Протез голени с голеностопом Российский патент 2024 года по МПК A61F2/60 A61F2/66 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии.

Уровень техники

Известен протез стопы, содержащий упругую облицовку, каркас в виде нижней гибкой, расположенной в облицовке, и верхней силовой составляющих, соединенных друг с другом в пяточной области, элемент ограничения деформаций в виде эластичного буфера, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими каркаса впереди голеностопного шарнира, выполненного в виде шаровой головки, размещенной и закрепленной с помощью резинового элемента и деталей общей сборки в цилиндрической надстройке. При этом каркас снабжен элементами ограничения деформаций по всем направлениям в виде внутренних частей облицовки, плотно охватывающих верхнюю составляющую, при этом элемент ограничения деформаций, расположенный в пространстве между верхней и нижней составляющими, также выполнен в виде части облицовки, цилиндрическая надстройка выполнена зацело с верхней составляющей каркаса, а шаровая головка также снабжена ограничителями перемещений по всем направлениям, выполненными как детали общей сборки в виде по крайней мере двух цапф, расположенных радиально в поперечной плоскости голеностопного шарнира и помещенных в отверстия в надстройке (RU 96114654 A 10.05.1998).

Кроме того известен протез нижней конечности содержит стопу, голеностопный сустав, стойку голени и искусственную мышцу. Стойка голени является изогнутой выпуклостью вперед от нижнего конца стойки голени до верхнего конца стойки голени. Стойка голени выполнена с возможностью изгиба в продольном направлении во время шага для накопления и высвобождения энергии для совершенствования динамической реакции протеза во время шага. Искусственная мышца выполнена с возможностью накопления энергии во время приложения силовой нагрузки на протез в активной толчковой фазе шага человека и на более поздних этапах фазы положения во время шага, высвобождения упомянутой энергии для усиления толчка ведомой конечности и тела человека. Способ производства кинетической энергии для толкающей силы в упругом протезе нижней конечности включает следующие этапы: распрямляют две расположенные в сагиттальной плоскости вогнутости, включая обращенную назад расположенную в сагиттальной плоскости вогнутость стойки голени, чтобы накапливать энергию в протезе во время приложения силовой нагрузки в активной толчковой фазе шага человека. Во время приложения силовой нагрузки на протез в активной толчковой фазе шага накапливают дополнительную энергию в искусственной мышце. На поздних этапах фазы положений во время шага высвобождают дополнительную энергию, чтобы дополнительно усилить толчок ведомой конечности и тела пользователя. Техническим результатом изобретения является повышение двигательных возможностей спортсменов с ампутированной конечностью (RU 2348380 C2 10.05.2008).

Прототипом настоящего изобретения является искусственная стопа, содержащая приемную гильзу, носковую и пяточную части стопы с размещенным между ними каркасом, шины, голеностопный шарнир и амортизаторы, расположенные между каркасом и приемной гильзой. При этом с целью протезирования длинных культей у маленьких детей, в ней голеностопный шарнир выполнен в виде расположенных на латеральной и медиальной сторонах каркаса ушек, подвижно соединенных с шинами, закрепленными к приемной гильзе (SU 1731209 A1 07.05.1992).

Недостатками ранее известных протезов является невозможность обеспечения процесса устойчивой ходьбы, приседаний, легкого бега и легких, коротких прыжков при преодолении препятствий. Указанное связано с тем, известные аналоги протеза не соответствуют анатомии стопы и голени человека, следовательно, не обеспечивает нормальную биомеханику движений нижних конечностей. В свою очередь, длительное пользовании таких протезов может привести и приводит к возникновению грыж позвоночника - «грыжи Шморля» и соответственно, к нарушению работы центральной нервной системы (ЦНС) из-за постоянного стресса при дискомфорте от неудобства пользования этим протезом. Таким образом адаптация человека к протезу - реабилитация человека становится невозможной.

