ГОЛЕНОСТОПНЫЙ УЗЕЛ ПРОТЕЗА Российский патент 2003 года по МПК A61F2/66 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению.

Изо всех видов объектов протезирования частей человеческого организма наиболее потребляемой его продукцией являются протезы, имитирующие частично или полностью нижние конечности. При этом к их качеству (конструкции и изготовлению) предъявляются высокие требования, поскольку эти протезы, по своей сути, являются индивидуальным средством передвижения.

Современный уровень развития науки и техники позволяет создавать протезы, максимально приближающиеся по характеру действия к утраченной части нижней конечности, но не всегда и не везде уровень экономического благосостояния страны и, непосредственно, потребителей позволяет широко их использовать.

Поэтому множество технических решений, в основе которых лежат классические кинематические схемы взаимодействия элементов, в сочетании с использованием новых достижений в материаловедении, будут востребованы в той или иной мере еще длительный период. Разнообразие известных в настоящее время протезов нижних конечностей условно можно группировать по общности как конструктивных признаков, так и функциональных, анализируя которые легче выявлять характер недостатков и пути их уменьшения или ликвидации.

Так, например, значительную группу протезов составляют те, которые используют различные (чаще целиком жесткие) регулировочные головки, выполненные из сочленяющихся элементов разной геометрической формы, в сочетании с группой винтов, выполняющих функцию как крепежных, так и регулировочных элементов. Примерами таковых являются: регулировочное приспособление для протеза ноги (патент US 5888233 А, А 61 F 2/62, 02.10.97); крепежное устройство для протеза (заявка WO 991639/A1,А 61 F 2/56, 23.09.98), регулируемый адаптер для протеза головки (заявка WO 9843559/A1, А 61 F 2/76, 02.04.98) и т.п.

Из общего количества известных протезов, следует отметить и группу протезов нижних конечностей, использующих сочетание пружинящих элементов, типа подпружиненных штоков, и элементов, изготовленных из эластичного или иного амортизирующего материала. При этом подпружиненный шток может являться как элементом гидро-или пневмоцилиндра (см. описание патента FR 2770772 А1, А 61 F 2/60, 07.11.97), так и амортизирующим элементом, размещенным внутри стопы (см. описание патента RU 2151578, А 61 F 2/60, 05.06.96) или над стопой (см. описание патента RU 2132665, А 61 F 2/60).

В основу настоящего изобретения положена техническая задача разработки механизма, позволяющего ограничивать подвижность стопы в голеностопном шарнире в момент стояния инвалида.

Поставленная задача решена тем, что в известном по патенту RU 2132665 голеностопном узле протеза, содержащем каркас стопы с корпусом подрессорной щиколотки, связанный с фиксатором трубки голени посредством подпружиненного штока, при этом связь штока с фиксатором выполнена жесткой, а с каркасом стопы - с возможностью ограниченного смещения относительно друг друга, по оси протеза в корпусе щиколотки установлены с зазором друг над другом два подшипника скольжения с антифрикционными вкладышами, охватывающими дистальный конец штока, выполненный ступенчатым за счет размещения на нем насадки большего диаметра. Корпусы подшипников выполнены эластичными. Верхний корпус состоит из двух колец, закрепленных в полости корпуса щиколотки с фиксированным зазором и возможностью изменения их жесткости. Для этого вкладыш верхнего подшипника с одной стороны выполнен фланцевым, а с другой снабжен гайкой, которыми и осуществлено прижатие обоих колец к кольцевому выступу корпуса щиколотки, с возможностью изменения расстояния между ними. Насадка штока выполнена выпуклой формы, например эллипсоидальной.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид голеностопного узла в разрезе в сагиттальной плоскости.

Голеностопный узел содержит каркас 1 стопы антропоморфной формы и размера, внутри которого закреплен корпус 2 подрессоренной щиколотки, выполненный в виде ступенчатого стакана. Между каркасом 1 и корпусом 2 щиколотки размещена рессора 3, придающая щиколотке качество подрессоренной. По оси протеза внутри корпуса щиколотки установлены с зазором друг над другом два подшипника скольжения с антифрикционными вкладышами, корпусы которых выполнены эластичными. Корпус 4 нижнего подшипника выполнен в виде цилиндрической опоры для корпуса щиколотки, контактирующей с ним своей боковой поверхностью, антифрикционный вкладыш 5 выполнен из антифрикционного материала и охватывает дистальный конец штока 6, имеющим насадку 7, образующая профиля которой выполнена выпуклой формы, например эллипсоидальной, и образующую округлую ступеньку на штоке за счет увеличенного диаметра.

Корпус верхнего подшипника выполнен в виде двух колец 8 и 9, закрепленных в полости корпуса щиколотки с фиксированным зазором и возможностью уменьшения их жесткости и разделенных между собой внутренним кольцевым выступом 10, выполненным в верхней части корпуса 2 щиколотки. Антифрикционный вкладыш 11 этого подшипника, охватывающий шток 6, с нижней стороны имеет фланец 12, контактирующий с торцом нижнего кольца 8. На верхней части вкладыша имеется резьба для гайки 13, контактирующей с верхней торцевой поверхностью кольца 9. Вращением гайки 13 можно изменять расстояние между ней и фланцем 12 и тем самым регулировать жесткость колец 8 и 9. Таким образом, кольца 8 и 9 играют двойную роль, а именно, являются корпусом подшипника скольжения, удерживающим вкладыш, и являются элементом амортизации. Вкладыш этого подшипника выполняет, в свою очередь, также двойную роль, т.е. является дополнительно регулятором жесткости.

