Протез коленного сустава Советский патент 1992 года по МПК A61F2/64 

конструкции цилиндрических (с одной степенью свободы) шарниров, выполненных в виде конических втулок, взаимодействующих с конусами, что требует очень высокой степени точности изготовления и, следовательно, повышенных затрат в производстве; выполнение звеньев модуля преимущественно (за исключением нескольких деталей) из титанового сплаьч,что кроме увеличения стоимости (высокая цена титана) невольно приводит к нерациональному использованию материала и, следовательно, к увеличению массы (титановые сплавы обладают очень высокой прочностью, использование которой не представляется возможным, так как не все элементы конструкции достаточно нагружены) соотношение длин звеньев, примененное в прототипе, позволяет достигать уменьшения функциональной длины протеза на величину около 15% от длины переднего звена при межзвенном угле бедро-голень 120°, причем уменьшение функциональной длины происходит очень плавно, т.е. основное преимущество (уменьшение функциональной длины) может быть эффективно только при хождении по достаточно плоской поверхности; кроме того, характер изменения величины функциональной длины (фиг. 3) предопределяет возникновение, в фазе заднего толчка, дополнительной силы (за счет незначительного увеличения функциональной длины в начале) вращающий голень на сгибание (так как величина изменения меж- звенного угла в зоне перехода кривой с уве- личения функциональной длины на уменьшение больше, чем угол между линией шарнир-кончик стопы и голенью), такая особенность требует увеличение мощности голенооткидного устройства, ухудшает косметические характеристики и динамику ходьбы на протезе; конструктивное исполнение ограничителя поворота звеньев в виде дополнительных элементов, выполненных на деталях усложняет изготовление, кроме того, выполнение ограничителя с возможностью регулирования малооправдано, так как позволяет изменить подкосоустойчивость в очень ограниченных пределах, в то же время, выполнение модуля с максимально достижимыми (пределами регулировки подкосоустойчивостью не оказывает отрицательного влияния на характеристики протеза; к недостаткам можно отнести и выполнение присоединительных элементов замонолит с фитингами верхнего и нижнего звеньев, так как это ограничивает возможности рационального применения материалов (слишком различный характер нагружения у фитингов и у присоедини : ельных элементов) и, естественно, усложняет производство, понижает технологичность конструкции

Целью изобретения является повышение технологичности конструкции, уменьшениемассы,обеспечение кинематического голенооткидного эффекта и уменьшение энергозатрат при пользовании, при расширении возможности исполь0 зования протеза при хождении по неровной поверхности.

Указанные цели достигаются тем, что в четырехзвенном коленном модуле, содержащем верхнее, нижнее, переднее (пере5 дние) и заднее звенья, шарнирно соединенные между собой, ограничитель поворота звеньев и присоединительные элементы модуля, шарнирное соединение звеньев выполнено на сферических шарни0 pax (например, с использованием специальных подшипников серий Ш или ШС), что позволяет обеспечить сборку и функционирование модуля при значительно меньшей, чем в прототипе, потребной точности вы5 полнения деталей; элементы конструкции, воспринимающие преимущественно изгиб- ные нагрузки при отсутствии значительных контактных напряжений, выполнены из материала с низкой плотностью (например.

0 фигинги верхнего и нижнего звена и заднее звено из высокопрочного термообработан- ного сплава Д16Т), что позволяет получить выигрыш в массе по сравнению с деталями из титанового сплава за счет меньшей плот5 ности - прямой выигрыш в зоннах, где материал недогружен и выигрыш за счет возможности увеличения поперечника сечения в зонах .нагруженных преимущественно изгибом (момент сопротивления сечения

0 при изгибе пропорционален кубу поперечного линейного размера, а объем и, следовательно масса, квадрату), таким образом, возможно достижение двух преимуществ - снижение массы и повышение технологич5 ности за счет лучшей обрабатываемости алюминиевых сплавов; элементы модуля соотносятся следующим образом: переднее звено наклонено в сагитальной плоскости на угол не меньший, чем угол между линией

0 тазобедренный шарнир - носок стопы и вертикалью, нижнее звено выполнено длинее верхнего, причем соотношение длин верхнего и нижнего звеньев такое, что обеспечивается наклон заднего звена кзади.

5 переднее звено выполнено большей длины, чем остальные, верхнее и нижнее з&енья расположены горизонтально, ограничитель ловоро га звеньев выполнен в виде втулки из упругого материала (например, полиуретана), расположен на оси шарниров, соединяющих переднее и верхнее звенья с возможностью взаимодействия со специальным упором, выполненным на зад-ем звене, этим самым удается упростить ко нструктив- ное исполнение ограничителя поворота, ис- пользуя основные элементы модуля без существенного их изменения; присоединительные элементы модуля выполнены в виде отдельных деталей и установлены в отверстиях фитингов верхнего и нижнего звеньев, что позволяет выполнить их из различных материалов (например, оитинги из алюминиевого сплава, а присоединительные детали из титана), т.е. более выгодно использовать свойства материалов и, следо- вательно, кроме повышения технологичности за счет раздель шго изготовления деталей, добиться сни кения мас:ы.

