протез стопы с регулируемыми характеристиками

Формула изобретения

1. Система для протеза нижней конечности, содержащая

продольную стопу, имеющую передний отдел стопы на одном конце,

задний отдел стопы на противоположном конце и средний отдел стопы, проходящий между упомянутыми передним и задним отделами стопы;

лодыжку, прикрепленную к стопе;

вертикальную голень, проходящую вверх от лодыжки;

в которой лодыжка и голень сформированы упругим элементом,

проходящим вверх от стопы и имеющим обращенную вперед выпукло-изогнутую спиральную часть; и

в которой упомянутый элемент прикреплен к стопе соединительным элементом, сформированным монолитно с передним отделом стопы.

2. Система по п.1, в которой соединительный элемент проходит в направлении назад от переднего отдела стопы как консоль над средним отделом стопы и частью заднего отдела стопы.

3. Система по п.2, в которой задний и средний отделы стопы сформированы монолитно и соединены со сформированными монолитно передним отделом стопы и соединительным элементом.

4. Система по п.1, в которой нижний конец упругого элемента является реверсно изогнутым.

5. Система по п.5, в которой соединительный элемент вмещает в себе реверсно изогнутый нижний конец упругого элемента.

6. Система по п.4, в которой реверсно изогнутый нижний конец упругого элемента выполнен в виде спирали, образуя упомянутую спиральную часть.

7. Система по п.6, в которой радиально внутренний конец спирали упругого элемента прикреплен к соединительному элементу.

8. Система по п.1, в которой соединительный элемент содержит стопор, ограничивающий тыльное сгибание упругого элемента.

9. Система по п.1, которая также содержит косметическое покрытие в форме стопы человека и нижней части ноги, причем упомянутое косметическое покрытие расположено над стопой, лодыжкой и по меньшей мере нижним концом голени, причем голень проходит вверх от лодыжки в нижнем покрытии ноги.

10. Система по п.1, которая также содержит устройство, размещенное сзади голени, на протезе для аккумулирования энергии во время силовой нагрузки протеза и для возвращения аккумулированной энергии при прекращении силовой нагрузки, чтобы увеличивать кинетическую энергию, генерируемую для движущей силы протезом во время ходьбы.

11. Система по п.10, в которой упомянутое устройство содержит по меньшей мере один удлиненный элемент, проходящий между верхней частью голени и нижней частью протезной стопы, и по меньшей мере одну пружину, упруго смещаемую по меньшей мере одним удлиненным элементом при реагировании на движение вперед верхнего конца голени для аккумулирования энергии.

12. Система по п.11, в которой по меньшей мере одна пружина представляет собой цилиндрическую пружину, свободный конец которой соединен с удлиненным элементом, при этом цилиндрическая пружина выполнена с возможностью упругого расширения при реагировании на движение вперед верхнего конца голени во время ходьбы для аккумулирования энергии.

13. Протезная стопа, содержащая

продольный киль стопы, имеющий передний отдел стопы на одном конце, задний отдел стопы на противоположном конце и средний отдел стопы, проходящий между упомянутыми передним и задним отделами стопы;

вертикально ориентированную упругую стойку голени, прикрепленную к килю стопы на нижнем конце стойки голени, который формирует область упругого голеностопного сустава протезной стопы, и проходящую в основном вверх от киля стопы и имеющую обращенную вперед выпукло-изогнутую часть упругой стойки голени;

в которой стойка голени прикреплена к килю стопы соединительным элементом, сформированным монолитно с передним отделом стопы киля.

14. Протезная стопа по п.13, в которой соединительный элемент проходит в направлении назад от переднего отдела стопы как консоль над средним отделом стопы и частью заднего отдела стопы киля.

15. Протезная стопа по п.14, в которой задний и средний отделы стопы киля сформированы монолитно и соединены со сформированными монолитно передним отделом стопы и соединительным элементом.

16. Протезная стопа по п.13, в которой нижний конец упругого элемента является реверсно изогнутым.

17. Протезная стопа по п.16, в которой соединительный элемент вмещает в себя реверсно изогнутый нижний конец стойки голени.

18. Протезная стопа по п.16, в которой реверсно изогнутый нижний конец стойки голени выполнен в виде спирали.

19. Протезная стопа по п.18, в которой радиально внутренний конец спирали стойки голени прикреплен к соединительному элементу.

20. Протезная стопа по п.13, в которой соединительный элемент содержит стопор, ограничивающий тыльное сгибание стойки голени.

21. Протезная стопа по п.13, которая также содержит косметическое покрытие в форме стопы человека и нижней части ноги, причем упомянутое косметическое покрытие расположено над килем стопы и по меньшей мере нижним концом стойки голени, причем стойка голени проходит вверх от киля стопы в нижнем покрытии ноги.

22. Протезная стопа по п.13, которая также содержит устройство, размещенное сзади голени, на протезе для аккумулирования энергии во время силовой нагрузки протеза и для возвращения аккумулированной энергии при прекращении силовой нагрузки, чтобы увеличивать кинетическую энергию, генерируемую для движущей силы протезом во время ходьбы.

23. Протезная стопа по п.22, в которой упомянутое устройство содержит по меньшей мере один удлиненный элемент, проходящий между верхней частью стойки голени и нижней частью протезной стопы, и по меньшей мере одну пружину, упруго смещаемую по меньшей мере одним удлиненным элементом при реагировании на движение вперед верхнего конца голени для аккумулирования энергии.

24. Протезная стопа по п.23, в которой по меньшей мере одна пружина представляет собой цилиндрическую пружину, свободный конец которой соединен с удлиненным элементом, при этом цилиндрическая пружина выполнена с возможностью упругого расширения при реагировании на движение вперед верхнего конца голени во время ходьбы для аккумулирования энергии.

