Область техники
Изобретение относится к протезу стопы, имитирующему человеческую стопу в отношении выполняемых функций. Протез стопы обладает возможностью движения заднего отдела стопы в трех плоскостях, способностью движения среднего отдела стопы и переднего отдела стопы в двух плоскостях и хорошими низкодинамическими характеристиками, обеспечивающими улучшение походки и комфортности человека с ампутированной ногой при выполнении действий, связанных с ходьбой, бегом и прыжками. Описан также компонент протеза голеностопного сустава, обеспечивающий возможность движения заднего отдела стопы в трех плоскостях, предназначенный для совершенствования существующих дешевых протезов стопы.
Предшествующий уровень техники
Специалистам в области протезирования известны выпускавшиеся до сих пор протезы стопы, обладающие способностью к различной степени движения. В большинстве известных протезов стопы для обеспечения этой способности к движению применяются металлические шарниры с резиновыми амортизаторами. Эти детали подвержены механическим повреждениям и износу. Известные протезы стопы являются также дорогостоящими в отношении изготовления и содержания в исправности. Например, ни один из обычных протезов стопы не позволяет имитировать характеристики походки человека, и хотя известные конструкции допускают некоторые возможности движения, обычный протез стопы не обладает типичными для человека характеристиками. Эти характеристики относятся к биомеханической функции человеческой стопы и голеностопного сустава при формировании походки. Применяемые до сих пор протезы стопы не достигают истинных характеристик человеческой походки, поскольку особенности их конструкции не имитируют человеческую стопу.
Стопа человека представляет собой комплекс, состоящий из двадцати шести отдельных костей. Кости стопы соединяются между собой, образуя суставы. Суставы стопы обеспечивают посредством этих соединений возможность движения. Способность к движению определенного сустава зависит от костных соединений, крепления связок и мышечного управления. Способность к движению определенных суставов стопы была достаточно широко изучена в прошлом. Эти научные исследования выявили четырнадцать различных осей вращения всех суставов стопы человека. Благодаря глубокому анализу выявлено, как эти оси вращения и способности к движению определяют действия, связанные с ходьбой и прыжками. Протез стопы, являющийся предметом настоящего изобретения, выполнен в свете этих научных исследований с целью получения усовершенствованного протеза стопы, имитирующего функционирование стопы человека с целью придания человеку с ампутированной ногой характеристик нормальной человеческой походки и улучшения качества его жизни.
Протез стопы, являющийся предметом настоящего изобретения, состоит из переднего отдела стопы, среднего отдела стопы и заднего отдела стопы, причем задний отдел стопы содержит первое и второе сочленения, допускающие движение протеза стопы при ходьбе по замкнутой кинетической цепи. Первое сочленение имеет ось сочленения, ориентированную на то, чтобы допустить движение заднего отдела стопы относительно оси первого сочленения, по меньшей мере, в основном расположенной в сагиттальной плоскости. Второе сочленение имеет ось сочленения, ориентированную таким образом, чтобы допустить движение заднего отдела стопы относительно оси второго сочленения, находящейся, по меньшей мере, во фронтальной и поперечной плоскостях. В описанных в качестве примера вариантах реализации первое и второе сочленения образуют одно целое с задним отделом стопы с помощью соответствующих распорок из упругого материала заднего отдела стопы. Более конкретно, в одном из приведенных в качестве примера вариантов реализации передний, средний и задний отделы стопы образуют единый элемент из пластмассы, выполненный путем литья и/или механической обработки.
Во втором варианте реализации усовершенствованный протез стопы согласно изобретению выполнен путем использования компонента протеза голеностопа, который прикреплен к существующему низкопрофильному протезу стопы в качестве функционального усовершенствования. Компонент протеза голеностопа содержит первое и второе сочленения, образующие часть заднего отдела стопы. В обоих вариантах реализации первое сочленение заднего отдела имитирует голеностопный сустав, а второе сочленение имитирует подтаранный сустав, что позволяет ноге функционировать подобно нормальной ноге.
Подтаранное сочленение в заднем отделе стопы в описанных вариантах реализации образует средство, допускающее движение протеза стопы при ходьбе в трех плоскостях по замкнутой кинетической цепи. Эта способность к движению в трех плоскостях способствует улучшению качества установки стопы на подошву во время фазы установки при ходьбе. Она уменьшает также усилия сдвига оставшейся конечности в углубление, связанные с движением в поперечной плоскости.
В первом примере варианта реализации протеза стопы согласно изобретению подошвенная поверхность среднего отдела стопы имеет продольный свод, выполненный с вогнутостью, имеющей продольную ось, отклоняющуюся во фронтальной плоскости на 25°-42° от поперечной плоскости с целью обеспечения возможностей движения во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Медиальная часть вогнутости продольного свода больше в радиусе и более проксимальна, чем боковая часть вогнутости. Продольному своду придана форма, позволяющая создать возможность высоких потенциальных низкодинамических характеристик стопы при ходьбе, так что медиальная часть обладает относительно более высокими потенциальными динамическими характеристиками, а боковая часть продольного свода обладает относительно более низкими потенциальными динамическими характеристиками.
Задняя сторона переднего отдела протеза стопы включает в себя, по меньшей мере, одно отверстие расширительного стыка, проходящее через часть переднего отдела стопы между его тыльной и подошвенной поверхностями. Расширительный стык проходит вперед от отверстия расширительного стыка и до передней кромки переднего отдела стопы для формирования множества компенсационных распорок, обеспечивающих улучшение способности движения в двух плоскостях переднего отдела стопы. На поверхностных участках выполненного как одно целое протеза стопы применяются вогнутости и выпуклости наряду с ориентацией его продольной оси, подобранной таким образом, чтобы получить динамические характеристики и способность к движению, позволяющие имитировать стопу человека.
Эти и иные задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными благодаря приведенному далее подробному описанию приведенных в качестве примера вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Лучшего понимания приведенного выше настоящего изобретения можно добиться благодаря следующему детальному описанию приведенных в качестве примеров вариантов реализации и пунктов формулы изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами, все вместе образует часть раскрытия изобретения. Хотя приведенное выше и далее и проиллюстрированное изложение сосредоточено на нескольких вариантах реализации изобретения, следует ясно понимать, что все это может служить только в качестве иллюстрации и примера, но не ограничивает пределы изобретения. Сущность и объем настоящего изобретения ограничиваются только содержанием прилагаемой формулы изобретения.
