протез бедра

Формула изобретения

1. Протез бедра, содержащий приемную гильзу, трубку голени, юстировочные узлы и коленный механизм с опорной площадкой, нижним звеном, сопряженным с трубкой голени, передним и задним звеньями, соединенными с проксимальным и дистальным звеном тремя вращательными и одной поступательной кинематической парами, отличающийся тем, что одна из вращательных кинематических пар выполнена в виде оси на сферических подшипниках, две выполнены в виде кинематических пар, допускающих только поворот осей относительно продольных осей вращения, а поступательная кинематическая пара выполнена с возможностью поворота относительно продольной оси.

2. Протез по п. 1, отличающийся тем, что заднее звено коленного механизма образует с дистальным звеном поступательную кинематическую пару с возможностью поворота относительно продольной оси, при этом верхняя часть заднего звена соединена с проксимальным звеном сферической кинематической парой, а переднее звено соединено верхней и нижней частями соответственно с проксимальным и дистальным звеньями кинематической парой, обеспечивающей только поворот относительно продольной оси.

3. Протез по п. 1, отличающийся тем, что между верхней частью дистального звена и проксимальным звеном выполнен упор.

4. Протез по п. 1, отличающийся тем, что в него дополнительно введен пневмоцилиндр, соединенный с поступательной кинематической парой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике, в част- ности к протезированию.

Известен протез бедра, содержащий трубку голени со стопой, гильзу бедра, установленную на (опорную площадку, переднее и заднее звенья, соединенные с опорной площадкой и трубкой голени при помощи четырех шарниров, выполненных в виде кинематических пар пятого класса, и упругий элемент.

Известное устройство несколько приближает биомеханические характеристики ходьбы инвалидов к характеристикам ходьбы в норме. Это осуществляется за счет того, что в фазу переноса происходит уменьшение функциональной длины протеза из-за определенного взаиморасположения подвижных звеньев относительно друг друга, которые образуют четырехзвенный механизм с изменяемым во время сгибания центром вращения /патент США N 3020169, кл. А 61 F 2/60, 1974/.

Однако указанное устройство содержит следующие недостатки: вследствие ограниченной подвижности в кинематических парах пятого класса, с одной стороны, не достигается требуемое функциональное укорочение протезированной конечности в фазе переноса, с другой стороны, не обеспечивается требуемый закон изменения момента инерции протезированной конечности /балансирующий эффект/ в фазе переноса, что приводит к кинематической асимметрии, а с третьей стороны, ресурс работы такого узла, содержащего две избыточные связи, как правило, ограничен в связи с большими реакциями в кинематических парах. Это приводит к их износу и как следствие, вызывает стук, который усиливается приемной гильзой и раздражает пациента.

Известен также протез бедра с приемной гильзой, трубкой голени, искусственной стопой и коленным механизмом, содержащий опорную площадку, переднее и заднее звенья, соединенные верхней частью с опорной площадкой вращательными кинематическими парами пятого класса /Словарь-справочник по механизмам под ред. А. Ф. Крайнева, Машиностроение, 1987 г. с. 350/, а нижней частью соединены со звеном, сопрягаемым с трубкой голени посредством поступательной кинематической пари пятого и вращательной кинематической пары четвертого класса.

Указанный протез бедра за счет конструкции коленного механизма обеспечивает требуемое функциональное укорочение и закон изменения момента инерции, улучшает условия работы механизма количество избыточных связей уменьшено на единицу, но избавиться от них в полной мере не удалось, а это снижает ресурс работы механизма, кроме того, при ходьбе по неровной поверхности в кинематических парах коленного механизма возникают дополнительные нагрузки, что ухудшает условия его работы.

Целью настоящего изобретения является улучшение условий и надежности работы механизма, улучшение толерантности пациента к протезу путем уменьшения стука при ходьбе и улучшение условий работы коленного механизма при ходьбе по неровной поверхности.

Указанная цель достигается тем, что одна из вращательных кинематических пар выполнена в виде кинематической пары третьего класса, две выполнены в виде кинематических пар пятого класса, а поступательная кинематическая пара выполнена в виде кинематической пары четвертого класса, причем заднее звено коленного механизма образует с дистальным звеном поступательную кинематическую пару четвертого класса, верхняя часть заднего звена соединена с проксимальным звеном кинематической парой третьего класса, переднее звено соединено верхней и нижней частями соответственно с проксимальным и дистальным звеньями кинематической парой пятого класса, а упор выполнен между верхней частью дистального звена и опорной площадкой.

На приведенных чертежах представлены: фиг. 1 общий вид протеза бедра на пациенте в сагиттальной плоскости /пунктиром в согнутом положении/, фиг. 2 - вид сбоку коленного механизма в сагиттальной плоскости, соответствующий выпрямленному положению протеза, фиг. 3 вид сбоку коленного механизма в сагиттальной плоскости с разрезами, соответствующий выпрямленному положению протеза; фиг. 4 вид коленного механизма в сагиттальной плоскости в согнутом положении, фиг. 5 вид коленного механизма спереди; фиг. 6 вид коленного механизма сзади, фиг. 7 кинематика коленного механизма при сгибании, на фиг. 8 кинематическая схема коленного механизма.