25. Система для протеза нижней конечности, содержащая

продольную стопу;

лодыжку, прикрепленную к стопе;

вертикальную голень, проходящую вверх от лодыжки;

причем лодыжка и голень образованы упругим элементом, реверсно изогнутый нижний конец которого прикреплен к стопе, образуя лодыжку, и который проходит вверх от стопы и имеет обращенную вперед выпукло-изогнутую спиральную часть; и

упругий элемент прикреплен к стопе соединительным элементом, вмещающим изогнутый нижний конец элемента.

26. Система по п.25, в которой реверсно изогнутый нижний конец упругого элемента выполнен в виде спирали, образуя упомянутую спиральную форму.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится протезу стопы, имеющему хорошие рабочие показатели, улучшенные возможности динамических характеристик в связи с тем, что эти возможности соответствуют механике действующих усилий.

Уровень техники

Искусственная безшарнирная стопа ножного протеза описывается в патенте США №5897594, Martin и др. В противоположность прошлым техническим решениям, в которых искусственная стопа имеет жесткую конструкцию с шарниром для имитации функции лодыжки, безшарнирная искусственная стопа согласно Martin и др. использует упругую вставку стопы, установленную внутри выполненной формованием стопы. Эта вставка имеет приблизительно С-образную конструкцию в продольном сечении, открытую назад, и воспринимает нагрузку протеза своего верхнего С-образного конца, и посредством своего нижнего С-образного конца передает нагрузку на пластинчатую пружину, соединенную с ним. Эта пластинчатая пружина, при виде снизу, имеет выпуклую конструкцию и проходит приблизительно параллельно области подошвы вперед за пределы вставки стопы в область оконечности стопы. Это изобретение согласно Martin и др. имеет своей целью усовершенствование безшарнирной искусственной стопы в отношении амортизации ударной нагрузки пятки, упругости, ходьбы с пятки на пальцы и в отношении поперечной устойчивости, чтобы пользователь мог ходить естественной походкой; также цель упомянутого изобретения заключается в обеспечении пользователю возможности нормальной ходьбы и выполнения физических упражнений, участия в спортивных играх. Но динамические характеристики этой искусственной стопы известного уровня техники ограничены и не копируют биомеханические функции стопы человека, лодыжки, голени, мягкой опорной ткани. Искусственная стопа согласно Martin и др. и прочие протезные стопы известного уровня техники, которые используют эту конструкцию лодыжки и жесткий пилон как голень, не могут аккумулировать достаточное количество упругой энергии, чтобы создавать кинетическую энергию в сагиттальной плоскости нормального голеностопного сустава во время ходьбы. Испытания показали, что протезы стопы известного уровня техники таких конструкций дают только около 25% кинетической энергии в сагиттальной плоскости от нормального голеностопного сустава во время ходьбы.

Другие искусственные стопы предлагались Ван. Л. Филлипсом; эти стопы направлены на обеспечение подвижности человеку с ампутированной конечностью, чтобы тот смог заниматься разнообразной деятельностью, которая в прошлом была невозможной из-за конструкционных ограничений и соответствующих рабочих показателей протезов известного уровня техники. Эти известные искусственные стопы будто бы обеспечивают возможность бега и прыжков и других видов активности и согласно сообщениям ими можно пользоваться как обычной естественной стопой. Например, см. патенты США №6071313; 5993488; 5899944; 5800569; 5800568; 5728177; 5728176; 5824112; 5593457; 5514185; 5181932 и 4822363. Эти протезы имеют стопу, лодыжку и голень, выполненные из композитного материала, при этом механическая форма лодыжки обращена назад и имеет выпуклую изогнутость. Испытания показали, что протезы известного уровня техники этой конструкции дают приблизительно 40% кинетической энергии в сагиттальной плоскости нормального голеностопного сустава во время ходьбы. Существует необходимость обеспечения протеза с более высокими рабочими показателями, которые смогут обеспечить человеку с ампутированной конечностью улучшение таких действий, как ходьба, бег, прыжки, спринт, старт, остановка и резкая остановка.

Сущность изобретения

Для обеспечения человеку с ампутированной конечностью более высокого уровня действий и функций необходима протезная стопа с высокими рабочими показателями, с улучшенной прикладной механикой, рабочие показатели которой смогут превысить показатели естественной стопы человека и превзойти показатели протезной стопы известного уровня техники. Люди с ампутированной конечностью заинтересованы в том, чтобы иметь протезную стопу с высокими рабочими показателями, с усовершенствованной прикладной механикой, с высокими и низкими динамическими реакциями, с регулируемым выравниванием взаимного положения компонентов с точной настройкой для улучшения горизонтальных и вертикальных составляющих движений, которые могут быть настроены в соответствии со спецификой движений.

Протезная стопа согласно настоящему изобретению решает эти задачи. Согласно раскрываемому здесь, приводимому в качестве примера осуществления протезная стопа согласно изобретению содержит продольно проходящий киль стопы, имеющий передний отдел стопы на одном конце, задний отдел стопы на противоположном конце и относительно длинный средний отдел стопы, проходящий между передним отделом стопы и задним отделом стопы и вверх от них. Также обеспечена стойка голени, содержащая изогнутый выпуклостью вниз нижний конец. Регулируемое крепление прикрепляет искривленный нижний конец стойки голени к выгнутому вверх среднему отделу стопы киля и образует область голеностопного сустава протезной стопы. Стойка голени представляет собой упругий элемент, формирующий лодыжку и голень протеза, и упомянутый упругий элемент проходит вверх от киля стопы в виде обращенной вперед выпукло-изогнутой части этого элемента. За счет этой ориентации механической формы угловая скорость механической формы увеличивается при реагировании на сжимающее усилие при нагрузке на поздней стадии средней позиции стопы. Вследствие этого, при использовании этого протеза повышается кинетическая энергия протеза в сагиттальной плоскости во время ходьбы.