Ниже приведено краткое описание чертежей, на которых:
на фиг.1 показано трехмерное изображение, спереди справа и слегка сверху, протеза правой стопы, согласно первому варианту реализации изобретения;
на фиг.2 показано изображение сбоку протеза стопы с фиг.1, помещенного в косметическое покрытие стопы, показанное пунктиром, и находящегося в положении для соединения с прилегающим протезом на культе ноги, также показанным пунктиром;
на фиг.3 показано изображение протеза стопы с фиг.1 с медиальной стороны;
на фиг.4 показано изображение протеза стопы с фиг.1 сверху;
на фиг.5 показано изображение протеза стопы с фиг.1 снизу;
на фиг.6 показано схематическое изображение оси голеностопного сочленения протеза стопы, проектируемого на фронтальную плоскость, на котором видно, что ось голеностопного сочленения отклоняется от поперечной плоскости на угол β с медиальной стороны более проксимально, чем с боковой стороны;
на фиг.7 показано изображение распорки голеностопного сочленения в поперечном разрезе, выполненном по линии VII-VII на фиг.3;
на фиг.8 показано схематическое изображение оси голеностопного сочленения протеза стопы, проецируемой на сагиттальную плоскость, на котором видно, что ось голеностопного сочленения отклоняется от поперечной плоскости на угол θ с передней стороны более проксимально, чем с задней стороны;
на фиг.9 показано схематическое изображение оси подтаранного сочленения протеза стопы, проецируемой на сагиттальную плоскость, на котором видно, что ось подтаранного сочленения с поперечной плоскостью образует угол ψ с передней стороны более проксимально, чем с задней стороны;
на фиг.10 показано схематическое изображение подтаранного сочленения протеза стопы, проецируемого на фронтальную плоскость, с осью, образующей угол ω с поперечной плоскостью с медиальной стороны более проксимально, чем с боковой стороны;
на фиг.11 показано в увеличенном масштабе тыльное изображение сверху протеза стопы с фиг.1, на котором штриховыми линиями показано расположение вогнутостей и выпуклостей на тыльной поверхности тела стопы, предназначенных для осуществления движения стопы при ходьбе;
на фиг.12 показано в увеличенном масштабе подошвенное изображение снизу протеза стопы с фиг.1, на котором добавлены линии для показа участков контакта стопы в среднем положении на ровной поверхности при ходьбе и на котором добавлены штриховые линии для изображения вогнутостей на плоской поверхности тела, предназначенных для осуществления движения стопы при ходьбе;
на фиг.13 показано изображение в поперечном разрезе нижней части среднего отдела тела протеза стопы, выполненном по линии XIII-XIII на фиг.2, демонстрирующее наклон продольного свода под углом ∈ относительно поперечной плоскости с медиальной стороны более проксимально, чем с боковой стороны;
на фиг.14 показано изображение сбоку выполненного как одно целое металлического устройства крепления протеза стопы;
на фиг.15 показано изображение сверху устройства с фиг.14;
на фиг.16 показано изображение сверху нижней крепежной пластины устройства с фиг.14;
на фиг.17 показано трехмерное изображение аппарата голеностопа согласно настоящему изобретению с прикрепленным к его верхней поверхности протезом нижней конечности, причем аппарат голеностопа применим в качестве приставки к существующему низкопрофильному протезу стопы "Сиэтл" или аналогичному протезу в качестве функционального усовершенствования стопы, причем это сочетание образует другой вариант реализации усовершенствованного протеза стопы согласно изобретению;
на фиг.18 показано изображение сбоку правой стороны аппарата голеностопа с фиг.17;
на фиг.19 показано изображение спереди аппарата голеностопа с фиг.17;
на фиг.20 показано изображение сбоку левой стороны аппарата голеностопа с фиг.19;
на фиг.21 показано изображение сзади аппарата голеностопа с фиг.17;
на фиг.22 показано изображение снизу аппарата голеностопа, ориентированного так, как показано на фиг.21;
на фиг.23 показано изображение сзади аппарата голеностопа, сходного с показанным на фиг.21, но показывающего пунктирными линиями Т-образную гайку, погруженную в упругое тело аппарата голеностопа для крепления аппарата голеностопа к протезу стопы с помощью резьбового болта;
на фиг.24 показано изображение сверху Т-образной гайки, показанной пунктиром на фиг.23;
на фиг.25 показано изображение сбоку Т-образной гайки с фиг.24 и ввинченного в нее резьбового болта;
на фиг.26 показано изображение сверху проема в обычном протезе стопы "Сиэтл" или аналогичном протезе в продольном разрезе по линии XXVII-XXVII;
на фиг.27 показано изображение сбоку протеза стопы с фиг.26;
на фиг.28 показано изображение сбоку протеза с фиг.27, функционально усовершенствованного путем присоединения аппарата голеностопа с фиг.17-23 с образованием протеза стопы согласно другому варианту реализации настоящего изобретения.
Предпочтительный вариант реализации изобретения
Как показано на чертежах, протез стопы 1 по первому варианту реализации изобретения включает в себя тело 2, выполненное из упругого, полужесткого материала, в представленном варианте реализации пластмассы, формованного с передним, средним и задним отделами 2А, 2В и 2С стопы соответственно. Косметическое покрытие 3 стопы окружает тело 2 так, как показано на фиг.2. Тело 2 в представленном варианте реализации формуется путем литья под давлением или путем заливки материала тела в матрицу. Однако для формовки тела 2 могут применяться другие процессы, такие как вытачивание тела из сплошного куска упругого, полужесткого материала или, например, путем сочетания литья и механической обработки. Пластиком для изготовления тела 2 служит эластомер, в проиллюстрированном примере полиуретан, но возможно использование других пластиков или композитных материалов. Тело 2 стопы профилировано и сконструировано таким образом, чтобы имитировать описанную здесь способность заднего отдела стопы двигаться в трех плоскостях, среднего и переднего отделов двигаться в двух плоскостях, при динамических характеристиках заднего, среднего и переднего отделов, не вызывающих вращательного движения.
Способность задней части стопы к движению в трех плоскостях достигается за счет заднего отдела 2С стопы, включающего в себя первое и второе сочленения 4 и 5, допускающие движение протеза стопы при ходьбе по замкнутой кинетической цепи. Первое сочленение 4 действует как голеностопный сустав. Второе сочленение 5 действует как подтаранный сустав. Ось 4А вращения голеностопного сочленения ориентирована таким образом, чтобы допустить движение заднего отдела 2С стопы относительно оси 4А сочленения, которая, по меньшей мере, частично находится в сагиттальной плоскости. Более конкретно, ось первого сочленения при проецировании на поперечную плоскость повернута наружу под углом α в пределах от 8° до 30° к линии, проведенной перпендикулярно к продольной оси с медиальной стороны больше вперед, чем с боковой стороны, как показано на фиг.4. Задний отдел стопы выполнен с медиальной и боковой лодыжками, расположенными вдоль линии, повернутой наружу под углом 8°-30° относительно линии, перпендикулярной продольной оси стопы, причем лодыжки расположены над осью первого сочленения с медиальной лодыжкой более проксимальной, чем боковой. Ось 4А голеностопного сочленения отклоняется также от поперечной плоскости на угол β, равный 8°, с медиальной стороны более проксимально, чем с боковой стороны, как показано на фиг.6. Такая ориентация оси вращения голеностопного сочленения позволяет протезу стопы имитировать возможности движения голеностопного сустава человеческой стопы в сагиттальной и фронтальной плоскости.
Движение протеза стопы в незамкнутой кинетической цепи невозможно из-за недостатка мышечного управления. Однако при движении в замкнутой кинетической цепи тыльное сгибание с отведением проявляется как движение вперед ноги на стопе с внутренним вращением ноги. Сгибание подошвы с отведением проявляется как движение назад ноги на стопе с наружным вращением ноги. Силы опорной реакции грунта создают эти движения посредством протеза стопы 1.
Голеностопное сочленение 4 и подтаранное сочленение 5 образуют одно целое с задним отделом 2С стопы с помощью соответствующих распорок 4В и 5В, выполненных из упругого материала в заднем отделе. Каждая из распорок растянута в направлении соответствующих осей их сочленений. Поверхности передней и задней сторон распорки 4В голеностопного сочленения и поверхности медиальной и боковой сторон распорки 5В подтаранного сочленения обладают вогнутостью, предназначенной для передачи и поглощения усилий при движении заднего отдела относительно осей голеностопного и подтаранного сочленений. Обладающая вогнутостью поверхность передней стороны распорки 4В образуется по периферии отверстия 6, проходящего сквозь задний отдел 2С стопы вдоль передней стороны распорки 4В. Диаметр d1 отверстия 6 в стопе 1 равен 5/8 дюйма, но может варьироваться в зависимости от общих размеров тела 2 стопы 1.
