СПОСОБ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ РАСФИКСАЦИИ КОЛЕННОГО УЗЛА ПРОТЕЗА, ФИКСИРУЕМОГО ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОПОРНОЙ РЕАКЦИИ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК A61F2/64 

Предлагаемое изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению.

Известен способ принудительной расфиксации коленного узла протеза, реализуемый при эксплуатации так называемого протеза Подрезкова [1].

Этот протез содержит деревянные бедренную и голенную части, соединенные при помощи кривошипов фрикционным элементом (резиновым валиком). В фазу опоры, когда инвалид, эксплуатирующий этот протез, стоит, культя бедра, находясь в приемной гильзе, оказывает давление на фрикционный элемент (валик) и, следовательно, на голенную часть протеза и искусственную стопу. Протез "фиксирован". При переходе к фазе "заднего толчка" культя бедра с надетым на нее протезом отводится назад, в результате между валиком и бедренной и голенной частями протеза образуются зазоры, позволяющие "расфиксировать" протез и осуществить сгибание в коленном узле протеза в фазу переноса.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не всегда обеспечивает четкую расфиксацию коленного шарнира в нужный момент, поскольку на расфиксацию могут влиять разные факторы как поодиночке, так и в совокупности, а именно: самочувствие инвалида, метеорологические условия и рельеф местности, где передвигается инвалид, темп его ходьбы, "механическое" состояние отдельных частей протеза, ширина шага инвалида, связанная с углом отведения назад культи бедра с надетым на нее протезом (так как угол отведения культи назад связан с последующим задним толчком, а тот - с расфиксацией коленного узла для обеспечения выполнения фазы переноса).

Известны также различные устройства для осуществления этого способа - в настоящее время существует несколько видов (типов) коленных узлов, обеспечивающих автоматическую бесступенчатую фиксацию (запирание, заклинивание, замыкание) коленного шарнира при превышении заданного значения опорной реакции в широком диапазоне межзвенного коленного угла и автоматическое его расклинивание при величине опорной реакции, меньшей заданного значения. Все эти коленные узлы обладают следующим недостатком - величина опорной реакции, запирающей коленный шарнир, не должна превышать 30% от веса инвалида из соображений подкосоустойчивости и безопасности ходьбы. Это дает возможность инвалиду ходить со скоростью не более 2,5 - 3 км/ч, так как при более быстром темпе ходьбы, как и при ходьбе в норме (см. фиг. 1), в фазе заднего толчка коленный шарнир должен начать сгибаться при ~40% периода двойного шага, то есть, когда опорная реакция P^y выше 100% веса инвалида и продолжает расти, а значение Mzк.с.

максимально и разгибает коленный шарнир. При быстрой ходьбе и медленном беге на протезе "посылом" культи бедра вперед инвалид начинает сгибание коленного шарнира. Затем следует фаза опоры, отведением же культи бедра назад начинается расфиксация коленного шарнира и происходит его сгибание и перенос в соответствующую фазу. Анализ параметров ходьбы в норме (см. фиг. 1) показал, что наиболее подходящим параметром для выработки команды на размыкание коленного шарнира в фазе опоры является угол между туловищем и бедром -ϕ_Т.Б.С.. Трудно придумать, кроме опорной фазы ходьбы, жизненно важную для инвалида ситуацию, когда он должен опираться на протез при откинутом назад относительно туловища бедре, даже для обычного человека это большая редкость (гимнастика).

Известен, например, протез бедра с механизмом автоматической фиксации в коленном шарнире, коленный шарнир протеза - двухосный, одна его ось закреплена на гильзе голени, а вторая - на гильзе бедра, оси соединены подвижным звеном, в нижней части гильзы бедра установлен буфер, выполненный из материала с высокими фрикционными свойствами, к трубчатой части каркаса голени приварена коронка с дугообразной перемычкой, на оси коленного шарнира одним концом закреплена пружина, второй ее конец прикреплен к гильзе бедра, под нагрузкой гильза бедра опускается, преодолевая действие пружины, подвижное звено поворачивается и буфер прижимается к перемычке коронки голени. Размеры и расположение звеньев механизма выбраны таким образом, что при попытке согнуть протез в коленном шарнире под нагрузкой возникает заклинивание буферов и перемычки коронки, исключающее возможность сгибания бедра относительно голени [2].