Регулируемое крепление обеспечивает возможность регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении киля стопы для настройки рабочих показателей протезной стопы. За счет регулирования выравнивания противостоящих выгнутого вверх среднего отдела киля стопы и направленного вниз выпукло искривленного нижнего конца стойки голени по отношению друг к другу характеристики динамической реакции и образуемое движение стопы изменяются сообразно конкретной необходимости по отношению к нужным/желательным горизонтальным и вертикальным линейным скоростям. Данное изобретение обеспечивает протезную стопу многоцелевого использования, с возможностями обеспечения высоких и низких динамических характеристик, и также характеристик движения в двух плоскостях, которые улучшают функциональные возможности людей с ампутированной конечностью в повседневных движениях, в спорте и/или развлечениях. Также предусмотрена стопа специально для спринта.

Согласно некоторым осуществлениям в стойке голени ее нижний конец обращенно изогнут в виде спирали, и при этом стойка голени проходит вверх в направлении вперед от спирали к ее вертикальному верхнему концу. За счет этого обеспечена стойка голени с выполненной заодно лодыжкой на ее нижнем конце, когда стойка голени прикреплена к килю стопы, причем создаваемое движение в результате реагирования согласно изменяющимся радиусам аналогично движениям, создаваемым имеющей форму параболы стойкой голени согласно изобретению. Стойка голени со спиральным нижним концом прикреплена к килю стопы соединительным элементом. Этот соединительный элемент может содержать стопор, чтобы ограничивать сгибание назад стойки голени во время ходьбы. В некоторых осуществлениях соединительный элемент выполнен заодно с передним отделом киля стопы. Согласно еще одному признаку изобретения соединительный элемент проходит в направлении назад в виде консоли над средним отделом стопы и частью заднего отдела стопы киля. Элемент связи может быть реверсно изогнут вверх, чтобы образовывать обращенную вперед вогнутость, в которой располагается нижний конец стойки голени; при этом реверсно изогнутый нижний конец стойки голени своим концом опирается на соединительный элемент. Получаемый при этом протез имеет повышенную эффективность.

Эти и другие признаки и преимущества изобретения поясняются в приводимом ниже подробном описании раскрываемых примеров его осуществления и на прилагаемых чертежах.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 схематически показывает два примыкающих друг к другу радиуса кривизны R₁ и R₂, один напротив другого, киль стопы и стойку голени протезной стопы согласно изобретению, которые создают характеристики динамической реакции и результирующее движение стопы при ходьбе в направлении стрелки В, перпендикулярной к касательной А, соединяющей эти два радиуса.

Фиг.2 - вид, аналогичный Фиг.1, но показывающий расположение двух радиусов, которое изменено в протезной стопе согласно изобретению в целях увеличения горизонтальной составляющей и уменьшения вертикальной составляющей динамической реакции и результирующего движения стопы во время ходьбы, при этом стрелка, перпендикулярная касательной линии А1, имеет более горизонтальное направление, чем в случае, иллюстрируемом на чертеже Фиг.1.

Фиг.3 - боковая проекция протезной стопы согласно приводимому в качестве примера осуществлению изобретения: с адаптером пилона с соединенным с ним пилоном для прикрепления стопы к низу ноги человека с ампутированной конечностью;

Фиг.4 - вид спереди протезной стопы с адаптером пилона с соединенным с ним пилоном согласно Фиг.3.

Фиг.5 - вид сверху осуществления, показанного на фиг.3 и 4.

Фиг.6 - боковая проекция еще одного киля стопы согласно изобретению, в частности для спринта, который можно использовать в протезной стопе согласно настоящему изобретению.

Фиг.7 - вид сверху киля стопы, показанного на Фиг.6.

Фиг.8 - вид снизу киля стопы в протезной стопе согласно Фиг.3, который обеспечивает высокие и низкие динамические характеристики, а также возможность двухплоскостного движения.

Фиг.9 - боковая проекция еще одного киля стопы согласно изобретению для протезной стопы, особо целесообразной для спринта, выполняемого человеком, у которого стопа ампутирована по Сайму.

Фиг.10 - вид сверху киля стопы, показанного на Фиг.9.

Фиг.11 - еще один вариант киля стопы протезной стопы согласно изобретению для человека с ампутацией по Сайму; киль стопы обеспечивает протезной стопе высокие и низкие динамические характеристики, а также возможности двухплоскостного движения.

Фиг.12 - вид сверху киля стопы, показанного на чертеже Фиг.11.

Фиг.13 - боковая проекция киля стопы согласно изобретению, в котором толщина киля уменьшается, например, равномерно уменьшается от среднего отдела стопы к заднему отделу стопы киля.

Фиг.14 - боковая проекция еще одной формы киля стопы, в котором толщина уменьшается от среднего отдела стопы к переднему отделу стопы и к заднему отделу стопы киля.

Фиг.15 - вид сбоку и немного сверху имеющей форму параболы стойки голени протезной стопы согласно изобретению; толщина стойки голени уменьшается к ее верхнему концу.

Фиг.16 - боковая проекция, аналогичная Фиг.15, но показана другая стойка голени, суживающаяся от середины и к ее верхнему, и к ее нижнему концам.

Фиг.17 - боковая проекция С-образной стойкой голени для протезной стопы; толщина стойки голени уменьшается от середины к ее верхнему и ее нижнему концам.

Фиг.18 - боковая проекция еще одного примера С-образной стойки голени протезной стопы; толщина стойки голени равномерно уменьшается от ее центра к ее верхнему концу.

Фиг.19 - боковая проекция S-образной стойки голени для протезной стопы; толщина обоих концов равномерно уменьшается от ее середины.

Фиг.20 - еще один пример S-образной стойки голени, толщина которой уменьшается только на ее верхнем конце.

Фиг.21 - боковая проекция J-образной стойки голени, сужающейся на каждом конце, для протезной стопы согласно изобретению.

Фиг.22 - вид, аналогичный Фиг.21, но толщина J-образной стойки голени равномерно уменьшается только к ее верхнему концу.