Перед отверстием 6 располагается зазор 7, допускающий движение заднего отдела 2С стопы относительно оси 4А сочленения. Высоту 8 зазора 7 подбирают таким образом, чтобы нижняя поверхность тела 2, прилегающая к зазору 7, действовала как упор в отношении противоположной верхней поверхности, образующей зазор, чтобы ограничить движение заднего отдела 2С стопы относительно оси 4А голеностопного сочленения при тыльном сгибании. Чем шире передний зазор, тем больше возможная амплитуда движения при тыльном сгибании. Отверстие 6 в проиллюстрированном варианте реализации проходит в направлении, параллельном оси 4А сочленения.
Задней стороной распорки 4В голеностопного сочленения заднего отдела 2С стопы является вогнутость диаметром d2, равным 
дюймам в варианте реализации, но он может варьироваться в зависимости от общих размеров тела 2. Например, для стопы подростков и маленьких детей диаметр d2 может быть меньше. Проксимальная часть вогнутости 9 предпочтительно проходит в направлении, параллельном оси 4А голеностопного сочленения. Периферическая часть вогнутости 9 может проходить в направлении, параллельном оси 4А голеностопного сочленения, или же проходить в направлении, параллельном фронтальной плоскости. Эта кривизна необходима для поглощения ударных воздействий и для более широкой амплитуды движения сгибания подошвы относительно голеностопного сочленения. Для создания возможности движения голеностопного сочленения может варьироваться ширина w и толщина t пластиковой распорки 4В голеностопного сочленения, см. фиг.1, так же как плотность, твердость и другие характеристики применяемого материала. Например, для протеза ноги выше колена требуются иные характеристики движения, чем для протеза ноги ниже колена.
В области протезирования хорошо известно, что пяточный рычаг создает изгибающий крутящий момент, а рычаг носка создает растягивающий крутящий момент. В результате требования к движению различаются для протеза ноги выше колена и протеза ниже колена. В результате протез ноги выше колена может иметь иной радиус кривизны задней вогнутости голеностопного сочленения и может быть выполнен из менее плотного материала. Следствием этого будет уменьшение пяточного рычага и связанного с ним результирующего изгибающего крутящего момента. Ось 4А голеностопного сочленения, спроецированная на сагиттальную плоскость, отклоняется от поперечной плоскости на угол θ с передней стороны более проксимально, чем с задней стороны. Угол θ в прилагаемом варианте реализации равен углу β на фиг.6, т.е. 8°.
Подтаранное сочленение 5 на протезе стопы 1 расположено ниже и проходит в ином направлении, чем голеностопное сочленение 4. Ось 5А подтаранного сочленения проходит вдоль распорки 5В подтаранного сочленения и ориентирована таким образом, чтобы допустить движение заднего отдела 2С стопы во всех трех, т.е. во фронтальной, поперечной и сагиттальной, плоскостях, хотя в первую очередь во фронтальной и поперечной плоскостях. Ось 5А сочленения проходит в заднем отделе 2С стопы от задней, подошвенной и боковой стороны к передней, тыльной и медиальной стороне. Предпочтительно ось 5А сочленения, проецируемая на поперечную плоскость, наклонена под углом Δ1, равным 9°-23°, к продольной оси Х-Х стопы, показанной на фиг.4. В приведенном в качестве примера варианте реализации угол Δ1 равен 23°. Ось 5А сочленения, проецируемая на сагиттальную плоскость (наклонная ось сочленения 5), при наблюдении в направлении стрелки В на фиг.1 образует с поперечной плоскостью угол ψ, равный 29°-4 5°, как показано на фиг.9. В описанном варианте реализации угол ψ равен 30°.
Подтаранное сочленение 5 связано с внутренней и наружной сторон отверстиями 10 и 11, проходящими параллельно оси 5А сочленения. Диаметр d3 отверстий может меняться в зависимости от общих размеров тела 2. В описанном варианте реализации он равен 3/16 дюйма. Вдоль подтаранного сочленения наружу от отверстий 10 и 11 располагаются соответственно медиальный и боковой зазоры 12 и 13, обращенные к периферии тела 2 стопы, предназначенные для того, чтобы допустить движение заднего отдела 2С стопы относительно оси 5А подтаранного сочленения. Высоту 14 медиального зазора 12 и высоту 15 бокового зазора 13 подбирают таким образом, чтобы нижняя поверхность заднего отдела 2С стопы, определяющая каждый зазор, действовала в качестве упора для противоположной верхней поверхности, определяющей зазор, для ограничения степени изгибающего или вращательного движения заднего отдела стопы относительно оси 5А сочленения при вывороте и отклонении от нормального положения при ходьбе. Высота медиального зазора 14 предпочтительно превышает примерно в два раза высоту бокового зазора 15. В приведенном варианте реализации высота 14 равна 1/8 дюйма, а высота 15 равна 1/16 дюйма. Ось 5А сочленения, проецируемая на фронтальную плоскость при наблюдении в направлении, указанном стрелкой А на фиг.2, наклонена под углом ω к поперечной плоскости с медиальной стороны более проксимально, чем с боковой стороны, как показано на фиг.10.
Ось 5А вращения подтаранного сочленения в протезе стопы 1 имитирует функционирование подтаранного сустава человеческой стопы. Значение ориентации продольной оси 5А вращения сочленения 5 наружу на 9-23° относительно продольной оси стопы заключается в допуске возможности движения в медиальной и боковой или фронтальной плоскости. Степень возможного движения во фронтальной плоскости протеза стопы в сочленении 5 определяется высотой медиального и бокового зазоров 14 и 15 подтаранного сочленения. Поскольку человеческая стопа обладает обычно способностью к отклонению от нормального положения порядка 20° и вывороту порядка 10° относительно подтаранного сустава человеческой стопы, медиальный зазор 14 протеза стопы 1, как было указано выше, предпочтительно в два раза превышает по ширине боковой зазор 15, чтобы обеспечить степень отклонения от нормального положения, превышающую степень выворота.
Кривизна медиальной и боковой сторон распорки 5В, образуемая отверстиями 10 и 11, препятствует разрушению пластика за счет уменьшения концентрации напряжений. Наклонная ось вращения подтаранного сочленения, фиг.9, позволяет сочленению действовать подобно угловому шарниру. Был создан простой преобразователь крутящего момента, и вращение протеза или вертикального сегмента, соединенного со стопой 1, приведет к почти такому же вращению (в случае, если угол ψ равен 45°) горизонтального сегмента. Такая ориентация позволит повысить способность к движению в поперечной и фронтальной плоскостях. Когда угол ψ наклонной оси подтаранного сочленения 5 равен 30° вместо 45°, ось оказывается в два раза ближе к горизонтальной плоскости, чем к вертикальной плоскости и движение стопы во фронтальной плоскости в два раза превышает движение в поперечной плоскости при заданном вращении ноги вокруг ее продольной оси. Важность способности к движению в поперечной плоскости на подтаранном сочленении 5 заключается в поглощении крутящего момента в поперечной плоскости, уменьшении усилий сдвига на поверхности раздела культи и углубления и в устранении необходимости добавления к протезу стопы отдельного поглотителя крутящего момента.