Известен также кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности, обладающий аналогичным действием [3].

Все эти устройства (аналоги) имеют общий недостаток: они не имеют приспособлений для принудительной расфиксации.

Наиболее близким аналогом заявляемого устройства для реализации заявленного способа является устройство, содержащее рычаг, установленный на оси, и толкатель [4].

Недостаток известных способа и устройства состоит в том, что они не обеспечивают повышения комфортности и скорости ходьбы на протезах бедра с коленными узлами с автоматической бесступенчатой фиксацией коленного шарнира, обеспечиваемой опорной реакцией заданной величины, путем нейтрализации опорной реакции и расфиксации коленного шарнира в фазе заднего толчка за счет отведения культи бедра назад относительно туловища инвалида и подачи в этот момент команды на принудительную расфиксацию.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение комфортности и скорости ходьбы на протезах бедра с коленными узлами с автоматической бесступенчатой фиксацией коленного шарнира, обеспечиваемой опорной реакцией заданной величины, путем нейтрализации опорной реакции G•n и расфиксации коленного шарнира в фазе заднего толчка за счет отведения культи бедра назад относительно туловища инвалида и подачи в этот момент команды на принудительную расфиксацию.

Поставленная задача в части способа решается тем, что в способе принудительной расфиксации коленного узла протеза, фиксируемого при возникновении опорной реакции, заключающемся в отведении культи бедра с надетым на нее протезом назад при переходе от фазы опоры протезированной конечности к фазе заднего толчка, отличительной особенностью является то, что в момент отведения культи бедра назад для обеспечения и осуществления фазы переноса протеза коленный узел принудительно отпирают (проводят принудительную расфиксацию).

В части устройства поставленная задача решается тем, что в устройстве для осуществления способа, содержащем рычаг, установленный на оси, и толкатель, отличительной особенностью является то, что в него введены упор, кронштейн, тросик с боуденом (оболочкой), пояс с клапаном и подъемник, причем ось рычага является осью вращения упора и кронштейна, который крепится к приемной гильзе бедра протеза таким образом, чтобы ось рычага совпала с осью вращения тазобедренного сустава инвалида, причем рычаг одним концом вставлен между поясом и клапаном, а к другому его концу прикреплен тросик, второй конец тросика прикреплен к подъемнику, шарнирно соединенному с коленным узлом, на подъемник опирается толкатель, боуден (оболочка) одним концом прикреплен к упору, а другим - к коленному узлу.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих нейтрализацию опорной реакции и расфиксацию коленного шарнира в фазу заднего толчка за счет отведения культи бедра назад относительно туловища инвалида, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 2 схематически изображено устройство для принудительной расфиксации коленного узла, фиксируемого при возникновении опорной реакции.

Устройство содержит рычаг 1, ось рычага 2, упор 3, кронштейн 4, тросик 5, боуден (оболочка) 6, пояс 7, клапан 8, подъемник 9 и толкатель 10. Рычаг 1, упор 3 и кронштейн 4 соединены между собой осью рычага 2. Кронштейн 4 крепится к приемной гильзе бедра таким образом, чтобы ось рычага 1 совпала с осью вращения тазобедренного сустава инвалида. Рычаг 1 одним концом вставлен между поясом 7 и клапаном 8, а к другому его концу прикреплен тросик 5, второй конец тросика прикреплен к подъемнику 9, шарнирно соединенному с коленным узлом, а на подъемник опирается толкатель 10. Боуден 6 одним концом прикреплен к упору 3, а другим - к коленному узлу. Размеры l_G, l_n, l_p и h_p нужно подобрать таким образом, чтобы величина силы P_p не превышала 1 кг.

Устройство для принудительной расфиксации коленного узла, фиксируемого при возникновении опорной реакции, функционирует следующим образом.

При движении инвалида с надетым на культю бедра протезом с приемной гильзой и прикрепленным к ней кронштейном 4 вперед относительно туловища инвалида между упором 3 и кронштейном 4 образуется зазор, а при движении назад кронштейн 4 входит в контакт с упором 3 и, поворачивая упор 3 относительно рычага 1, вытягивает тросик 5 из боудена 6, в результате этого второй конец тросика поворачивает подъемник 9 вокруг его оси вращения и перемещает толкатель 10, преодолевая опорную реакцию G•n и размыкая таким образом коленный шарнир.