Фиг.23 - вид сбоку и немного сверху соединительного элемента из металлического сплава или пластмассы, используемого в регулируемом креплении согласно изобретению, для прикрепления стойки голени к килю стопы, показанному на Фиг.3.

Фиг.24 - вид сбоку и немного спереди адаптера пилона, используемого в протезе стопы согласно Фиг.3-5, и также применимого со стопой согласно Фиг.28 и 29 для соединения стопы с пилоном, прикрепляемым к ноге человека с ампутированной конечностью.

Фиг.25 - боковая проекция еще одной протезной стопы согласно изобретению, аналогичной протезной стопе согласно Фиг.3, но показывающей использование соединительного элемента с двумя отсоединяемыми крепежными деталями, расположенными с интервалом в продольном направлении, соединяющими элемент со стойкой голени киля стопы, соответственно.

Фиг.26 - увеличенная боковая проекция соединительного элемента, показанного на чертеже Фиг.25.

Фиг.27 - увеличенная боковая проекция стойки голени протезной стопы согласно Фиг.25.

Фиг.28 - боковая проекция еще одного осуществления протезной стопы, в которой стойка голени находится внутри декоративного футляра.

Фиг.29 - вид сверху протезной стопы, показанной на Фиг.28.

Фиг.30 - поперечное сечение протезной стопы, показанной на Фиг.28 и 29 по линии 30-30, показанной на Фиг.29.

Фиг.31А и 31В - сечения клиньев разной толщины, которые можно использовать в стопоре тыльного сгибания соединительного элемента, показанного на Фиг.30.

Фиг.32 - боковая проекция еще одного осуществления протезной стопы, согласно которому нижний конец стойки голени имеет реверсное искривление в виде спирали и помещен в соединительный элемент, сформированный как одно целое с передним отделом стопы киля стопы, и опирается на этот элемент.

Фиг.33 - вертикальная проекция протеза согласно Фиг.32.

Фиг.34 - вид сзади протеза согласно Фиг.32.

Фиг.35 - боковая проекция еще одного осуществления протеза, в котором задний компонент киля стопы соединен с реверсно искривленным верхним концом соединительного элемента, сформированного как одно целое с передним отделом стопы киля.

Фиг.36 - боковая проекция еще одного вида изобретения, где соединительный элемент выполнен как одно целое с килем стопы.

Фиг.37 - боковая проекция еще одного варианта протеза согласно изобретению, причем соединительный элемент соединен на его заднем конце с килем стопы крепежной деталью.

Фиг.38 - боковая проекция еще одного осуществления протеза, в котором соединительный элемент соединен с килем стопы на заднем конце киля стопы.

Фиг.39 - боковая проекция стойки голени и расположенного сзади голени устройства согласно осуществлениям Фиг.35-38, показанного отсоединенным от киля стопы и его соединительного элемента.

Фиг.40 - изображение в перспективе слева и сзади протезной стопы еще одного осуществления изобретения, в котором скомбинированы признаки нескольких других осуществлений.

Оптимальный вариант осуществления изобретения

Обращаясь к чертежам, протезная стопа 1 согласно приводимому в качестве примера осуществлению в соответствии с Фиг.3-5 содержит проходящий в продольном направлении киль 2 стопы, имеющий передний отдел 3 стопы на одном конце, задний отдел 4 стопы на противоположном конце и выгнутый вверх средний отдел 5 стопы между передним и задним отделами стопы. Средний отдел 5 стопы искривлен выпукло вверх по всей его продольной протяженности между передним и задним отделами стопы в приводимом в качестве примера осуществлении.

Вертикальная стойка 6 голени стопы 1 прикреплена на части ее направленного вниз выпукло-изогнутого нижнего конца 7 к проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля отсоединяемой крепежной деталью 8 и соединительным элементом 11. Крепежная деталь 8 в этом приводимом в качестве примера осуществлении представляет собой один болт с гайкой и шайбами, но она также может быть и съемным зажимом или другой крепежной деталью для закрепляющего позиционирования и фиксирования стойки голени на киле стопы при затягивании крепежной детали.

Продольное отверстие 9 сформировано на проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля - Фиг.8. Продольное отверстие 10 также сформировано в изогнутом нижнем конце 7 стойки 6 голени, например, согласно Фиг.15. Съемная крепежная деталь 8 проходит через отверстия 9 и 10 и обеспечивает возможность регулирования выставления стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении А-А на чертеже Фиг.5 при ослаблении или съеме крепежной детали 8 в целях точного регулирования рабочих показателей протезной стопы для ее настройки на конкретную задачу. Таким образом, крепежная деталь 8, соединительный элемент 11 и продольные отверстия 9 и 10 образуют регулируемое крепление для прикрепления стойки голени к килю стопы для образования области голеностопного сустава протезной стопы.

Результаты регулирования выравнивания стойки 6 голени и киля стопы 2 относительно друг друга представлены на чертежах Фиг.1 и 2, где два соседних радиуса R₁ и R₂ представляют примыкающие друг к другу, обращенные друг к другу куполообразные или выпукло искривленные поверхности среднего отдела 5 стопы киля и стойки 6 голени. Если эти два радиуса рассматривать рядом друг с другом, то способность к движению имеет место перпендикулярно к касательной линии А на Фиг.1, А₁ на Фиг.2 между двумя радиусами. Взаимосвязь этих двух радиусов определяет направление результирующего движения. Поэтому в стопе 1 сила динамической реакции зависит от этой взаимосвязи. Чем больше будет радиус вогнутости, тем больше будет возможность динамической реакции. Но чем меньше будет радиус вогнутости, тем быстрее будет его реакция.