Средняя величина вращения в поперечной плоскости нижней части ноги человека составляет при ходьбе 19°. Подтаранный сустав является механизмом человеческой стопы, так же как и протеза стопы 1, допускающим этот поворот на 19°. Движение по замкнутой кинетической цепи подтаранного сочленения 5 в стопе 1 остается во фронтальной плоскости отклонением от нормального положения при супинации и выворотом при пронации. Функциональный диапазон движения подтаранного сустава при ходьбе равен 6° от общего движения. В случае, когда для протеза стопы 1 требуется только движение на 6° во фронтальной плоскости, существует возможность наклонить наклонную ось сустава 5 в направлении верхнего предела диапазона 30°-45°, чтобы повысить комфортность.
Задний отдел 2С стопы 1 выполнен также с пятой 16 с задним боковым углом 17, который является в большей степени задним и боковым, чем медиальный угол пяты, чтобы стимулировать выворот заднего отдела стопы во время начальной фазы контакта при ходьбе. Как показано на фиг.4 и 5, задней стороной пяты 16 является дуга вращения в форме утиного хвоста с боковым задним углом 17, сдвинутым относительно медиального угла на расстояние l1, равное от 
до 
дюйма. Применение, например, меньшего угла Δ, равного 16°, или же смещение в медиальном направлении распорки 5В подтаранного сочленения, рассмотренное далее, также вызывает дополнительное смещение угла 17 пяты в боковом направлении на расстояние l2 порядка 
дюйма относительно проецированной оси подтаранного сочленения. Это смещение в боковом направлении на дюйма предрасполагает к ступанию на пяту, что вызывает выворачивание подтаранного сочленения наружу. Этот выворот подтаранного сочленения наружу при первоначальном контакте действует как поглотитель удара с целью смягчения действия удара пяты. В дополнение форма заднего бокового угла стопы в сагиттальной плоскости обладает обращенной вверх кривизной (фиг.2 и 3), при радиусе кривизны от 
до 3 дюймов в описанном варианте реализации. Этот радиус кривизны может варьироваться в зависимости от общих размеров стопы. Такой большой радиус кривизны позволяет заднему наружному углу проксимально отклоняться при ступании на пяту, что служит также поглотителем удара. Плотность пластика в задней части тела 2 стопы 1 может быть также подобрана так, чтобы быть меньше плотности в остальном теле стопы с целью дополнительного повышения способности к поглощению удара.
Верхняя сторона 23 заднего отдела 2С протеза стопы 1 является плоской и содержит металлическое крепежное устройство 18, заделанное в пластик. Металлическое устройство 18 в стопе 1 выполнено из нержавеющей стали, однако возможно использование других высокопрочных и легких металлических сплавов, таких как сплавы титана. Устройство 18 позволяет крепить протез стопы к компоненту 24 протеза, прикрепленному выше к культе ноги человека, как схематически показано на фиг.2. Нижняя часть 19 крепежного устройства 18 погружается в материал заднего отдела 2С во время литья. Предпочтительно эта нижняя часть 19 содержит несколько сквозных отверстий с целью способствовать закреплению устройства в литом эластомере тела 2 в процессе литья. В описанном варианте реализации крепежное устройство содержит верхнюю пирамидальную крепежную пластину 20, соединенную через определенные промежутки с нижней крепежной пластиной 19 множеством крепежных деталей 21, как это показано на чертежах. С другой стороны, верхняя и нижняя крепежные пластины и соединительные элементы могут быть выполнены как одно целое, как показано на фиг.14. Крепежное устройство 18 расположено в заднем отделе 2С стопы, центрировано в продольном направлении по оси первого сочленения, как показано на фиг.3 и 4.
Металлическое крепежное устройство 18' на фиг.14 состоит из выполненных как одно целое нижней крепежной пластины 19', верхней пирамидальной крепежной пластины 20' и соединительных боковых стенок или распорок 21'. Нижняя пластина 19' выполнена со сдвигом 41 к срединной линии на 1/8 дюйма на переднем лепестке и медиальным и боковым сдвигами 42 и 43, соответственно. Медиальное и боковое отверстия 44 и 45 и переднее и заднее отверстия 46 и 47 способствуют закреплению устройства в пластиковом теле 2 в процессе литья. Линия С-C, проходящая через отверстия 44 и 45, отклоняется на 8°-30° наружу от линии, перпендикулярной сагиттальной плоскости Х-Х, причем медиальная сторона сдвинута вперед относительно боковой стороны. Линия С-C предпочтительно сдвинута назад на расстояние X' от средней или равной ориентации D-D, так что отверстия 44 и 45 оказываются на середине оси распорки 4В голеностопного сочленения. Сдвиг назад отверстий 44 и 45 компенсирует, наряду с задним отверстием 47, длину рычага носка. Эти признаки могут также использоваться в устройстве 18, в котором крепежные изделия соединяют отдельные верхнюю и нижнюю крепежные пластины 20 и 19.
Тыльная поверхность среднего отдела 2В стопы, расположенная перед зазором 7, образована с тыльной вогнутостью 25, позволяющей среднему отделу 2В и переднему отделу 2А сгибаться при переносе во время ходьбы нагрузки на передние части протеза стопы. На тыльной поверхности среднего отдела стопы 2В спереди и со сдвигом к медиальной стороне относительно тыльной вогнутости 25 располагается плюсневая выпуклость 26. Кроме того, тыльная часть среднего отдела 2В и переднего отдела 2А выполнена с вогнутостью 27, имитирующей функции оси пятого луча при движении человеческой стопы. См. различную штриховку на фиг.11, показывающую расположение на тыльной поверхности тела 2 вогнутостей 25 и 27 и выпуклости 26. Вогнутость 27 имеет продольную ось Y-Y, ориентированную под углом Y, равным 35°, к продольной оси Х-Х стопы с медиальной стороны, сдвинутой вперед больше, чем с боковой для поддержания движения пятого луча при ходьбе, подобно наклонной оси вращения нижней передачи от второй до пятой плюсневым костям стопы человека. Угол γ может быть меньше 35°, но предпочтительно находится в диапазоне от 15° до 35°.
Как показано на фиг.12, плоская поверхность тела 2 стопы 1 содержит продольный свод 28, который вокруг мест, соответствующих положению ладьевидной кости с медиальной стороны и основанию четвертой плюсневой кости с боковой стороны, содержит вогнутость 29, продольная ось которой ориентирована перпендикулярно к оси Z-Z, оси первого луча движения человеческой стопы, с целью имитирования ее функционирования, причем на фиг.12 расположение вогнутости показано штриховкой, добавленной к чертежу подошвенной поверхности тела 2 стопы 1. Ось Z-Z в приведенном варианте реализации наклонена под углом Σ, равным 45°, к продольной оси стопы, с медиальным краем, сдвинутым более назад, чем вбок. Угол Σ может быть меньше 45°, но предпочтительно находится в диапазоне от 30° до 45°. Применение углов γ и Σ, величина которых соответствует нижнему пределу заданных диапазонов, приведет к уменьшению различия между принципами высшей и низшей передач. Последняя, например, может использоваться для людей с ампутированной ногой с высоким уровнем активности. Подошвенная поверхность стопы 1 в передней части вогнутости продольного свода включает в себя также в общем круглую вогнутость плюсневого свода или чашеобразный участок 30, очерчивающий заднюю поверхность контактного участка подошвенной поверхности переднего отдела стопы, обозначенного на фиг.12 позицией 31. Контактный участок заднего отдела стопы обозначен позицией 31'.
