Протез нижней конечности Советский патент 1985 года по МПК A61F2/60 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей. Целью изобретения является снижение энергозатрат нри ходьбе инвалида нри одно)зременном обеснечении нодкосоустойчивости. На фиг. 1 изображена схема построения протеза в сагиттальной плоскости и блок-схема системы управления электромеханическим фиксатором коленного шарвира; на фиг. 2 - пример выполнения электромеханического фиксатора коленного шарнира, в сагиттальной плоскости; на фиг. 3 - то же, во фронтальной плоскости, на фиг. 4 - протез нижней конечности в сагиттальной плоскости; на фиг. 4 - траектории движений носка искусствен1ЮИ стопы протеза нижней конечности при разном относительно естественной автоматической оси расположении оси коленного шарнира. Протез нижней конечности содержит приемную гильзу 1 бедра, гильзу 2 голени со стопой, ось 3 коленного шарнира, которая шарнирно установлена в подшипниках 4 гильзы голени 2 и жестко соединена с гильЗОЙ 1 бедра. На ось 3 насажен барабан 5, который охвачен стальной лентой 6. Барабаи 5 и лента 6 выполнены из магнитомягкого материала. Один из концов 7 ленты 6 с помощью штифта 8 жестко прикреплен к внутренней поверхности гильзы 2 голени, а другой конец стальной ленты 6 с помошью зажима 9 и регулировочного винта 10 прикреплен к сердечнику 11 соленоида 12. Соленоид 12 жестко соединен с пластинами 13 и рычагом 14. Рычаг 14 установлен в гильзе 2 голени с возможностью поворота относительно болта 15 с целью настройки коленного механизма, а с противоположной стороны с помош,ью болта 16 рычаг 14 может быть установлен в необходимое положение в криволинейном круговом пазу 17 гильзы 2 голени. На пластинах 13 и рычаге 14 установлены регулировочные болты 18. Внутри барабана 5 расположена токопроводящая обмотка 19, напряжение к которой подводится с помошью контактных Г./-Ч ТТшеток 20. Кроме того, протез включает цен, п,по тры тазобедренного 21 коленного 22 и леностопного 23 шарниров в норме (линия 21-22-23 - естественная анатомическая ось - линия Микулича), контактный датчик 24, Источник 25 питания и электронный усилитель 26. Рассмотрим протез бедра в сагиттальной плоскости (фиг. 4), где LI-длина гильзы бедра (21-22); LZ,-длина гильзы голени (22-23); длина искусственной стопы отголеностопного шарнира до носка; Zi У - расстояние и угол выноса оси коленного шарнира протеза нижней конечности относительно естественной анатомической оси. В фазу переноса искусственной конечности над опорной поверхностью функциональная длина протеза нижней конечности увеличивается и носок искусственной стопы «задевает за опорную поверхность. Рассмотрев сумму проекций сегментов протеза нижней конечности на ось У и выполнив соответствующие преобразования получим Ly Licos ос+ У +L +2ZL cos( ct + у -f -I/1 г 2 У Zcos(l- - +Ь; oosptl sia -Zcos( осч- у) +L}Sin,. Пусть функция Ly. f(Zy, ) является непрерывной. Исследовав данную функцию на экстремум, видно, что в зависимости от антропометрических характеристик (при различных соотношениях длин бедра L и голени LS) для беспрепятственного переноса протезированной конечности над опорой необходимо, чтобы выполнялось условие 04.X4.Q.07 м (Х У). Полученные результаты согласуются с результатами испытаний на модели, представленными на фиг. 5, где а-а -траектория движения носка искусственной стопы протеза нижней конечности при расположении оси коленного шарнира впереди относительно естественной анатомической оси (линии Микулича); б-б - траектория движения носка искусственной стопы прореза нижней конечности при расположении оси коленного шарнира на естественной анатомической оси; в-в - траектория движения носка искусственной стопы нижней конечности при относе оси коленного шарнира назад, Таким образом, при относе оси коленного шарнира вперед) относительно естественной