Проксимальный конец штока 6 имеет нарезку под гайку 14 и кольцевой бурт 15, между которыми помещено основание фиксатора 16 трубки 17 голени. Верхняя часть фиксатора выполнена, например, в виде стяжного хомута, а на основании фиксатора выполнен фланец 18. Между кольцевой поверхностью 19, образованной ступенчатым корпусом 2 щиколотки и фланцем 18 жестко закреплена, любым традиционным способом, пружина 20 рекуператора энергии, работающая в паре со штоком 6.

При изготовлении конкретного голеностопного протеза регулировку величины его вертикальных перемещений осуществляют подбором жесткости пружины 20 по индивидуальным показаниям в зависимости от веса инвалида. Регулировку угловых перемещений голеностопного узла в сагиттальной и фронтальных плоскостях осуществляют изменением жесткости эластичных колец 8 и 9 корпуса подшипника, путем изменения расстояния между гайкой 13 и фланцем 12 вкладыша-регулятора, как было указано выше.

Протез работает следующим образом: в исходном положении, т.е. при стоянии инвалида, на протезе трубка 17 голени и шток 6 перпендикулярны рессоре 3 каркаса 1 стопы и соответственно поверхности опоры. Под действием силы, обусловленной весом инвалида, пружина 20 рекуператора энергии сжата, дистальный конец штока 6 с выпуклой насадкой 7 находится примерно в средней части корпуса опоры 4. Гайка 13 вкладыша-регулятора жесткости, упираясь в верхнее эластичное кольцо 9, образует дополнительную опору для трубки 17 голени, что обеспечивает устойчивость системы "человек-протез". В начале ходьбы протез выносится вперед по ходу движения, пружина 20 рекуператора энергии разжимается, перемещая корпус стопы 1 вниз, а насадку 7 со штоком 6 - вверх, обеспечивая плавное удлинение протеза, чем смягчается сила воздействия пружины 20. Величина удлинения протеза зависит от величины перемещения насадки 7 штока 6 и подбирается в процессе регулировки протеза жесткостью пружины 20 рекуператора энергии по индивидуальным показаниям пациента.

При опоре на пятку, под действием компоненты силы веса тела инвалида и реакции опоры, пружина 20 изгибается в сторону пятки, выпуклая насадка 7 обеспечивает необходимый угол наклона штока 6 относительно опоры, а эластичные кольца 8 и 9, сжимаясь в сторону пятки, оказывают амортизационное и ограничивающее воздействие на шток 6, обеспечивая плавность угловых перемещений во фронтальной и сагиттальной плоскостях.

При переносе веса тела инвалида на стопу (полная опора) пружина 20 рекуператора постепенно сжимается, выпуклая насадка 7 и эластичные кольца 8 и 9 возвращаются в исходное положение, обеспечивая плавность нарастания нагрузок от веса тела инвалида на стопу и плавность укорочения протеза.

В период переката стопы при движении вперед компонента силы, действующая в вертикальном направлении на протез, уменьшается, пружина 20 рекуператора изгибается вперед, шток 6 наклоняется в сторону носка корпуса 1 стопы за счет переката выпуклой насадки 7 внутри опоры 4 с антифрикционным вкладышем, эластичные кольца 8 и 9 сжимаются в сторону носка стопы, оказывая тормозное воздействие на шток 6 и обеспечивая тем самым плавность переката стопы.

Таким образом, за счет использования эластичных колец 8 и 9 с регулятором жесткости обеспечивается плавность угловых перемещений во фронтальной и сагиттальной плоскостях; за счет регулируемой жесткости пружины 20 рекуператора энергии обеспечивается необходимая величина и плавность вертикального удлинения и укорочения "протеза в процессе ходьбы; за счет упора гайки 13 и фланца 12 вкладыша подшипника обеспечивается зарессоренность угловых перемещений штока 6, что позволяет сохранять устойчивость вертикального положения, т.к. ограничивается угловая подвижность голеностопного шарнира в момент опоры при стоянии инвалида на протезе. Все это способствует естественности ходьбы и облегчает стояние на протезе без дополнительных усилий (мышечных) инвалида.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению, и может быть использовано в составе протеза нижних конечностей инвалида с возможностью ограничения угловой подвижности стопы в момент стояния. Устройство содержит каркас стопы, корпус 2 подрессоренной щиколотки, внутри которого по оси размещены два подшипника скольжения, охватывающих дистальный конец ступенчатого подпружиненного штока 6, связанного жестко с фиксатором трубки голени и возможностью ограниченного взаимного перемещения с корпусом щиколотки. Корпусы подшипников скольжения выполнены эластичными, нижний из которых является опорой щиколотки, а верхний - демпфером. Технический результат заключается в обеспечении естественности ходьбы и облегчении стояния на протезе без дополнительных усилий инвалида. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Голеностопный узел протеза, содержащий каркас стопы с корпусом подрессоренной щиколотки, связанный с фиксатором трубки голени посредством подпружиненного штока, при этом связь штока с фиксатором выполнена жесткой, а с каркасом стопы - с возможностью ограниченного смещения относительно друг друга, отличающийся тем, что по оси протеза в корпусе щиколотки установлены с зазором друг над другом два подшипника скольжения с антифрикционными вкладышами, охватывающими дистальный конец штока, выполненный ступенчатым за счет размещения на нем насадки большего диаметра, корпусы подшипников выполнены эластичными, при этом верхний из них состоит из двух колец, закрепленных в полости корпуса щиколотки с фиксированным зазором и возможностью изменения их жесткости.2. Голеностопный узел протеза по п.1, отличающийся тем, что вкладыш верхнего подшипника с одной стороны выполнен фланцевым, а с другой стороны снабжен гайкой, с возможностью изменения расстояния между ними.3. Голеностопный узел протеза по п.1, отличающийся тем, что образующая профиля насадки штока выполнена выпуклой формы, например эллипсоидальной.