На фиг.12 показано, что сам продольный свод 28 формируется вогнутостью, имеющей продольную ось А-А, которая при проецировании на фронтальную плоскость отклоняется под углом ∈, равным 25°-42° (фиг.13) с медиальной стороны выше боковой для создания возможностей движения во фронтальной и сагиттальной плоскостях, подобно сочленениям костей предплюсны между собой в человеческой стопе. Медиальная часть 32 вогнутости продольного свода имеет больший радиус и более проксимальна, чем боковая часть 33 вогнутости. Передняя часть вогнутости продольного свода имеет продольную ось В-В, ориентированную под углом η, равным 35°, к продольной оси Х-Х стопы с медиальной стороны, более смещенной вперед по сравнению с боковой стороной. Средняя часть вогнутости продольного свода имеет продольную ось А-А, ориентированную перпендикулярно к продольной оси Х-Х стопы.
Такая трехмерная лопастевидная форма придана продольному своду 28 с целью получения специфического движения стопы при ходьбе. Передняя вогнутость продольного свода сливается с вогнутостями 29 и 30 первого луча и плюсневого свода. Это слияние делает переднюю вогнутость продольного свода в большей степени ориентированной вперед и медиально с целью улучшения высоких динамических передаточных характеристик тела 2. Задняя часть вогнутости продольного свода имеет продольную ось С-C, отклоняющуюся под углом k, равным 30°, от фронтальной плоскости с медиальной стороны, более смещенной назад, чем с боковой стороны (фиг.12).
Средний отдел 2В стопы выполнен, как упоминалось выше, из полужесткого материала, а продольный свод 28 упругого тела 2 формируется с целью создания возможностей динамической реакции стопы при ходьбе, так что медиальная сторона 32 продольного свода обладает относительно большей способностью к динамической реакции, чем боковая сторона 33 продольного свода. Благодаря этому и упомянутым выше особенностям стопы 1, существует возможность движения в двух плоскостях в среднем отделе 2В стопы, соответствующем в человеческой стопе участку сочленения костей плюсны между собой, где движение происходит во фронтальной и сагиттальной плоскостях, позволяя переднему отделу стопы сохранять опору на подошву в процессе согласования с положением заднего отдела стопы в процессе ходьбы. Наклонные оси среднего отдела 2В супинируются в фазе поступательного движения при ходьбе. Эффект подошвенного апоневроза, не допускающий вращения, активизируется, когда подъем пяты способствует супинации этих наклонных осей в процессе поступательного движения. При ходьбе для сохранения опоры на подошву требуется только движение во фронтальной плоскости в пределах 4-6°. Физические характеристики протеза стопы, так же как и его форма поверхности, определяют получаемые в результате возможности движения. Участку продольного свода протеза ступни 1 придают форму, позволяющую добиться наилучших функциональных возможностей движения. Рассмотренное выше отклонение продольного свода от сагиттальной плоскости способствует улучшению движения во фронтальной плоскости и характеристик динамической реакции стопы 1.
Проксимальная часть среднего отдела 2В стопы выполнена плоской для того, чтобы воспринимать усилия прекращения тыльного сгибания переднего голеностопного сочленения в прилегающем зазоре 7. Средний отдел 2В стопы обладает большей толщиной, чем передний отдел 2А стопы. Медиальная часть 32 и 26 среднего отдела стопы имеет большую толщину, чем боковая часть 33 и 27. Основание стопы 1 выполнено таким образом, чтобы вмещать высоту пяты, равную 3/8 дюйма или 
дюйма. Подошвенная поверхность тела 2 в области соединения переднего и среднего отделов содержит вогнутость плюсневого свода или чашеобразный участок 30, отмеченный выше. Этот чашеобразный участок предназначен для создания контакта на наружных краях чаши. Свод 31 воспринимающей нагрузку поверхности идет параллельно оси движения, Y-Y на фиг.11, пятого луча и расположен, в общем, под углом 35° к продольной оси стопы с медиальной стороны, сдвинутой вперед больше, чем с боковой стороны.
Передний отдел 2А стопы тела 2 содержит два расширительных стыка 34 и 35, вырезанных в заднем конце переднего отдела стопы. Медиальный расширительный стык 34 идет в продольном направлении непосредственно за заднюю точку контакта с грунтом подошвенной поверхности среднего отдела и в чашеобразный углубленный участок 30, где он оканчивается отверстием 36 расширительного стыка. Боковой расширительный стык 35 идет далее назад в передний отдел, чем медиальный расширительный стык 34, где он оканчивается в боковом отверстии 37 расширительного стыка. Боковое отверстие расширительного стыка проходит через взаимное пересечение осей движения первого луча и пятого луча движения стопы при ходьбе. В результате два расширительных стыка служат как высокая и низкая передачи в человеческой стопе. Как показано на фиг.12, прямая линия В-В, соединяющая два отверстия 36 и 37 расширительного стыка, отклоняется наружу под углом η, равным 35°, наружу от продольной оси стопы. Поскольку расстояние от голеностопного сочленения до наклонной оси В-В с боковой стороны меньше, чем с медиальной стороны, эта ось первоначально используется при отрыве пяток перед переходом к функции высокой передачи. Эта функция со стороны высокой передачи или медиальной стороны приводит к выталкиванию в промежуточном между передним и задним отделами положении и увеличению нагрузки, воспринимаемой медиальной частью переднего отдела стопы. Таким образом, передний отдел 2А стопы допускает движение переднего отдела стопы в двух плоскостях.
Более конкретно, расширительные стыки 34 и 35 независимо допускают тыльное сгибание и отклонение от нормального положения переднего отдела, а также сгибание и выворот подошвы. Эта способность к движению в двух плоскостях позволяет сохранять опору подошвы на неровном грунте. В этом отношении стопа 1 имитирует человеческую стопу. При изменении положения заднего отдела 2С стопы передний и средний отделы стопы нуждаются в изменении положения в противоположном направлении. Такое кручение в противоположном направлении сохраняет опору стопы на подошву.
Протез стопы 1, который носит человек с ампутированной ногой, действует как протезное устройство замкнутого цикла, реагирующее на воздействие грунта, возникающее при ходьбе. В начальной фазе контакта при ходьбе задняя боковая часть пяты ударяется о грунт. Конструкция заднего бокового участка пяты смещена, как показано выше, чтобы перенести нагрузку через расширение в форме утиного хвоста, которое отклоняется вверх для того, чтобы поглотить усилия пяточного рычага, создающие изгибающий момент голени. Дополнительное улучшение этого поглощения крутящего момента и улучшение характеристик поглощения ударного воздействия стопы 1 обеспечиваются подошвенной вогнутостью 9 и боковым сдвигом l2 пяты к оси вращения подтаранного сочленения 5, так что приложение усилия к подтаранному сочленению вызывает его выворот. Этот выворот служит для поглощения удара с целью гашения фазы переноса нагрузки при первоначальном контакте во время ходьбы. Кроме того, приложение усилия сзади к оси 4А вращения голеностопного сочленения 4 вызывает сгибание подошвы в голеностопном сочленении и опускание среднего и переднего отделов стопы 2В и 2С на грунт.
Что касается несущих нагрузку подошвенных поверхностей 31 и 31' стопы, показанных на фиг.12, то по мере переноса нагрузки вперед от пяточной части к переднему отделу стопы при полной фазе положения ног при ходьбе силы реакции грунта нажимают на подошвенную поверхность протеза стопы 1. По мере переноса нагрузки через задний отдел 2С стопы подтаранное сочленение 5 допускает движение стопы 1, которое соответствует человеческому движению в трех основных плоскостях, т.е. в поперечной, фронтальной и сагиттальной плоскостях. Эта способность к движению в трех плоскостях достигается благодаря ориентации оси 5А вращения подтаранного сочленения протеза стопы, отклоняющейся от поперечной, фронтальной и сагиттальной плоскостей так, как рассмотрено выше. Такая ориентация обеспечивает возможность движения в трех плоскостях. Составляющая движения в сагиттальной плоскости меньше составляющих движения во фронтальной и поперечной плоскостях. Уменьшение возможности движения подтаранного сочленения 5 в сагиттальной плоскости компенсируется голеностопным сочленением 4, расположенным в непосредственной близости от подтаранного сочленения.