Ранее существующие протезы голени, работают по принципу изгиба карбоновых пластин и демпфирования, тем самым они скрадывают длину имитатора протеза и не отображают биомеханику человека. Биомеханика работы скелета человека основана на принципе торсии, изгибающие моменты присутствуют только в суставах. Существующие протезы не отвечают биомеханике человека, поскольку используются неестественные для человека биомеханические свойства. Присутствует избыточная энергия при распрямлении карбоновых элементов голени является неестественной для человека и подбрасывает ногу с протезом вверх. Суммированная эластичность работы узлов нашего протеза, с плавным перетеканием нагрузки от одного узла к другому, позволяет добиться большей схожести биомеханики протеза с биомеханикой человека.

Задача настоящей разработки состоит в устранении вышеуказанных недостатков, в частности, в создании анатомически близкого к естественному голеностопному суставу, с обеспечением полной функциональности и биомеханики и при движении в конечности.

Раскрытие изобретения

Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции, с обеспечением всех физиологические функции и движений конечности, т.е. биомеханику нижней конечности в процессе ходьбы, приседаний и прыжков человека с этим протезом, а также сокращает сроки адаптации и реабилитации пациента при использовании протеза за счет анатомичности и физиологичности разработки. С помощью применения узла сайлент-блока, одновременно имитируются четыре этапа: трансляция, торсия, супинация, пронация. Использованием титановых пластин в передней части протеза достигается возможность регулирования гибкости фалангового узла в соответствии с массой тела пациента, таким образом достигается максимальная анатомичность биомеханики ходьбы и позволяет выполнять приседания при плотно поставленной стопе на поверхность и изгибание ее в голеностопе.

Указанный технический результат реализуется за счет следующих конструктивных особенностей.

Протез голени человека содержит культеприемник в виде половины сферы для расположения в ней культи нижней конечности человека. Гильза расположена в верхней части протеза, и представляет из себя имитатор берцовой кости выполненной из алюминия D16. Имитатор ББК выполнен из трубы Д16Т диаметр 30 мм, толщина стенки 2 мм. При использовании протеза, на имитаторе ББК возникают нагрузки на изгиб и компрессию. Протез содержит сайлент-блок, являющийся имитатором подвижного, вращающегося в ограниченных пределах голеностопного сустава. При этом сайлент-блок представляет из себя две стальные гильзы: внутренняя и наружная и резиновое кольцо между ними, сформированное посредством вулканизации. Сайлент-блок соединен с имитатором берцовой кости посредством запрессовки наружной металлической гильзы сайлент-блока, в узел под запрессовку сайлент-блока, являющееся блоком воспроизведения вращение имитатора берцовой кости в вертикальной плоскости вокруг оси, лежащей в горизонтальной плоскости стопы перпендикулярно продольной оси стопы, т.е. перпендикулярно направлению стопы. Вращение имитатора берцовой кости относительно стопы в пределах ограниченного угла обеспечивается с помощью упругой резиновой прокладки, приваренной при разогреве металлических деталей и резины между подвижной и неподвижной частью узла вращения и работающей на кручение, испытывающей деформацию кручения или скручивания, что создает физиологически необходимое и достаточное напряжение в культе при вращении берцовой кости в вертикальной плоскости в процессе ходьбы, приседаний, прыжков. Кроме того, протез оснащен имитатором таранного узла, выполненного из Д16Т. Таранный узел соединен с сайлент-блоком посредством болтового соединения с помощью болта и гайки М16 повышенной прочности и сверлением отверстия диметром 10 мм внутри болта для облегчения конструкции и фиксации гайки на фиксатор резьбы. При этом таранный узел содержит имитаторы предплюсневых костей, таранной кости и титановую пластину - имитатор пяточной кости, что в совокупности имитирует биомеханику стопы человека. Имитатор плюсневой кости и фаланги представлены в виде титановой пластины. Имитатор стопы подвергнут анодированию после обработки на ЧПУ станке. Анодирование является защитным слоем на алюминии, позволяющим избежать окисления. Плюсневый и фаланговый узел, состоящий из титановых пластин, соединяется с таранным узлом посредством болтового соединения М10 и после регулировки необходимой жесткости, гайка болта фиксируется с помощью фиксатора резьбы. Верхняя титановая пластина, на имитаторе обозначенная как плюсневая, имеет капроновую прокладку, убирающую звуки контакта и трения между пластин во время эксплуатации.