Возможность выравнивания стойки голени и киля стопы в протезной стопе относительно друг друга позволяет смещать радиусы, чтобы изменять горизонтальные или вертикальные линейные скорости сообразно спортивным движениям стопы. Например, для повышения горизонтальной линейной скорости протезной стопы 1 выравнивание можно изменить, чтобы повлиять на взаимосвязь между радиусом стойки голени и радиусом киля стопы. То есть для улучшения характеристики горизонтальной линейной скорости нижний радиус R₂ киля стопы смещают дистальнее от его исходного положения: Фиг.2 по сравнению с Фиг.1. За счет этого изменяются динамические реакции, и результирующее движение стопы 1 теперь направлено более горизонтально, и за счет этого можно обеспечить увеличение горизонтальной линейной скорости при тех же прилагаемых силах.

Человек с ампутированной конечностью может на практике определить необходимое положение для каждого вида нужных ему/ей движений в отношении горизонтальных и вертикальных линейных скоростей. Для прыжков или баскетбола, например, нужен подъем, более вертикальный, чем для спринтерского бега. Соединительный элемент 11 является выравнивающим соединением, выполненным из пластмассы или металлического сплава (Фиг.3, 4 и 23) и расположенным между прикрепленными килем стопы 2 и стойкой 6 голени. Отсоединяемая крепежная деталь 8 проходит через отверстие 12 в соединительном элементе. Соединительный элемент проходит по прикрепленной части стойки голени и по проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля.

Изогнутый нижний конец 7 стойки 6 голени имеет форму параболы, и наименьший радиус кривизны этой параболы находится на нижнем конце и проходит вверх, и первоначально вперед в форме параболы. Обращенная назад вогнутость образована кривизной стойки голени, как показано на Фиг.3. Параболическая форма имеет то преимущество, что обеспечивает повышенные динамические характеристики с точки зрения создания увеличенной горизонтальной линейной скорости, что обусловлено относительно большими радиусами ее проксимального конца, и при этом она имеет меньший радиус кривизны на своем нижнем конце, который обеспечивает более быстрое реагирование. Благодаря большим радиусам кривизны на верхнем конце параболы касательная А согласно Фиг.1 и 2 остается более горизонтально ориентированной при изменениях выравнивания, за счет чего повышается горизонтальная линейная скорость.

Параболическая стойка голени реагирует на силы первоначального контакта с землей при ходьбе тем, что сжимается или спирально сворачивается. При этом радиусы кривой параболы уменьшаются, и вследствие этого снижается сопротивление к сжатию. Напротив, поскольку параболическая стойка голени реагирует расширением на силы реакции опоры для отрыва пятки от земли во время ходьбы, это делает радиусы кривой параболы больше, и вследствие этого сопротивление намного возрастает по сравнению с упомянутым сопротивлением сжатию. Эти сопротивления относятся к функции передней мышцы и задней мышцы икры человека во время ходьбы. При первоначальном контакте с плоскостью стопы во время ходьбы на силы реакции опоры реагирует меньшая передняя группа мышц икры - эксцентрически сокращается для опускания стопы на землю, и при этом создается момент тыльного сгибания. С момента плоской подошвы до момента отрыва пальцев более крупная группа задних мышц икры реагирует на силы реакции опоры тоже эксцентрическим сокращением, и при этом создается более сильный момент подошвенного сгиба. Величина этого момента относится к разнице между размерами передней и задней групп мышц икры. Как следствие, имитируется сопротивление протезной стойки голени моментам тыльного и подошвенного сгибания во время ходьбы, и при этом обеспечивается нормальная походка. Изменяемое сопротивление параболических кривых имитирует функцию мускулатуры икры человека во время ходьбы, бега и прыжков, и вследствие этого повышается эффективность протеза. Испытания показали, что протезная стопа согласно изобретению дает 86% генерирования кинетической энергии нормального голеностопного сустава человека, больше, чем в два раза по сравнению с результатами испытаний обычной протезной стопы упомянутого выше типа, имеющего обращенные назад, выпукло-искривленные лодыжку и голень. Предполагается, что по меньшей мере один фактор этого значительного увеличения кинетической энергии в сагиттальной плоскости, генерируемой протезом данного изобретения, заключается в том, что за счет выпукло-изогнутой вперед упругой лодыжки и выполненной как одно целое с ней упругой голени угловая скорость повышается при реагировании на сжимающее усилие при нагрузке на поздней стадии средней позиции стопы, в то время как угловая скорость протеза известного уровня техники при реагировании на эту нагрузку уменьшается. Это усовершенствование согласно настоящему изобретению снижает затраты энергии пользователя при ходьбе, повышает скорость ходьбы и обеспечивает более нормальную походку.

Человек ходит со скоростью приблизительно три мили в час. Человек, пробегающий одну милю за четыре минуты, пробегает 12 миль за 1 час и 10 сек; спринтер на 100-метровке бежит со скоростью 21 миля/час. То есть получается отношение 1:4:7. Горизонтальная составляющая каждого из этих видов движения увеличивается с увеличением скорости данного вида движения. Поэтому величину радиусов стойки голени протеза можно определять заранее. Для ходока нужна параболически искривленная стойка голени с меньшими радиусами, чем для бегуна на длинные дистанции и для спринтера. Для спринтера нужна параболически искривленная стойка голени, которая в семь раз больше. Эта взаимосвязь показывает, как определять радиусы параболы для ходоков, бегунов и спринтеров. Это важно, т.к. для спринтеров требуется соблюдение более широкого диапазона требований к движению, и их стойки голени должны быть прочнее, чтобы воспринимать повышенные нагрузки этого вида движения. Более широкая или большая параболическая стойка голени будет иметь относительно более плоскую кривую, соответственную повышенной конструкционной прочности для более широкого диапазона движения.

Адаптер 13 пилона соединен с верхним концом стойки 6 голени крепежными деталями 14. В свою очередь адаптер 13 прикреплен к нижнему концу пилона 15 крепежными деталями 16. Пилон 15 закреплен на нижней конечности человека с ампутированной конечностью при помощи опорной конструкции (не показана), прикрепленной к культе ноги.