Способность подтаранного сочленения к движению в поперечной плоскости играет важную роль, поскольку в положении при ходьбе нижняя конечность через подтаранный сустав должна поглощать 19° движения в поперечной плоскости, передающегося через большую и малую берцовые кости на голеностопное сочленение и затем на подтаранное сочленение. Подтаранное сочленение 5 действует как скошенный шарнир и передает это движение на задний и средний отделы 2С и 2В стопы. Это движение поглощается динамическими характеристиками среднего отдела стопы и возможностями движения в двух плоскостях среднего и переднего отделов стопы. В результате достигаются улучшенные характеристики перенесения нагрузки подошвенной поверхностью. Перед выравниванием стопы в положении при ходьбе, когда линия переноса нагрузки движется в стопе вперед и приближается к голеностопному сочленению 4, силы реакции грунта вызывают сгибание подошвы голеностопным сочленением до тех пор, пока вся стопа не ударит о грунт. Это движение сгибания подошвы достигается путем открывания или расширения переднего зазора 7 голеностопного сочленения и путем сжатия задней вогнутости голеностопного сочленения.
После установки стопы 1 на грунт нагрузка передается в голеностопное сочленение 4. По мере сдвига нагрузки на стопу вперед включается в действие передний зазор 7 тыльного сгибания, после чего прерывается дальнейшее движение тыльного сгибания. Это означает, что движение прерывается путем схождения вместе противоположных поверхностей, ограничивающих передний зазор голеностопного сочленения. Чем больше зазор 7, тем больше возможность тыльного сгибания. Важно прекращение переноса нагрузки в переднем зазоре 7, прилегающем к голеностопному сочленению. Нагрузка переносится таким образом на средний отдел 2В стопы 1. В результате нагрузка накладывается на участок продольного свода 28 стопы 1, который реагирует на это расширением вогнутости и поглощением этих вертикальных нагрузок. Результатом является повышение способности к поглощению ударных нагрузок и улучшение возможности динамической реакции.
Радиус участка проксимального медиального продольного свода значительно превышает радиус периферического бокового. В результате медиальная часть обладает повышенной возможностью расширения и более высокой динамической реакцией по сравнению с периферийной продольной боковой вогнутостью свода. По мере сдвига нагрузки в протезе стопы 1 еще дальше вперед, с приближением к медиальной части продольной оси вращения Z-Z первого луча (фиг.12), перенос нагрузки приближается к середине фронтальной плоскости стопы.
Подошвенная и тыльная поверхности протеза стопы сконструированы таким образом, чтобы допускать или способствовать выполнению определенных движений. Более конкретно, ось Z-Z вращения первого луча и способность к движению, связанная с этой осью в человеческой стопе, имитируются в протезе стопы 1 с помощью придания подошвенной поверхности переднего отдела 2А стопы формы вогнутости 29. Продольная ось Z-Z вогнутости 29 ориентирована параллельно продольной оси вращения первого луча в человеческой стопе. Такая ориентация развернута на 45° внутрь относительно продольной оси стопы, см. угол Σ на фиг.12.
Движение является результатом приложения нагрузки к этой вогнутости, а от ее конкретной ориентации зависит поглощение вертикальных ударных нагрузок и улучшенные возможности динамической реакции. Вогнутость первого луча 29, так же как вогнутость 28 продольного свода, создает возможности динамической реакции. Эти возможности динамической реакции демонстрируются переносом сил реакции грунта на стороны вогнутостей и расширением вогнутостей. Так, расширение вогнутости происходит на протезе стопы 1 во время ходьбы, а после снятия нагрузки стопа 1 возвращается к первоначальной форме, выделяя накопленную энергию.
Голеностопное и подтаранное сочленения 4 и 5 в протезе стопы 1 также располагают потенциалом для создания возможности динамической реакции. Например, в случае изгиба подошвы голеностопным сочленением 4, расширения переднего зазора 7 тыльного изгиба и сжатия задней вогнутости 9 энергия накапливается в распорке 4В голеностопного сочленения. Распорка 4В возвращается в обычное положение после снятия вертикальных нагрузок.
Таким образом, динамическая реакция протеза стопы 1 на силы реакции грунта связывается с расширением и сжатием вогнутостей и выпуклостей и, в меньшей степени, с имеющим место движением и с особенностями устройства распорки определенного сочленения. Распорки 4В и 5В образуют средние точки поворота рычагов первого рода в заднем отделе 2С стопы. Физические характеристики, наряду с особенностями конструкции, создают возможности динамической реакции. Приложение усилия вызывает начало движения. После снятия усилия физические характеристики распорки заставляют ее вернуться к первоначальной форме покоя, в результате чего имеет место динамическая реакция. Хотя в протезе стопы ось первого луча и ось пятого луча не являются осями определенного сочленения, форма и особенности поверхности тела 2 протеза стопы определяют функциональные возможности движения, способствуя, как это рассмотрено выше, возникновению этих определенных движений.
Взаимозависимость между формами подошвенной и тыльной поверхностей среднего отдела стопы имеет большое значение для понимания существующих возможностей динамической реакции. На этом участке протеза стопы 1 медиальная и боковая поверхности имеют специальную форму, и эти формы определяют происходящее функциональное движение. В процессе ходьбы происходит сжатие боковой тыльной вогнутости 27 пятого луча, допускающее возможность движения с меньшим сопротивлением. Это относится к принципу нижней передачи. Медиальные участки подошвенной и тыльной поверхностей среднего отдела стопы реагируют, как описано выше (функционирование первого луча), на приложение усилия расширением. Расширение обладает повышенными характеристиками сопротивления, что ведет к улучшению способности к динамической реакции. Эта улучшенная способность к динамической реакции связана с принципом высокой передачи.
Принципы высокой и низкой передачи относятся к ускорению и замедлению ходьбы и компонентам скорости. Улучшенные при высокой передаче способности динамической реакции могут использоваться в периоды ускорения и замедления ходьбы. Принцип нижней передачи в большей степени скорее относится к скорости ходьбы, а не к упомянутым ускорению и замедлению. Компонент нижней передачи протеза стопы 1 позволит человеку с ампутированной ногой передвигаться с меньшей затратой энергии при ходьбе с меньшей скоростью. Это уменьшение затрат энергии связано с двумя факторами, а именно с длиной рычагов носка, поскольку эти рычаги взаимосвязаны с растягивающим моментом икры и с характеристиками динамической реакции медиального и бокового участков протеза ступни. Расстояние от боковой оси первого сочленения до бокового отверстия расширительного стыка меньше расстояния от медиальной оси первого сочленения до медиального отверстия расширительного стыка, так что боковая часть протеза стопы имеет меньший рычаг пальцев стопы, чем медиальная часть, для создания возможности высокой и низкой динамической реакции среднего отдела стопы.