анатомической оси (линии Микулича) на расстояние X (O.X.Q,07 м) происходит нормализация функциональной ДЛИНЫ протезированной конечности в фазу 01 переноса протезированной конечности над опорной поверхностью. Протез нижней конечности работает llLy-СОПГ1Л ПСИ следующим образом, 7г ж В фазу переноса протезированной конеч г г t-tности над опорной поверхностью на обмотку соленоида 12 не подается импульс тока от системы: контактный датчик 24, источник 25 питания, электронный усилитель 26; сердечник 11 выведен из соленоида 12, стальная лента 6 выведена из соприкосновения с поверхностью барабана 5 и гильза 2 голени свободно поворачивается в подшипнике 4 относительно гильзы 1 бедра. В фазу опоры на протезированную конечность контактный датчик 24 срабатывает при угле между осями гильзы 2 голени и приемной гильзы 1 бедра, равном 8-17°. Это объясняется следующим образом. При ходьбе в норме угол подгибания в среднем темпе для каждого человека принимает характерные значения. Однако у разных людей величина изменения угла подгибания в среднем темпе для каждого человека принимает характерные значения. Однако у разных людей величина изменения угла подгибания лежит в диапазоне 8-17°. Применительно к данному протезу нижней конечности для конкретного инвалида проводят настройку контактного датчика 24 на конкретный коленный угол, величина которого выбирается по сохранивщейся конечности и заключена в интервале 8-17° Итак, на обмотку соленоида 12 от сиетемы, контактный датчик 24, источник 25 питания, электронный усилитель 26 подается импульс тока. При этом сердечник 11 вытягивается в соленоид 12 и натягивает соединенную с ним ленту 6 (одновременно импульс тока пропускается и по токопроводящей обмотке 19, расположенной внутри барабана 5). Происходит затягивание стальной ленты 6 вокруг поверхности барабана 5, что обусловливает надежную фиксацию гильзы 2 голени относительно приемной гильзы 1 бедра при определенном угловом положении между гильзами 1 бедра и 2 голени. При отключении импульса тока от обмоток 19 и соленоида 12 происходит расфиксация коленного механизма. В следующий двойной щаг (при опоре на протезированную конечность) весь процесс повторяется. Пропускание импульса тока по обмотке 19 создает дополнительный тормозящий эффект ленты 6 относительно барабана 5. Для регулировки необходимой степени затяжки ленты 6 ослабляют болты 15 и 16 и поворачивают рычаг 14 вокруг болта 15, затем болты 15 и 16 зажимают и регулировку осуществляют с помощью зажима 9 и болтов 18. Применение протеза нижней конечности указанной конструкции позволит обеспечить подгибание и подкосоустойчивость в фазу опоры на протезированную конечность и уменьщить функциональную длину протеза в фазу переноса протезированной конечности над опорной поверхностью. Это дает возможность частично нормализовать ходьбу и снизить энергоемкость ходьбы на 10-25°/о при ходьбе на протезе нижней конечности при простой одноосной схеме построения.

ПРОТЕЗ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ, содержащий приемную гильзу бедра, шарнирно-соединенную с гильзой голени и стопой, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат при ходьбе инвалида при одновременном обеспечении подкосоустойчивости, он снабжен электромеханическим фиксатором коленного шарнира, ось которого смещена вперед от оси конечности до 7 см, состоящим из установленного иа оси коленного щарнира барабана и ленты, выполненных из магнитомягкого материала, а также размещенного в гильзе голени соленоида, и расположенным в стопе контактным датчиком, соединенным с последовательно подключенными источником питания и электронным усилителем, выход которого соединен с токопроводящими обмотками барабана и соленоида, один конец ленты жестко соединен с гильзой голени, а другой прикреплен к сердечнику соленоида. (Л СП 4i

Фиг. 2

Фиг. 5