протез голени

Формула изобретения

1. Протез голени, содержащий гильзу, соединенную с удлиненной пластинчатой опорой, конец которой отформован в виде части стопы, изогнутую пластину, дополняющую часть стопы до ее полной формы и связанную узлом крепления с опорой, отличающийся тем, что в него введена дополнительная удлиненная пластинчатая опора, выполненная за одно целое с изогнутой пластиной, причем обе удлиненные опоры исполнены в сагиттальной плоскости по обводам, близким к здоровой конечности, узел крепления имеет вид шарнира и упругого бандажа, при этом шарнир выполнен из эластичного материала и снабжен сквозными пазами, через которые пропущены удлиненные опоры, упругий бандаж выполнен в виде облицовки стопы, закрепленной на шарнире и охватывающей концы обеих опор.

2. Протез по п.1, отличающийся тем, что упругий бандаж, выполненный в виде облицовки, имеет вид крестообразной выкройки, прошитой силовыми лентами, причем по длинной стороне перекрестия выкройки силовые ленты прошиты по линиям обвода стопы, а по короткой стороне перекрестия по линиям элементов закрепления облицовки с шарниром.

3. Протез по п.1, отличающийся тем, что шарнир имеет вид полого цилиндрического корпуса, снабженного армирующими шпильками, а сквозные пазы по форме и размещению их приближены к профилю опор в зоне шарнира.

4. Протез по пп.1 3, отличающийся тем, что элементы закрепления облицовки на шарнире выполнены в виде фланцев, жестко связанных с облицовкой в вершинах короткой стороны перекрестия выкройки, причем фланцы установлены на концы армирующих шпилек шарнира, выступающих за торцы цилиндрического корпуса, и закреплены гайками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области протезирования, в частности к конструкциям протезов голени со стопой.

За наиболее близкий аналог принят протез голени, который содержит удлиненную пластинчатую криволинейную опору, один конец которой соединен с гильзой, а другой отформован в виде части стопы, т.е. изогнут или вперед, образуя переднюю часть стопы, или назад, образуя пяточную часть стопы. Другую часть стопы представляет изогнутая пластина, дополняющая отформованный конец опоры до полной формы стопы. Опора и пластина выполнены из высокопрочного материала, например углепластика, и связаны друг с другом узлом крепления, например, заполимеризованным жестким бандажом, охватывающим пластину и опору (см. US, патент N 4547914, A 61 F 2/28, 1965 г.).

Основным недостатком известного протеза голени является узкоспециализированная направленность, оправданная при использовании протеза, как правило, только в активном, например, спортивном режиме, когда требуется реализация высокодинамического движения.

Запатентованная конструктивно-силовая схема протеза удлиненная опора с прикрепленной изогнутой пластиной такова, что для обеспечения необходимых гибкости, прочности и надежности протеза требуется применение наиболее совершенных материалов и технологий, что приводит к его чрезмерной стоимости.

Сущность изобретения состоит в том, что в протез голени, содержащий связанную с гильзой удлиненную пластинчатую опору, конец которой отформован в виде части стопы, изогнутую пластину, связанную узлом крепления с опорой и дополняющую часть стопы на опоре до полной формы стопы, введены вновь дополнительная удлиненная пластинчатая опора, шарнир из эластичного материала и упругий бандаж. Дополнительная опора выполнена за одно целое с изогнутой пластиной. Обе опоры выполнены в сагиттальной плоскости по обводам, близким к здоровой конечности. Шарнир и упругий бандаж составляют узел крепления сдвоенной с их помощью опоры. Шарнир выполнен из эластичного материала и снабжен сквозными парами, через которые пропущены удлиненные опоры. Упругий бандаж выполнен в виде облицовки, закрепленной на шарнире и охватывающей стопу, т.е. плотно облегает нижние концы обеих опор.