В приводимом в качестве примера осуществлении передний, средний и задний отделы стопы киля 2 сформированы из цельного упругого материала. Например, можно использовать сплошной пластмассовый материал, сохраняющий форму при изгибе под действием силы реакции опоры. В частности, киль стопы и также стойку голени можно выполнить из слоистого материала с упрочняющим волокном в слоях полимерного основного материала. Например, для формирования киля стопы и стойки голени можно использовать высокопрочный графит, ламинированный эпоксидными термоотверждающимися смолами, либо экструдированную пластмассу с товарным обозначением Delran, или дегазированные полиуретановые сополимеры. Функциональные качества этих материалов обеспечивают высокую прочность с низким весом и с минимальной пластической деформацией. Термоотверждающиеся эпоксидные смолы ламинируют в вакууме в соответствии с промышленными нормами изготовления протезов. Полиуретановые сополимеры можно лить в негативные формы, а экструдированную пластмассу можно подвергать механической обработке. Каждый из этих используемых материалов имеет свои преимущества и недостатки. Обнаружено, что слоистый композитный материал для киля стопы и стойки голени может также преимущественно быть формуемым листовым термоформованным слоистым композитным материалом (препрегом), изготавливаемым по промышленным нормам, с упрочняющим волокном и с термопластным полимерным материалом матрицы для обеспечения хороших характеристик механического растяжения. Соответствующий выпускаемый промышленностью композитный материал такого вида известен под названием CYLON, который выпускает компания Cytec Fiberite Inc., г.Хавр-де-Грас, шт.Мэриленд. Альтернативно, киль стопы и стойка голени в соответствии с этим и другими осуществлениями согласно этому описанию можно выполнить из упругого металлического сплава, например, из титанового сплава сорта 5 с термической обработкой на твердый раствор и с последующим старением (STOA), и с дробеструйной обработкой в соответствии с техническими условиями, повышающими усталостную стойкость за счет введения сжимающих напряжений на поверхности.

Все физические свойства упругого материала в отношении жесткости, гибкости и прочности определяются толщиной материала. Более тонкий материал изгибается легче, чем более толстый материал той же плотности. Применяемые материалы, как и их физические свойства, связаны с характеристиками жесткости в зависимости от гибкости протезного киля стопы и стойки голени. Толщина киля стопы и стойки голени единообразная или симметричная в осуществлении согласно Фиг.3-5, но толщина по длине этих компонентов может изменяться согласно приводимому ниже описанию, например, задний и передний отделы стопы можно сделать более тонкими и в большей степени реагирующими на изгиб среднего отдела стопы.

Для обеспечения протезной стопы 1 высокими и низкими характеристиками динамической реакции средний отдел 5 стопы формируют в виде продольной дуги, таким образом, чтобы срединный аспект продольной дуги имел относительно более высокие характеристики динамической реакции, чем фланговый аспект продольной дуги. Для этой цели в этом осуществлении срединный аспект вогнутости продольной дуги имеет больший радиус, чем ее фланговый аспект.

Взаимосвязь значений срединного радиуса и флангового радиуса вогнутости продольной дуги среднего отдела 5 стопы также определяется как несущие вес области поверхности передней и задней подошвенной поверхности киля 2 стопы. Линия Т₁-Т₂ на передней секции 5 на Фиг.8 представляет несущую вес область передней подошвенной поверхности. Линия Р₁-Р ₂ представляет заднюю подошвенную несущую вес поверхность секции 5. Подошвенные несущие вес поверхности на латеральной стороне стопы представлены расстоянием Т₁ -Р₁. Подошвенные несущие вес поверхности на медиальной стороне стопы 2 представлены расстоянием Р ₂-Т₂. Расстояния, представленные Т₁-Р₁ и Р ₂-Т₂, определяют величину радиусов, и поэтому соотношение высоких и низких динамических реакций определяется и зависит от схождения или расхождения этих двух линий Т ₁-Т₂ и Р₁-Р ₂. Таким образом, высокие и низкие динамические реакции могут быть определены при проектировании структуры.

Задний конец 17 заднего отдела 4 стопы имеет форму изогнутой вверх дуги, которая реагирует на силы реакции опоры, когда пятка опускается на землю, своим сжатием для амортизации. Пятка, образуемая задним отделом 4 стопы, сформирована задним боковым углом 18, расположенным дальше назад и более латерально, чем медиальный угол 19, чтобы содействовать вывороту заднего отдела стопы во время фазы первоначального контакта при ходьбе. Передний конец 20 переднего отдела 3 стопы имеет форму изогнутой вверх дуги, моделируя пальцы стопы человека, сгибаемые тыльно в положении поднятия пятки в последней фазе позиции стопы при ходьбе. Снизу переднего и заднего отделов стопы в качестве подушек установлены резиновые или пенопластовые прокладки 53 и 54.

Характеристика улучшенного двухплоскостного движения протезной стопы создается медиальным и латеральным компенсационными отверстиями 21 и 22, проходящими сквозь передний отдел 3 стопы, расположенными между его дорсальной и подошвенной поверхностями. Компенсационные стыки 23 и 24 проходят вперед от соответствующих отверстий к переднему краю переднего отдела стопы, формируя медиальную, среднюю и латеральную плоскости 25-27 продольного изгиба, за счет которых улучшается способность к двухплоскостному движению переднего отдела стопы киля стопы. Компенсационные отверстия 21 и 22 расположены по линии В-В на Фиг.5 в поперечной плоскости, которая проходит под углом 35° к продольной оси А-А киля стопы, и при этом компенсационное медиальное отверстие 21 смещено вперед далее латерального компенсационного отверстия 22.