На фиг. 1 изображен проте;; коленного сустава; на фиг. 2 - шаонирное соединение звеньев протеза; на ф, г. 3 - кризые зависимостей изменения функциональной длины протеза (в процентах от длины переднего звена) от изменения межзвенно о угла бедро-голень (в градуса)., при выпрямленном протезе угол 180°), сплошная ликия - характеристика протеза, штоиховая - прототипа, вверх - уменьшение Функциональной длины, вниз - увеличение.

Протез коленногс сустава содержит верхнее 1 и нижнее 2 звенья, выполненные в виде фитингов 3 и 4 соответствэнно, шар- нирно соединенные посредством подшипников 5 и осей 6 с передними 7 и задними 8 звеньями, ограничител поворота звеньев, выполненный в виде егулки 9, надетой на ось 6, взаимодействующей со специальным упором 10 на заднем звене 8, кроме того, протез, протез снабжен присоединительными элементами: фиксатором 1 I, опорой - для голени (на чертежах не покззана), болтом 12, шайбой 13, шиной 14 и гайкой -для бедра (на чертежах не показано). Протез коленного сустава обеспечивает устойчивое положение протезированного в выпрямлен- ном положении протеза (соответствует положению на фиг. 1) за счет взаимодействия втулки 9 и упора 10, ограничивающих взаимное перемещение звеньев 1, 2, 7 и 8; позволяет осуществить изменение межзвенного угла бедро-голень при шагании за счет взаимного перемещения звеньев 1, 2, 7 и 8 за счет поворота на подшипниках 5.

Применение изобретения позволит упростить и удешевить производство, обеспечить улучшение косметических и динамических характеристик протеза, облегчить хождение на протезе. Изготовленный образец коленного модуля по предлагаемому изобретению был изготовлен на обычном универсальном оборудовании без применения сложных технологий и позволил (по сравнению с прототипом) снизить массу с 500 до 250 г, оказался удобным в эксплуатации (при опытном протезировании с использованием предлагаемой конструкции).

Формула изобретения Протез коленного сустава, содержащий верхнее, нижнее, переднее и заднее звенья, шарнирно соединенные между собой, ограничитель поворота звеньев и присоединительные элементы протеза, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат при пользовании путем обеспечения кинематического голенооткидного эффекта, шарнирное соединение звеньев выполнено в виде сферического шарнира, причем переднее звено наклонено в сагиттальной плоскости кзади на угол, равный или больший угла между линией тазобедренный шарнир - носок стопы и вертикалью, нижнее звено выполнено длинее верхнего для обеспечения наклона заднего звена кзади, при этом переднее звено выполнено большей длины, чем остальные, верхнее и нижнее звенья расположены горизонтально, ограничитель поворота звеньев выполнен в виде втулки из упругого материала, расположен на оси шарниров, соединяющих переднее и верхнее звенья, с возможностью взаимодействия с упором, выполненным на заднем звене, а присоединительные элементы протеза установлены в отверстиях фитингов верхнего и нижнего звена.

/J

Использование протез коленного сустава ортопедия и протезостроение Цель - повышение технологи ности конструкции уменьшение массы обзспечение кинемати ческого коленооткиднjro эффекта и уменьшение энергозатрат при пользовании при расширении возможности использования протеза при хождении по неровной поверхности Сущность изобретения протез коленного сустава содержит верхнее 1 нижнее 2 переднее 1 (передние и задние 8 звенья ширнирно соединенные между собой ограничитель 9 поворота звеньев и при- соединительные элементы протеза шарнирное соединение звеньев выполнено на сферических шарнирах (например с ис пользованием специальных подшипников) Изобретение относится к медицине к протезам и приспособлениям для крепления их на теле коленным сусгарам Известны конструкции четырехзвенных коленных модулей предназначенных для использования в составе протеза бедра например коленный модуль 019144 производящейсяфирмоиLatchford Великобритания коленные модули фирмы Otto Bock ФРГ элементы конструкции воспринимающие преимущественно изгибные нагрузки при отсутствии значительных контактных на пряжений выполнены из материала с низ кой плотностью (например фитинги верхнего и нижнего звеньев и заднее звено из сплава Д16Т) переднее звено наклонено в сагитальнои плоскости кзади на угол не меньший чем угол между линией тазобедренный шарнир - носок стопы и вертикалью нижнее звено выполнено длиннее верхнего причем соотношение длин верх него и нижнего звеньев такое что обеспечивается наклон заднего звена кзади переднее выполнено большей длины чем остальные верхнее и нижнее звенья расположены горизонтально ограничитель поворота звеньев выполнен в втулки из упругого материала (например полиурета на) расположен на оси шарниров соединя ющих переднее и верхнее звенья с возможностью взаимодействия со специальным упором выполненным на заднем звене присоединительные элементы моду ля выполнены в виде отдельных деталей и установлены в отверстиях фитингов верхнего и нижнего звеньев 3 ил Наиболее близким аналогом (прототипом) является четырехзвенный коленный модуль № 3R21 производящийся фирмои Otto Bock ФРГ содержащий верхнее, нижнее передние и заднее звенья шарнирно соединенные между собой ограничитель поворота звеньев и присоединительные элементы модуля К недостаткам прототипа можно отнести применение для соединения звеньев (Л С VJ -vl ю со о ю

Puzf

®ut.l

т 150° №°ш°1го0 ио юо зо°

Фиг.з