Облицовка в частном исполнении имеет вид крестообразной выкройки из высокопрочного материала. Выкройка для усиления прошита силовыми лентами по линиям обвода стопы, а по местам обвода элементов закрепления с шарниром. Обвод стопы проходит по длинной стороне перекрестия выкройки, а обвод элементов закрепления по короткой стороне перекрестия.

Шарнир может быть выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, снабженного армирующими шпильками, а сквозные пазы по форме и положению их приближены к профилю опор в зоне шарнира. Элементы закрепления облицовки на шарнире представлены в виде фланцев, жестко связанных с облицовкой в вершинах короткой стороны перекрестия крестообразной выкройки, причем фланцы установлены на конце армирующих шпилек, выступающих за торцы цилиндрического шарнира, и закреплены гайками.

Изобретение позволило создать протез голени более широкого применения, т. е. обеспечивающий различную активность движения и в то же время делающий его доступным по стоимости для широкого круга потребителей. Эти положительные качества являются следствием перераспределения нагрузок на опорные элементы и возможности изготовления предложенного протеза с использованием существенно более дешевого стеклопластика. При этом можно получать изделия, не уступающие по прочности, жесткости и надежности известным конструкциям. Предложенная дополнительная опора, образующая в паре с имеющейся сдвоенную опору в комплексе с узлом крепления, способна реализовать малую, среднюю и высокую активность движения, повысить безопасность использования протеза, при его частичном разрушении, например, одной из опор.

На фиг. 1 изображена конструкция протеза со сдвоенной опорой при параллельном положении опор; на фиг. 2 выносной элемент l, на котором в разрезе изображено пересекающееся положение опор; на фиг. 3 конструкция протеза, вид спереди; на фиг. 4 выносной элемент ll, на котором изображен внешний вид пересекающегося положения опор; на фиг. 5, 6 конструкция эластичного шарнира для параллельного положения опор, виды сбоку и спереди; на фиг. 7 упругий бандаж в виде облицовки.

Протез голени содержит следующие элементы.

На фиг. 1 изображен протез, у которого передняя часть имеет вид удлиненной пластинчатой опоры 1, один конец которой отформован в переднюю (носковую) часть 2 стопы. Дополнительная удлиненная пластинчатая опора 3 выполнена за одно целое с изогнутой пластиной, являющейся пяточной частью 4 стопы. Передняя часть 2 и пяточная часть 4, дополняя друг друга, образуют полную стопу. Обе удлиненные пластинчатые опоры 1 и 3 исполнены в сагиттальной плоскости по обводам, приближенным к здоровой конечности. Опоры 1 и 3 соединены с гильзой 5 элементами связи 6, представляющими собой элементы механического крепления, например, с помощью стягивающих хомутов, накладок и винтов (см. фиг. 1).

Узел крепления опор 1 и 3 выполнен в виде шарнира, представляющего собой полый цилиндрический корпус 7 (см. фиг. 1 6), упругого бандажа, выполненного в виде облицовки 8 (см. фиг. 1, 7) из высокопрочной, например, аремидной ткани.

Корпус 7 шарнира выполнен эластичным, например из резин различной жесткости марок В-14Д, В-14 или МРП-1234 по ТУ 0051166-37, с необходимой ресурсной прочностью, определенной экспериментально. Шарнир расположен в зоне щиколотки опор 1 и 3 таким образом, что ось вращения цилиндрического корпуса 7 ориентирована поперек продольного направления сдвоенных опор 1 и 3 (см. фиг. 1, 3, 4).

В корпусе 7 выполнены сквозные пазы 9 и 10, через которые пропущены опоры 1 и 3.

Наиболее рациональной является установка опор 1 и 3 в шарнире, когда пазы 9 и 10 имеют форму и положение, приближенные к профилю опор 1 и 3 в месте установки шарнира, т.е. в районе щиколотки.

На фиг. 5 и 6 изображено положение пазов 9 и 10, ориентированных вдоль образующей корпуса 7 шарнира.

