виде кулачка 10, к которому усилием пружины 16 прижимается кулачковый ролик 15. На фиг. 4 и 5 видно, в частности, что кривая кулачка возрастает от участка 20a, определяющего приблизительно вертикальное положение шарнирной шины 5, до вершины 20b кулачка, лежащей в пределах угла поворота α шарнирной шины, равного 30-40^o.

Приведенный на фиг.6 график показывает характер изменения силы F пружины в ньютонах в пределах угла α поворота шарнирных шин 5, т.е. в пределах сгибания колена, исходя из положения выпрямленной ноги с углом α = 0. Нижняя кривая показывает характер изменения прижимного усилия F1 в верхней точке 8 шарнирного сопряжения направляющей 13, а верхняя кривая - прижимное усилие F2, действующее в точке приложения усилия ноги (область 9 поворота колена). Из этого графика ясно, что в начале сгибания колена и, следовательно, поворота шарнирных шин 5 создается возрастающее сопротивление сгибанию, перегиб шарнирных шин 5 возможен, поэтому, только при определенном усилии. Это усилие, регулируемое с помощью юстировочного винта 17, определяется силой пружины 16 и ее характеристикой, формой кулачка 20, а также передаточным отношением рычага, определяемым точками 8, 10 шарнирного сопряжения.

Оболочка 2 бедра может иметь на своей внутренней стороне над внутренними мыщелками бедра мыщелковое ложе 21, которое согласно фиг.3 расположено примерно позади кругообразной зоны 22 и может быть выполнено в виде отдельного индивидуально позиционируемого пелота или же образовано деформируемым участком.

Для фиксации своего положения обе оболочки 2, 4 конечности снабжены внутренней облицовкой (на чертеже не показана).

Ортез коленного сустава предназначен для копирования индивидуальной механики коленного сустава и предназначен для протезирования нижних конечностей инвалидов. Оболочку бедра фиксируют на бедре пациента посредством бандажей, оболочку голени фиксируют на голени также посредством бандажей. Две противолежащие друг другу по бокам оболочки, приблизительно вертикальные при выпрямленной ноге, шарнирно соединяют обе оболочки. Расстояние между обеими точками шарнирного сопряжения уменьшается от максимального значения при выпрямленной ноге до минимального значения при полном сгибании колена. Поворот по меньшей мере одной шарнирной шины вокруг ее нижней точки шарнирного сопряжения из положения выпрямленной ноги в положение сгибания колена осуществляют с преодолением усилия, противодействующего повороту, которое возрастает при сгибании колена примерно до 30 - 40^o и вновь снижается при сгибании, равном примерно 90^o. 11 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Ортез коленного сустава, содержащий фиксируемую на бедре пациента посредством бандажей оболочку бедра, фиксируемую на голени посредством бандажей оболочку голени и две шарнирные шины, соединяющие шарнирно две оболочки, расположенные напротив одна другой, каждая из которых своим верхним концом шарнирно соединена с оболочкой бедра, а своим нижним концом шарнирно соединена с оболочкой голени, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из шарнирных шин снабжена кулачковым роликом, который с упругим усилием, создаваемым пружиной, прижимается к кулачку, установленному на оболочке голени, причем кривая кулачка возрастает от участка, определяющего приблизительно вертикальное положение шарнирной шины, до вершины кулачка, лежащей в пределах угла поворота шарнирной шины, равного 30 - 40^o, при этом верхняя точка шарнирного сопряжения шарнирной шины размещена проксимально по отношению к области поворота колена, а нижняя точка шарнирного сопряжения шарнирной шины расположена в зоне щели коленного сустава. 2. Ортез по п.1, отличающийся тем, что шарнирная шина представляет собой трубку, которая установлена с возможностью продольного перемещения в направляющей, образующей верхнюю точку шарнирного сопряжения, и охватывает размещенный в ней с возможностью продольного перемещения толкающий шток, снабженный на своем нижнем конце кулачковым роликом и упирающийся своим верхним концом в предварительно направляющую пружину. 3. Ортез по п.2, отличающийся тем, что верхний конец трубки закрыт юстировочным винтом, образующим переставную в осевом направлении опору для пружины. 4. Ортез по п.3, отличающийся тем, что головка юстировочного винта одновременно образует упор для направляющей. 5. Ортез по пп.1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен амортизатором, расположенным с возможностью создания упругого усилия, дополняющего усилие, создаваемое пружиной, прижимающей кулачковый ролик к кулачку. 6. Ортез по пп.1 - 5, отличающийся тем, что направляющая выполнена в виде зажимной детали, имеющей в поперечном сечении примерно полукруглую форму. 7. Ортез по пп.1 - 6, отличающийся тем, что кулачок представляет собой верхний конец шины, жестко соединенной с оболочкой голени. 8. Ортез по пп.1 - 7, отличающийся тем, что оболочка бедра охватывает бедро дорсально и замыкается вентрально застежками-липучками, а оболочка голени охватывает голень вентрально и замыкается дорсально застежкой-липучкой. 9. Ортез по пп.1 - 9, отличающийся тем, что оболочка бедра имеет на своей внутренней стороне над внутренними щелками бедра мыщелковое ложе. 10. Ортез по п.9, отличающийся тем, что мыщелковое ложе выполнено в виде отдельного пелота. 11. Ортез по п.10, отличающийся тем, что мыщелковое ложе образовано деформируемой зоной. 12. Ортез по пп.1 - 11, отличающийся тем, что обе оболочки бедра и голени имеют для фиксации своего положения внутреннюю облицовку.