Краткое описание чертежей

На фигуре представлен протез голени с голеностопным суставом, где 1 - наружная полусфера культеприемника, 2 - узел стыковки полусфер культеприемника с имитатором большой бедренной кости (ББК), 3 - внутренняя полусфера культеприемника, 4 - узел соединения имитатора большой берцовой кости с узлом стыковки полусфер культеприемника; 5 - имитатор большой берцовой кости; 6 - соединительная втулка имитатора ББК, 7 - сайлентблок; 8 - узел под запрессовку сайлентблока; 9 - имитатор фалангового, плюсневого и предплюсневого узлов; 10 - имитатор таранного, предплюсневого и пяточного узла; 11 - элемент запекания в имитаторе декоративной стопы, 12, 13 и 14 - защитные элементы предохраняющие декоративную часть стопы от режущих и протыкающих воздействий .металлических деталей протеза

Осуществление изобретения

Протез голени человека содержит культеприемник (гильза) в виде половины сферы для расположения в ней культи нижней конечности человека (поз. 1 и 3). Гильза расположена в верхней части протеза, и представляет из себя имитатор берцовой кости, выполненная из алюминия D16T (поз. 5), которая соединена с культеприемником, посредством узла стыковки (поз. 2 и 4). Протез содержит сайлент-блок (поз. 7), являющийся имитатором подвижного, вращающегося в ограниченных пределах голеностопного сустава. При этом сайлент-блок представляет из себя две стальные гильзы: внутренняя и наружная и резиновое кольцо между ними, сформированное посредством вулканизации. Сайлент-блок соединен с имитатором берцовой кости посредством запрессовки наружной металлической гильзы сайлент-блока, в узел под запрессовку сайлент-блока (поз 8), являющееся блоком воспроизведения вращение имитатора берцовой кости в вертикальной плоскости вокруг оси, лежащей в горизонтальной плоскости стопы перпендикулярно продольной оси стопы, т.е. перпендикулярно направлению стопы. Вращение имитатора берцовой кости относительно стопы в пределах ограниченного угла обеспечивается с помощью упругой резиновой прокладки, приваренной при разогреве металлических деталей и резины между подвижной и неподвижной частью узла вращения и работающей на кручение, испытывающей деформацию кручения или скручивания, что создает физиологически необходимое и достаточное напряжение в культе при вращении берцовой кости в вертикальной плоскости в процессе ходьбы, приседаний, прыжков. Кроме того, протез оснащен имитатором таранного узла, выполненного из Д16Т (поз 10). Таранный узел соединен с сайлент-блоком посредством болтового соединения с помощью болта и гайки М16 повышенной прочности и сверлением отверстия диметром 10 мм внутри болта для облегчения конструкции и фиксации гайки на фиксатор резьбы. При этом таранный узел содержит имитаторы предплюсневых костей, таранной кости и титановую пластину - имитатор пяточной кости, которые в совокупности являются имитатором стопы человека. Имитатор плюсневой кости и фаланги представлены в виде титановой пластины (поз. 9). Имитатор стопы подвергнут анодированию после обработки на ЧПУ станке. Анодирование является защитным слоем на алюминии, позволяющим избежать окисления. Плюсневый и фаланговый узел, состоящий из титановых пластин, поз 9, соединяется с таранным узлом посредством болтового соединения М10 и после регулировки необходимой жесткости, гайка болта фиксируется с помощью фиксатора резьбы. Верхняя титановая пластина, на имитаторе обозначенная как плюсневая, имеет капроновую прокладку, убирающую звуки контакта и трения между пластин во время эксплуатации.

Примеры использования протеза

Пример № 1

Примером использования заявленного протеза являются испытания, проведенные на спортсмене параолимпийце с ампутацией левой конечности верхней трети голени. Использовалась его гильза с интеграцией имитатор большой берцовой кости и ступни. Были проведены следующие этапы: спокойная ходьба человека по ровной поверхности, приседания и ходьба по лестница и неровной поверхности.

Результаты испытаний подтвердили правильность выбранной конструкции протеза, так как во время испытаний при ходьбе не было провалов и раскачивания корпуса. При приседании был достигнут следующий результат: в момент сгибания коленного сустава и разгибания, стопа находилась параллельно поверхности. За счет торсии сайлент-блока удалось достигнуть отклонения имитатора ББК 30 градусов вперед и 50 градусов назад, что соответствует отклонению кости на здоровой конечности. Также торсия сайлент-блока частично выполняет роль мышц ББК и помогает возвращать ступню в изначальное положение. Ощущения от использования протеза вызвали очень большую схожесть с натуральной конечностью по описанию пациента. При ходьбе по неровной поверхности, ступня автоматически отрабатывала изгибы поверхности, сохраняя устойчивость человека.