На фиг. 6 видна форма пазов 9 и 10, криволинейная поверхность которых подобна изогнутому профилю опор 1 и 3.

Опоры 1 и 3 могут быть пропущены через пазы 9 и 10 по-разному в параллельном и пересекающемся исполнениях.

На фиг. 1 и 3 изображено параллельное положение опор 1 и 3 в шарнире. В этом случае опора 1 пропущена через пару пазов 9, а опора 3 через пару пазов 10.

На фиг. 2 и 4 изображено пересекающееся положение опор. В этом случае конструктивное исполнение опор 1 и 3 выглядит иначе: пяточная часть 4 стопы отформована на опоре 1, а передняя часть 2 стопы является принадлежностью опоры 3. На передней и пяточной частях стопы выполнены продольные разрезы, придающие частям стопы гребенчатую форму, форма и расположение пазов в корпусе 7 шарнира соответствуют гребням 11 опор при установке в соответствующие пазы. Опоры 1 и 3 пересекаются в зоне щиколотки путем ввода гребней 11 одной опоры в продольные разрезы другой (см. фиг. 2, 4).

Корпус 7 укреплен армирующими шпильками 12 (см. фиг. 5, 6). Упругий бандаж, выполненный в виде облицовки 8, имеет вид крестообразной выкройки (см. фиг. 7). Для усиления облицовки 8 в местах ее контактов с жесткими частями протеза стопой и шарниром, осуществлена прошивка силовыми лентами 13 из аремидного или сверхвысокомодульного материала СВМ по технологии, принятой при изготовлении парашютов.

По длинной стоpоне перекрестия (размер 1) крестообразной выкройки силовые ленты 13 проложены по линиям обвода 14 стопы, т.е. в местах контактов облицовки 8 с передней и пяточной частями 2 и 4 стопы.

По короткой стороне перекрестия (размер 2) силовые ленты 13 проходят по линиям обвода 15 элементов закрепления облицовки 8 с корпусом 7.

Элементами закрепления являются два фланца 16, связанные с облицовкой 8 с помощью силовых лент 13. При этом фланцы 16 обшиты силовыми лентами 13 по периметру и по линиям их сопряжения.

Облицовка 8 охватывает нижние концы опор, т.е. переднюю и пяточную часть 2 и 4 стопы с натягом, обеспечивающим плотный контакт.

Закрепление облицовки 8 на шарнире осуществлено посредством фланцев 16, устанавливаемых на выступающих за торец корпуса 7 концах армирующих шпилек 12. Фиксация положения фланцев 16 производится гайками 17 (см. фиг. 5). Декоративные колпачки 18 закрывают места крепления фланцев 16 с корпусом 7.

Работа протеза голени описана на примере параллельной установки опор 1 и 3 в шарнире. При нагрузке на переднюю часть 2 стопы (на носок), возникающей в фазе заднего толчка, эта часть стопы, работая в основном на изгиб, деформируется. Причем точка приложения силы перемещается в направлении действия силы и вперед. Горизонтальная составляющая перемещения приводит к возникновению растягивающих усилий в упругом бандаже облицовке 8, которые передаются на пяточную часть 4 стопы, в которой, в свою очередь, возникают изгибные деформации. Происходит перераспределение усилий между передней частью 2 стопы и пяточной частью 4, а, следовательно, и между опорами 1 и 3. Результатом этого действия является снижение нагрузки на опоры. При этом за счет жесткой связи облицовки 8 с корпусом 7 шарнир в зоне щиколотки воспринимает сжимающие усилия, уравновешивающие растяжение в облицовке 8.

В верхней зоне обе опоры 1 и 3 работают на изгиб и в заделке гильза 5 воспринимает нагрузку с двух сторон симметрично. Симметричное соединение опор с гильзой дает возможность упростить конструкцию заделки опор с двух сторон на гильзе и открывает новые перспективы регулировки. В прототипе нагрузки передаются на гильзу консольно. В результате требования к элементам крепления гильзы с опорой существенно повышаются.