Протез бедра содержит приемную гильзу 1, установленную на опорной площадке 2 коленного механизма 3, дистальное звено 4 которого соединено с трубкой голени 1, дистальная часть которой соединена с искусственной стопой П.

Наружная поверхность проксимального звена 5 коленного механизма 3 выполнена в виде сферической поверхности с пирамидой 6, представляющих собой нижнюю часть юстировочного устройства, ответная часть которого выполнена в опорной площадке 2. С проксимальным звеном 5 посредством вращательных кинематических пар третьего класса 7 и пятого класса 8 соединены верхние части переднего 9 и заднего 10 звеньев. Нижняя часть переднего звена 9 соединена дистальным звеном 4 посредством кинематической пары пятого класса 11, а нижняя часть заднего звена 10 образует с дистальным звеном поступательную кинематическую пару четвертого класса 12. Дистальное звено 4 коленного механизма имеет упорную площадку 13. Ответная упорная поверхность 14 выполнена на проксимальном звене 5, в ней установлен демпфирующий элемент 15. Передняя сторона проксимального звена 5 выполнена в виде формообразующего элемента 16, выполняющего роль коленной чашечки. Нижняя часть дистального звена 4 выполнена в виде разрезанного присоединительного элемента 17 с винтом 18. В поступательной кинематической паре четвертого класса 20 и манжеты 21. Пневмоцилиндр 22 образует продолжение поступательной пары. Нижняя часть пневмоцилиндра 22 закрыта уплотнительным элементом 23 с регулировочным винтом 24.

При ходьбе на протезе бедра в фазе переноса протезированной конечности над опорной поверхностью обеспечивается сложное движение в коленном механизме 3 и носок стоп П перемещается по сложной кривой /штрихпунктирная кривая на фиг. 1/. Дистальное звено 4 коленного механизма 3, а вместе с ним и трубка голени 1 с искусственной стопой П, за счет движения переднего 9 и заднего 10 звеньев в кинематических парах 7,8,11,12 движется по сложной шатунной кривой, обеспечивая беспрепятственный перенос протезированной конечности над опорной поверхностью /фиг. 7/. Это дает возможность при протезировании пациентов обеспечить равенство длин протезированной и сохранившейся конечностей.

В фазе опоры на протезированную конечность устойчивость обеспечивается за счет смещения коленного механизма 3 назад относительно линии действия силы веса Р эксцентриситет e /фиг. 7/. Пациент наступает на выпрямленную конечность. Происходит замыкание коленного механизма 3, дистальное звено 4 упорной площадкой 13 через демфирующий элемент 15 упирается в ответную упорную поверхность 14 проксимального звена 5. Этим обеспечивается требуемая подкосоустойчивость.

Кинематические пары являются обычно слабым звеном полицентрических механизмов, изнашиваются в первую очередь и вызывают стук.

Анализ существующих конструкций коленных механизмов, проведенных с позиции теории рациональных механизмов проф. Л.Н. Решетова /см. кн. Решетов Л.Н. Конструирование рациональных механизмов, М. "Машиностроение", 1967/, показал, что все они содержат избыточные связи, а это приводит к преждевременному износу /в 3-47 раз/ кинематических пар. Повышение ресурса работы кинематических пар сопряжено с уменьшением числа избыточных пар. Так рассмотренный аналог /1/ содержит только четыре вращательные кинематические пары пятого класса 25 /фиг.8/. Проанализируем число степеней подвижности такого механизма по формуле Сомова-Малышева /см. кн. И.И. Артоболевский. Теория механизмов, М. Наука, 1967, стр.74/.

W=6n-5p₅-4p₄-3p₃-2p₂-p₁

n число подвижных звеньев механизма, исключая стойку P₅,P₄,P₃,P₁- количество кинематических пар пятого, четвертого,первого класса. Тогда для аналога /1/

W 63 54 -2, т.е. такой механизм дважды статически неопределим и по теории рациональных механизмов в нем возникают огромные реакции в кинематических парах.

У предложенного в настоящей заявке коленного механизма две вращательные кинематические пары пятого класса 8,11, одна вращательная кинематическая пара третьего класса 7 и одна поступательная кинематическая пара четвертого класса 12.

W 63 52 41 31 +1, т.е. получен статически определимый механизм, обладающий повышенным ресурсом работоспособности в силу того, что он избавлен от избыточных "вредных" связей, т.е. механизм лучше предыдущих, работающий на избыточные нагрузки, что повышает его надежность, в особенности при ходьбе в естественных условиях по неровной поверхности. Уменьшается стук в сочленениях протеза, повышается толерантность инвалида к протезу. Ресурсные испытания коленного механизма показали увеличение ресурса его работы в 2,7 раза по сравнению с существующими, что особенно актуально для протезной промышленности и для пациентов-пользователей протезов бедра с коленными механизмами указанной конструкции. 2