У верхней передачи рычаг носка длиннее, чем у нижней передачи. Когда человек с ампутированной ногой идет медленно, возникают меньший момент движения и инерция. Уменьшается способность преодоления длинного рычага носка. Центр тяжести тела при медленной ходьбе смещается в боковом направлении в позиции опоры на грунт. С улучшением возможностей движения протеза стопы 1 во фронтальной плоскости икра голени пациента может позиционироваться с перемещением на участки верхней и нижней передач среднего и переднего отделов стопы. Если человек со стопой 1 ускоряется или замедляется, он будет использовать функцию более высокой передачи после достижения удобной скорости ходьбы. Человек будет искать участок переднего отдела 2А стопы, обеспечивающий сохранение удобной скорости ходьбы. Передача усилия будет смещаться к медиальной стороне, если человеку требуются усиление характеристик динамической реакции, и к боковой стороне для уменьшения характеристик динамической реакции. С протезом стопы 1 человек располагает возможностью выбора функционального движения.
Улучшение общего рисунка походки человека является результатом такого избирательного управления. По мере переноса нагрузки в протезе стопы 1 еще дальше вперед ось пятого луча воспроизводится путем размещения отверстий 36 и 37 расширительных стыков и за счет формы и устройства подошвенной и тыльной поверхностей тела 2 стопы. А именно, тыльной части тела 2 вокруг оси вращения Y-Y пятого луча придана форма вогнутости 27. Эта вогнутость способствует возникновению движения перпендикулярно ориентации продольной оси Y-Y. Известно, что при обычной ходьбе икра голени, большая и малая берцовые кости не продвигаются исключительно в сагиттальной плоскости. Известно, что в середине позиции колено или икра смещаются вбок, и существуют также движения во фронтальной плоскости. В человеческом колене это демонстрируется увеличением поверхности медиального бедренного мыщелока.
Важной является функция оси вращения Y-Y пятого луча в стопе 1. При переносе нагрузки на протез стопы 1 вперед и вбок продольная ось Y-Y пятого луча допускает движение в направлении, перпендикулярном ее ориентации продольной оси. Кроме того, два отверстия 36 и 37 расширительных стыков расположены таким образом, чтобы способствовать движениям переднего отдела стопы за счет размещения на продольной оси вращения пятого луча, создавая в результате улучшенные возможности движения в двух плоскостях. Улучшаются также упомянутые выше эффект нижней передачи и эффект верхней передачи. В результате улучшаются характеристики походки протеза стопы и имитируется человеческая походка.
Характеристики переднего отдела стопы в двух плоскостях протеза стопы 1 улучшаются за счет применения расширительных стыков и отверстий расширительный стыков, упомянутых выше. Два отверстия расширительных стыков размещаются стратегически таким образом, чтобы создать возможности определенного движения. А именно, эти два отверстия в продольном направлении, будучи спроецированы на сагиттальную плоскость, наклонены под углом b, равным 45°, к поперечной плоскости с тыльной стороны этих отверстий, сдвинутой вперед больше, чем подошвенная часть (см. фиг.2). Такая ориентация действует подобно скошенному шарниру в гораздо большей степени, чем скошенный шарнир подтаранного сочленения. Результатом является улучшение способности движения в двух плоскостях.
Задняя сторона переднего отдела 2А стопы содержит медиальное и боковое отверстия 36 и 37 расширительных стыков, проходящие через передний отдел стопы между тыльной и подошвенной поверхностями, причем расширительные стыки, проходящие вперед от соответствующих отверстий к переднему краю переднего отдела, образуют медиальную, среднюю и боковую расширительные распорки 38, 39 и 40 расширительных стыков. Когда несущая нагрузку подошвенная поверхность стопы 1 касается грунта, нагрузку воспринимают расширительные распорки, вызывающие эффект висячей сети. Это дает широкие возможности формовки при сохранении конструкционной устойчивости, необходимой для прочной, устойчивой стопы. Создаются улучшенные возможности движения в двух плоскостях переднего отдела протеза стопы.
При переносе нагрузки в процессе ходьбы еще дальше вперед, в область распорок расширительных стыков и лучевую область, протезу стопы 1 придаются форма и устройство, обеспечивающие возможность специального движения. Тыльной и подошвенной частям упомянутых областей тела 2 придают форму обращенной вверх дуги (фиг.2), имитирующей функцию оси пятого луча. При этом передний конец переднего отдела выполнен в форме изогнутой кверху дуги для имитации тыльного прогиба пальцев стопы в положении отрыва пятки и отвода пальцев в конце фазы опоры на грунт при ходьбе.
Хотя протез стопы согласно изобретению описан в связи с первым вариантом реализации, возможны и иные варианты реализации. Например, существует пространственное соотношение между высотой голеностопного сочленения протеза стопы и тем, как эта высота влияет на возможную ориентацию наклонной оси распорки подтаранного сочленения стопы. В описанном варианте реализации высота заднего отдела стопы (от поверхности подошвы до поверхности верхнего пирамидального крепления) составляет 
дюйма. Эту высоту можно увеличить, а ориентацию голеностопного сочленения сделать более близкой к срединной линии. Такая переменная ориентация голеностопного сочленения допускает приближение наклонной оси подтаранного сочленения и изменение угла, например, с 29-30° до 42-45°. Ориентация на 30° в описанном варианте реализации обеспечивает увеличение отклонения от нормального положения и выворота (движение во фронтальной плоскости) и уменьшение абдукции и аддукции (движение в поперечной плоскости). В альтернативном варианте реализации, при более проксимальном расположении голеностопного сочленения, наклонная ось подтаранного соединения, расположенная под углом 45°, обеспечивает равное движение в поперечной и фронтальной плоскостях. Результирующим эффектом этой последней ориентации может быть уменьшение отклонения от нормального положения/выворота при движении во фронтальной плоскости и увеличение абдукции и аддукции стопы по сравнению со стопой в приведенном в качестве примера варианте реализации. Этому увеличению абдукции и аддукции будут противодействовать силы реакции грунта, в результате чего может иметь место уменьшение возможностей отклонения от нормального положения и выворота и увеличение возможностей движения в поперечной плоскости.
Другим возможным вариантом может быть смещение распорки подтаранного сочленения к медиальной части стопы 1, с увеличением бокового сдвига l1 на фиг.4. Это может предрасположить подтаранное сочленение к увеличению выворота при начальной фазе контакта при ходьбе. Результирующим эффектом может быть повышение способности к поглощению ударных воздействий. Кроме того, ориентация двух отверстий расширительных стыков в сагиттальной плоскости может быть изменена по сравнению с принятой в первом проиллюстрированном варианте реализации. Эти отверстия могут отклоняться во фронтальной плоскости к медиальной или боковой части. Результатом несагиттальной ориентации этих двух отверстий являются расширительные стыки и расширительные распорки, в большей степени смещающиеся в медиальном или боковом направлении. Например, если тыльные концы двух отверстий расширительных стыков отклоняются в боковую сторону на 20-30° от сагиттальной плоскости, три распорки расширительных стыков под воздействием сил реакции грунта оказываются предрасположенными к тыльному сгибанию и аддукции. Ориентация отверстий расширительных стыков на тыльной стороне в медиальную сторону на 20-30° от сагиттальной плоскости будет способствовать тыльному сгибанию и абдукции распорок. Кроме того, можно ориентировать два отверстия расширительных стыков таким образом, что одно отверстие отклоняется в медиальную сторону, а другое отверстие - в боковую сторону. Например, тыльная сторона отверстия бокового расширительного стыка может быть отклонена в медиальном направлении от сагиттальной плоскости на 35°. Такая ориентация облегчает движение боковой распорки расширительного стыка при тыльном сгибании и абдукции - с улучшением эффекта нижней передачи. Тыльная сторона медиального отверстия расширительного стыка может отклоняться на 45° в боковом направлении от сагиттальной плоскости. Такая ориентация облегчает движение медиальной распорки расширительного стыка при тыльном сгибании и аддукции. Результирующим эффектом является улучшение способности к движению медиальной распорки расширительного стыка, поскольку это движение относится к эффекту верхней передачи.