Угол линии В-В к продольной оси А-А на Фиг.5 может составлять 15° и все же обеспечивать высокие и низкие динамические характеристики. При изменении этого угла должен также изменяться угол Z линии Т ₁-Т₂, показанный на Фиг.8. Компенсационные отверстия 21 и 22 в проекции на сагиттальную плоскость наклонены под углом 45° к поперечной плоскости, причем дорсальный аспект этих отверстий смещен вперед по отношению к подошвенному аспекту. При этом расстояние от отсоединяемой крепежной детали 8 до компенсационного латерального отверстия 22 короче расстояния от отсоединяемой крепежной детали до медиального компенсационного отверстия 21, и поэтому латеральная часть протезной стопы 1 имеет более короткий рычаг пальцев, чем медиальная, тем самым обеспечивая высокие и низкие динамические характеристики среднего отдела стопы. Помимо этого, расстояние от отсоединяемой крепежной детали 8 до латеральной подошвенной несущей вес поверхности, представленное линией Т₁, короче расстояния от отсоединяемой крепежной детали до представленной линией Т₂ несущей вес поверхности медиальной подошвенной поверхности, в результате чего латеральная часть протезной стопы 1 имеет более короткий рычаг пальцев, чем медиальная, обеспечивая высокие и низкие динамические характеристики среднего отдела стопы.

Передняя часть заднего отдела 4 стопы киля 2 также имеет компенсационное отверстие 28, проходящее сквозь заднего отдела 4 стопы между его дорсальной и подошвенной поверхностями. Компенсирующий стык 29 проходит назад от отверстия 28 к заднему краю заднего отдела стопы, формируя компенсирующие плоскости 30 и 31 продольного изгиба. За счет этого повышается способность к двухплоскостному движению заднего отдела стопы.

Дорсальный аспект среднего отдела 5 стопы и переднего отдела 3 стопы киля 2 формирует обращенную вверх вогнутость 32, Фиг.3, в результате чего имитируется функция пятилучевой оси движения стопы человека. То есть вогнутость 32 имеет продольную ось С-С, ориентированную под углом в 15°-35° к продольной оси А-А киля стопы, при этом медиальная часть выдается вперед далее латеральной, содействуя пятилучевому движению во время ходьбы как в наклонной оси поворота «низшей передачи» плюсен со второй по пятую в стопе человека.

Способность к двухплоскостному движению имеет важное значение, когда человеку с ампутированной конечностью приходится идти по неровной местности или когда спортсмен ставит ногу медиально или латерально. Направление вектора силы реакции опоры изменяется от сагиттально ориентированного к направлению, имеющему составляющую во фронтальной плоскости. Сила реакции опоры будет действовать медиально в противоположном направлении к стопе, отталкивающейся латерально. Вследствие этого стойка голени наклоняется медиально, и вес прилагается к медиальной структуре киля стопы. Реагируя на эти давления, медиальные плоскости 25-31 продольного изгиба компенсационного стыка киля 2 стопы тыльно сгибаются (выгибаются вверх) и обратно, и латеральные компенсационные плоскости 27 и 30 подошвенно изгибаются (изгибаются вниз) и выворачиваются. Это движение ставит подошвенную поверхность стопы плоско на землю (подошвенная стадия).

В протезной стопе еще одного варианта выполнения согласно изобретению можно использовать еще один киль стопы 33 согласно изобретению, особенно для спринта, см. Фиг.6 и 7. Центр тяжести тела в спринте становится почти исключительно ориентированным в сагиттальной плоскости. Для протезной стопы не требуется иметь низкую динамическую реакцию. Поэтому не нужна наружная поворотная ориентация в пределах 15°-35° продольной оси вогнутости переднего, среднего отделов стопы как в киле стопы 2. Напротив, продольная ось D-D ориентации вогнутости должна стать параллельной фронтальной плоскости согласно Фиг.6 и 7. В результате этого стопа в спринте реагирует только в сагиттальном направлении. При этом ориентация компенсационных отверстий 34 и 35 в переднем и среднем отделах стопы по линии Е-Е параллельна фронтальной плоскости, т.е. латеральное отверстие 35 смещено в направлении вперед и находится на одной линии с медиальным отверстием 34 и параллельно вертикальной плоскости. Передний конец 36 киля стопы 33 также стал параллельным фронтальной плоскости. Задняя оконечная область 37 пятки киля стопы также параллельна фронтальной плоскости. Эти модификации отрицательно сказываются на многоцелевом характере протезной стопы. Тем не менее, эти рабочие показатели соответствуют специальной настройке. Еще одно изменение киля стопы 33 при беге на короткую дистанцию происходит в области пальцев в лучевой области переднего отдела стопы, где 15° тыльного изгиба в киле стопы 2 увеличиваются до 25-40° тыльного изгиба в киле стопы 33.

Фиг.9 и 10 показывают еще один киль стопы 38 согласно настоящему изобретению для протезной стопы, особо применимой для спринта человеком с ампутированной по Сайму стопой. Для этого средний отдел стопы киля 38 имеет заднюю, обращенную вверх вогнутость 39, в которой искривленный нижний конец стойки голени прикреплен к килю стопы при помощи съемной крепежной детали. Этот киль стопы могут использовать все люди с ампутированной нижней конечностью. Киль стопы 38 соответствует более длинной оставшейся конечности у человека с ампутированной по Сайму конечностью. Его рабочие показатели явно более быстрые с точки зрения динамической реакции. Его использование не ограничивается этим уровнем ампутации. Его можно использовать на всех чрезбольшеберцовых и чрезбедренных ампутациях. Киль 40 стопы в осуществлении согласно Фиг.11 и 12 тоже имеет вогнутость 41 для человека с конечностью, ампутированной по Сайму, причем этот киль обеспечивает протезную стопу с высокой и низкой динамической реакцией и также со способностью к двухплоскостному движению, аналогично осуществлению согласно Фиг.3-5 и 8.

Функциональные характеристики нескольких килей стопы для протезной стопы 1 связаны с особенностями формы и конструкции, т.к. они относятся к вогнутостям, выпуклостям, размеру радиусов, растяжению, сжатию и к физическим свойствам материала, и все эти свойства относятся к силам противодействия опоры во время ходьбы, бега и прыжков и реагируют на эти силы.