Обычно в коленных узлах, фиксируемых при возникновении опорной реакции, для их расфиксации нужны очень маленькие хода в пределах Δ_T = 0,1 - 0,3 мм. Задавшись приемлемыми значениями размеров α, l_n, l_p, h_p, G и "n", оценим величину P_p. Если вес инвалида G = 100 кг, коэффициент динамичности n = 1,3, α = 25^o, l_n = l_p = 50 мм, h_p ~ 200 мм - для человека среднего роста (1700 мм), тогда:
;
принимаем l_G = 0,8 мм, тогда усилие на тросик
и соответственно:

Такая величина силы на поясе инвалида вполне приемлема и не внесет дискомфорта при его быстрой ходьбе. Если же Δ_T = 0,15 мм, то P_p = 0,26 кг.

Пример конкретного выполнения способа
Инвалид Ж-ин с культей бедра много лет пользовался протезом нижней конечности с коленным узлом с автоматической фиксацией. Протез при его эксплуатации неоднократно давал "сбои": плохо иногда происходила расфиксация коленного узла в фазу заднего толчка. Когда протез был снабжен предлагаемым устройством принудительной расфиксации, то эффективность пользования протезом резко возросла - практически расфиксация происходит всегда четко и вовремя.

Применение способа принудительной расфиксации коленного узла протеза, фиксируемого при возникновении опорной реакции, и устройства для его осуществления обеспечивает возможность инвалиду быстро ходить и медленно бегать на протезах бедра с коленными узлами, фиксируемыми при возникновении опорной реакции, а также обеспечит повышенную безопасность, комфортность и антропоморфность ходьбы и бега.

Изобретение предназначено для повышения комфортности и скорости ходьбы на протезах бедра с коленными узлами с автоматической бесступенчатой фиксацией коленного шарнира, обеспечиваемой опорной реакцией заданной величины, путем нейтрализации опорной реакции и расфиксации коленного шарнира в фазе заднего толчка за счет отведения культи бедра назад относительно туловища инвалида и подачи в этот момент команды на принудительную расфиксацию и может быть использовано в протезировании и протезостроении. В момент отведения культи бедра назад в фазу заднего толчка для подготовки и осуществления фазы переноса коленный узел принудительно отпирают (проводят принудительную расфиксацию). В коленном узле протеза установлены упор, кронштейн, тросик с боуденом (оболочкой), пояс с клапаном и подъемник. Ось рычага является осью вращения упора и кронштейна, который крепится к приемной гильзе бедра протеза таким образом, чтобы ось рычага совпала с осью вращения тазобедренного сустава инвалида. Рычаг одним концом вставлен между поясом и клапаном, а к другому его концу прикреплен тросик, второй конец которого прикреплен к подъемнику, шарнирно соединенному с коленным узлом. На подъемник опирается толкатель, а боуден (оболочка) одним концом прикреплен к упору, а другим - к коленному узлу. Технический результат заключается в обеспечении возможности быстрого хождения и медленного бега, повышении безопасности, комфортности и антропоморфности ходьбы и бега. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. .

1. Способ принудительной расфиксации коленного узла протеза, фиксируемого при возникновении опорной реакции, заключающийся в отведении культи бедра с надетым на нее протезом назад при переходе от фазы опоры протезированной конечности к фазе заднего толчка, отличающийся тем, что в момент отведения культи бедра назад в фазу заднего толчка для подготовки и осуществления фазы переноса коленный узел принудительно отпирают (проводят принудительную расфиксацию). 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее рычаг, установленный на оси, и толкатель, отличающееся тем, что в него введены упор, кронштейн, тросик с боуденом (оболочкой), пояс с клапаном и подъемник, причем ось рычага является осью вращения упора и кронштейна, который крепится к приемной гильзе бедра протеза таким образом, чтобы ось рычага совпала с осью вращения тазобедренного сустава инвалида, причем рычаг одним концом вставлен между поясом и клапаном, а к другому его концу прикреплен тросик, второй конец тросика прикреплен к подъемнику, шарнирно соединенному с коленным узлом, на подъемник опирается толкатель, боуден (оболочка) одним концом прикреплен к упору, а другим - к коленному узлу.