В реальных условиях, когда следует учитывать индивидуальные данные и особенности движения инвалида, в т.ч. на пересеченной местности, в шарнире возникают нагрузки всевозможных направлений: сжимающие, растягивающие, моменты кручения. Конструкция эластичного шарнира позволяет воспринимать и перераспределять эти нагрузки между опорами 1 и 3 и не препятствует в определенных пределах взаимным перемещениям.

В поперечных сечениях опор в зоне щиколотки действуют изгибающие моменты, в сумме равные произведению реакций опоры на плечо ее действия относительно точки, соответствующей центру тяжести суммарного сечения; на фиг. 1, кроме того, действует осевая сжимающая сила, равная по величине реакции опоры. За счет соответствующего подбора жесткостей опор, а также упругости бандажа и шарнира можно добиться уменьшения изгибающего момента и действующих в протезе напряжений. Например, в экспериментальном образце протеза изгибающий момент в опоре 1 составил не более 40% суммарного. В этом же образце величина момента в заделке в каждой из опор была ограничена до 30% от суммарного.

Схема работы при нагрузке на пяточную часть 4 опоры, возникающей в фазе переднего толчка, аналогична работе в фазе заднего толчка, с той разницей, что первая опора при этом работает как вторая, и наоборот, а величины изгибающих моментов меньше, чем в предыдущем случае, т.к. меньше плечо приложения реакции.

Пересекающиеся опоры в случае, когда их жесткость, а также жесткость упругого бандажа и шарнира аналогичны параллельному положению опор, работают точно также, как описано выше.

Для обеспечения протезирования инвалидов с различными данными, основные составляющие протеза со сдвоенной опорой выполняют нескольких типоразмеров, а именно:

опоры 1 и 3 различной толщины и жесткости в зависимости от нагрузки, т.е. массы и степени активности инвалида;

различные по геометрии передние и пяточные части 2 и 4 стопы для нескольких наиболее распространенных размеров ступни;

регулируемые по высоте опоры за счет подрезания их верхней зоны в районе соединения с гильзой 5;

межзвенный шарнир щиколотка различной геометрии и различных материалов в зависимости от конфигурации опоры и нагрузок;

жесткость упругого бандажа облицовки стопы, варьируется по величине в зависимости от размеров ступни и нагрузок.

Предлагаемая в развитие концепции Flex-Foot сдвоенная опора существенно расширяет область рационального применения протеза, поскольку позволяет разнести нагрузку по двум взаимосвязанным опорам, варьировать степень их нагружения в зависимости от динамики движения, при этом:

обеспечивается повышение надежности и большая безопасность для пользователя при частичном снижении несущей способности;

используются в большой мере без ущерба прочности, жесткости и надежности, более дешевые по сравнению с углеводородными волокнами материалы, например стекловолокно;

за счет симметричного охвата гильзы опорами имеется возможность упростить и облегчить конструкцию заделок гильзы, упрощая и удешевляя технологию сборки и тем самым стоимость протеза в целом;

за счет упругого бандажа облицовки стопы и эластичного шарнира упрощается эксплуатация протеза в кроссовках, ставших наиболее распространенной повседневной обувью для динамичных пользователей;

обеспечивается в целом экономически целесообразный универсальный режим использования протеза для широкой категории потребителей за счет нескольких типоразмеров заготовок и регулировок жесткости составляющих в зависимости от индивидуальных данных инвалида.

Предложенный протез, не утрачивая своего изначального назначения, перестает быть дорогостоящим спортивным инвентарем для одних или просто модным, но отнюдь не необходимым средством передвижения, для других. Протез доступен по стоимости для широкого круга активных пользователей: а по функциональным возможностям рационально применим как для занятий спортом, так и для повседневного использования по значению.