Еще один вариант реализации протеза стопы предусматривает наличие одного расширительного стыка и отверстия расширительного стыка, так что образуются только медиальная и боковая распорки расширительного стыка. Это может привести к повышению жесткости переднего отдела стопы и уменьшению его способности к движению в двух плоскостях. Как было показано ранее, при таком варианте конструкции единственное отверстие расширительного стыка может отклоняться от сагиттальной плоскости так, как это описано выше. Расширительный стык или стыки могут также быть предусмотрены в пяточной части стопы с целью улучшения устойчивости подошвенной поверхности пяты при размещении на неровной поверхности. Голеностопное сочленение на протезе стопы может также быть сдвинуто ниже подтаранного сочленения. Это может позволить увеличить наклон подтаранного сочленения без отрицательного влияния на общую высоту стопы - что является преимуществом при низкопрофильной версии протеза стопы.
Тело 2 протеза стопы 1 может быть также отлито в форме стопы гибридного типа с использованием материалов различной плотности и твердости в переднем и среднем отделах 2А и 2В, а также в заднем отделе 2С. Физические характеристики, так же как особенности конструкции, создают ее возможности динамической реакции.
На фиг.28 показан протез ладьевидной стопы 50, являющийся вторым вариантом реализации настоящего изобретения. Протез стопы 50 содержит аппарат голеностопа, с верхней поверхностью которого соединена опора, предназначенная для соединения с опорным элементом ноги человека, перенесшего ампутацию, например опорный элемент 51, прикрепленный к существующему низкопрофильному протезу стопы "Сиэтл" или аналогичному протезу стопы 52 с целью усовершенствования функциональных характеристик заднего отдела стопы. Аппарат голеностопа содержит Т-образную гайку 53 (фиг.23-25), погруженную в нижнюю поверхность аппарата голеностопа для приема резьбового крепежного соединения с целью крепления аппарата голеностопа к протезу стопы с помощью болта 55. Болт проходит через ступенчатое отверстие 56 в верхней поверхности стопы и через косметическое покрытие 57 стопы 52.
Форма и функциональные характеристики аппарата голеностопа подобны форме и характеристикам заднего отдела 2С протеза стопы 1 по первому варианту реализации. Крепежное устройство помещено в аппарате голеностопа, центрировано в продольном направлении по оси первого сочленения. После крепления к верху протеза стопы формируется задняя вогнутость 57. Как показано на чертежах, формируется также передняя вогнутость 58 с плавно переходящими линиями. Опорный компонент 51 обладает способностью заднего отдела стопы к движению в трех плоскостях благодаря упомянутым признакам, описанным в связи с задним отделом 2С стопы протеза стопы согласно первому варианту реализации. Эти признаки включают в себя первое и второе сочленения 60 и 61, действующие подобно голеностопному и подтаранному суставам соответственно.
Этим завершается описание приведенных в качестве примера вариантов реализации и возможных вариантов или альтернативных вариантов реализации. Однако специалисты в данной области техники должны понимать, что существует возможность предложения многочисленных других модификаций и вариантов реализации, соответствующих существу и объему принципов настоящего изобретения. Конкретнее, существует возможность допустимых изменений и модификаций деталей и/или комбинаций сочетания деталей в пределах приведенного выше описания, чертежей и прилагаемых пунктов формулы изобретения без отступления от существа изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ПРОТЕЗНАЯ СТОПА | 2005 |
|
RU2359642C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ФУНКЦИЕЙ | 2002 |
|
RU2289362C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ФУНКЦИЕЙ | 2002 |
|
RU2291676C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ | 2002 |
|
RU2294177C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ | 2005 |
|
RU2345736C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С НАСТРАИВАЕМЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ | 2005 |
|
RU2348380C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ФУНКЦИЕЙ | 2002 |
|
RU2305516C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С НАСТРАИВАЕМЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ | 2005 |
|
RU2345737C2 |
| ПРОТЕЗ СТОПЫ С НАСТРАИВАЕМЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ И УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ АМОРТИЗАЦИЕЙ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ И УДАРА | 2003 |
|
RU2308910C2 |
| ГОЛЕНОСТОПНЫЙ ПРОТЕЗ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ | 2005 |
|
RU2336055C2 |
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезу стопы, имитирующему человеческую стопу в отношении выполняемых функций. Протез стопы состоит из переднего отдела стопы, среднего отдела стопы и заднего отдела стопы. Задний отдел стопы содержит первое и второе сочленения для выполнения движения протеза стопы при ходьбе по замкнутой кинетической цепи. В первом варианте выполнения первое сочленение имеет ось сочленения, ориентированную для выполнения движения заднего отдела стопы относительно оси первого сочленения, по меньшей мере, в основном расположенной в сагиттальной плоскости. Второе сочленение имеет ось сочленения, ориентированную для выполнения движения заднего отдела стопы относительно оси второго сочленения, находящейся, по меньшей мере, в основном во фронтальной и поперечной плоскостях. Во втором варианте выполнения подошвенная поверхность среднего отдела стопы имеет продольный свод, выполненный с вогнутостью, имеющей продольную ось, отклоняющуюся во фронтальной плоскости на 25°-42° от поперечной плоскости для создания возможностей движения во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Медиальная часть вогнутости продольного свода имеет больший радиус и расположена более проксимально, чем боковая часть вогнутости. В третьем варианте выполнения задняя сторона переднего отдела стопы содержит, по меньшей мере, одно отверстие расширительного стыка, проходящее через передний отдел стопы между его тыльной и подошвенной поверхностями с расширительным стыком, проходящим вперед от отверстия расширительного стыка до переднего края переднего отдела стопы для образования расширительных распорок, создающих улучшенную возможность движения в двух плоскостях переднего отдела стопы. В четвертом варианте выполнения протез содержит голеностопное и подтаранное сочленения, выполненные по первому варианту. Причем голеностопное и подтаранное сочленения выполнены как одно целое с задним отделом стопы посредством соответствующих распорок из упругого материала заднего отдела стопы. В пятом варианте протез содержит аппарат голеностопа, соединенный с задним отделом стопы и содержащий голеностопное сочленение и подтаранное сочленение, выполненные по четвертому варианту. Технический результат - хорошие низкодинамические характеристики, обеспечивающие улучшение походки и комфортности человека с ампутированной ногой. 8 н. и 125 з.п. ф-лы, 28 ил.
| ГОЛЕНОСТОПНЫЙ УЗЕЛ ПРОТЕЗА | 1998 |
|
RU2132665C1 |
| RU 2055549 C1, 10.03.1996 | |||
| ИСКУССТВЕННАЯ СТОПА ДЛЯ ПРОТЕЗОВ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ | 1994 |
|
RU2085155C1 |
| СТОПА ПРОТЕЗА НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ | 1993 |
|
RU2061444C1 |
| RU 2066155 C1, 10.06.1996 | |||
| ИСКУССТВЕННАЯ СТОПА | 1997 |
|
RU2119308C1 |
| Системы обработки и отображения визуальной информации для пультов контроля и управления космических тренажеров | 2020 |
|
RU2734151C1 |
| DE 29920434 U1, 11.05.2000 | |||
| DE 19918308 А1, 26.10.2000 | |||
| DE 29820904 U1, 10.06.1999. | |||