Пример №2

Были проведены испытания заявленного протеза на пациенте с ампутацией правой конечности верхней трети голени. Предмет испытания: ходьба по лестницам, ходьба в подъем и силовые упражнения с грифом штанги. Результаты испытания: при ходьбе по лестнице биомеханика протеза позволяет пациенту подниматься и спускаться по лестнице с использование и без использования перилл. За счет торсии сайлент-блока, достигается контролируемая устойчивость корпуса и баланс человека. Тоже самое при ходьбе по наклонной поверхности. Возможность ступни находиться параллельно поверхности при упражнении с грифом (становая тяга) и использовании торсии сайлент-блока, дает возможность контролировать устойчивость и баланс при подъеме веса.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам голени с голеностопом. Протез голени человека с голеностопным суставом содержит культиприемник в виде половины сферы, который состоит из наружной полусферы, узла стыковки полусфер и внутренней полусферы; узел соединения, имитатор берцовой кости, выполненный в виде гильзы из алюминиевой трубы, соединительную втулку, сайлент-блок, имитирующий голеностопный сустав, выполненный в виде двух стальных гильз: внутренней и наружной с резиновым кольцом между стальными гильзами, сформированным посредством вулканизации, узел под запрессовку сайлент-блока, плюсневый и фаланговый узел, состоящий из титановых пластин, таранный узел с титановой пластиной, защитные элементы. Сайлент-блок соединен с имитатором берцовой кости посредством запрессовки наружной стальной гильзы сайлент-блока, в узел под запрессовку сайлент-блока. Имитатор берцовой кости выполнен с возможностью вращения относительно стопы посредством упругой резиновой прокладки. Таранный узел соединен с сайлент-блоком посредством болтового соединения. Болт внутри имеет отверстие диметром 10 мм. Таранный узел содержит имитаторы предплюсневых костей, таранной кости и имитатор пяточной кости, выполненный в виде титановой пластины. Таранный узел анодирован после обработки на ЧПУ станке. Плюсневый и фаланговый узел соединен с таранным узлом посредством болтового соединения. Гайка болта зафиксирована посредством фиксатора резьбы. Плюсневая пластинка имеет капроновую прокладку. Техническим результатом является упрощение конструкции с обеспечением биомеханики нижней конечности в процессе ходьбы, приседаний и прыжков человека с протезом, сокращение сроков адаптации и реабилитации пациента при использовании протеза. 1 ил.

Протез голени человека с голеностопным суставом, содержащий культиприемник в виде половины сферы, который состоит из наружной полусферы, узла стыковки полусфер и внутренней полусферы; узел соединения, имитатор берцовой кости, выполненный в виде гильзы из алюминиевой трубы, соединительную втулку, сайлент-блок, имитирующий голеностопный сустав, выполненный в виде двух стальных гильз: внутренней и наружной с резиновым кольцом между стальными гильзами, сформированным посредством вулканизации, узел под запрессовку сайлент-блока, плюсневый и фаланговый узел, состоящий из титановых пластин, таранный узел с титановой пластиной, защитные элементы, причем сайлент-блок соединен с имитатором берцовой кости посредством запрессовки наружной стальной гильзы сайлент-блока, в узел под запрессовку сайлент-блока; имитатор берцовой кости выполнен с возможностью вращения относительно стопы посредством упругой резиновой прокладки, таранный узел соединен с сайлент-блоком посредством болтового соединения, болт внутри имеет отверстие диметром 10 мм; таранный узел содержит имитаторы предплюсневых костей, таранной кости и имитатор пяточной кости, выполненный в виде титановой пластины, таранный узел анодирован после обработки на ЧПУ станке, плюсневый и фаланговый узел соединен с таранным узлом посредством болтового соединения, при этом гайка болта зафиксирована посредством фиксатора резьбы, а плюсневая пластинка имеет капроновую прокладку.