Киль 42 стопы согласно Фиг.13 аналогичен килю осуществления согласно Фиг.3-5 и 8, за тем исключением, что толщина киля стопы уменьшается от среднего отдела стопы к задней части заднего отдела стопы. Киль 43 стопы согласно Фиг.14 имеет единообразно уменьшающуюся толщину на его переднем и заднем концах. Аналогичные изменения толщины показаны в стойке 44 голени на Фиг.15 и в стойке 45 голени на Фиг.16, которые можно использовать в протезной стопе 1. Каждая конструкция киля стопы и стойки голени дают разные функциональные результаты, т.к. они относятся к горизонтальной и вертикальной линейным скоростям, улучшающим показатели по разным спортивным видам движения. Возможность многих конфигураций и регулировок в отношении стойки голени во взаимных настройках киля стопы и стойки голени создает взаимосвязь стойки голени протезной стопы, которая дает человеку с ампутированной конечностью и/или протезисту возможность точной регулировки протезной стопы для максимальных рабочих показателей в выбираемом одном действии из числа разнообразных действий ходьбы или активного отдыха.

Прочие стойки голени для протезной стопы 1 показаны на Фиг.17-22 и включают в себя С-образные стойки 46 и 47 голени, S-образные стойки 48 и 49 голени и модифицированные J-образные стойки 50 и 51 голени. Верхний конец стойки голени может также иметь прямой вертикальный конец с пирамидальной крепежной пластиной, прикрепленной к этому проксимальному концу. Охватываемую пирамиду можно привинтить к этому вертикальному концу стойки голени и через него. В удлиненных отверстиях проксимального и дистального концов стойки голени можно также предусмотреть пластмассовые или алюминиевые наполнители для вмещения проксимальной охватываемой пирамиды и дистального киля стопы. Протезная стопа согласно изобретению является модульной системой, предпочтительно конструируемой унифицированными компонентами и с унифицированными габаритами для гибкости и разнообразия использования.

Все легкоатлетические виды бега происходят против часовой стрелки. Еще одна дополнительная особенность изобретения учитывает силы, воздействующие на стопу, двигающуюся по такой искривленной траектории. Центростремительное ускорение действует к центру вращения, когда объект двигается по искривленной траектории. Третий закон Ньютона применим для действия энергии. Имеется равная противодействующая сила. Т.е. для каждой «центростремительной» силы имеется «центробежная» сила. Центростремительная сила действует к центру вращения, а центробежная, т.е. противодействующая, сила действует от центра вращения. Если спортсмен бежит по дорожке по криволинейной траектории, то центростремительная сила притягивает бегуна к центру криволинейной траектории, а центробежная сила отталкивает его от центра криволинейной траектории. Чтобы противодействовать центробежной силе, которая выталкивает бегуна наружу, бегун наклоняется в направлении внутрь. Если направление вращения бегуна на дорожке всегда против часовой стрелки, то левая сторона является внутренней стороной дорожки. Поэтому согласно настоящему изобретению левую сторону правой и левой стоек голеней протезной стопы можно сделать тоньше, чем правую сторону, и улучшить показатели бега по криволинейной траектории у человека с ампутированной конечностью.

Кили 2, 33, 38, 42 и 43 стопы в нескольких осуществлениях все имеют длину 29 см с пропорциями стопы 1, показанными в масштабе на Фиг.3, 4 и 5, и в нескольких видах разных стоек голеней и килей стопы.

Но специалисту, очевидно, что конкретные габариты протезной стопы можно изменять в зависимости от размера, веса и др. характеристик данного человека, пользующегося данным килем стопы. Стопа, лодыжка, голень и мягкие опорные ткани человека нагружаются кинетической энергией во время фазовых позиций стопы при ходьбе и во время бега. Более длинная протезная стойка голени аккумулирует большее количество энергии. Поэтому большее количество кинетической энергии голеностопного сустава используется для совершения работы при ходьбе, во время бега и прыжка. Поэтому протез стойки голени можно прикрепить к самым проксимальным участкам лунки культи, например, на высоте большеберцового бугра.

Ниже приводится описание действия протезной стопы 1 в циклах фазовых позиций стопы при ходьбе и во время бега. Три закона Ньютона о движении, которые относятся к закону инерции, ускорения и действия-противодействия, являются основой кинематики движения стопы 2. Из третьего закона Ньютона, закона действия и противодействия известно, что опора отталкивает стопу в направлении, которое аналогично и противоположно направлению, в котором стопа опускается на опору. Это отталкивание известно как силы реакции опоры. В области изучения ходьбы, бега и прыжка, совершаемых человеком, проведено много научных исследований. Исследования с использованием измеряющих усилие пластин показали, что при ходьбе действует третий закон Ньютона. Из этих исследований нам известно направление действия на стопу со стороны опоры.

Фазы позиции стопы при ходьбе/беге можно подразделить на фазы замедления и ускорения. Когда протезная стопа касается земли, то стопа сначала опускается на землю, а земля отталкивает ее в аналогичном и противоположном направлении, т.е. земля отталкивает протезную стопу в направлении назад. За счет этого протезная стопа двигается. Анализ фаз позиции стопы при ходьбе и беге начинается с точки контакта, которая является задним латеральным углом 18, Фиг.5 и 8, который смещен больше назад и латерально, чем медиальная сторона стопы. Это смещение при первоначальном контакте обусловливает выворот стопы и подошвенный изгиб стойки голени. Стойка голени всегда стремится в положение, которое передает вес тела через голень, например, стремится к тому, чтобы ее длинный вертикальный элемент был в положении, противоположном силам реакции опоры. По этой причине она перемещает заднеподошвенные изгибы, чтобы противодействовать силе реакции опоры, которая отталкивает стопу назад.

Под воздействием противодействующих сил реакции опоры стойки голени 6, 44, 45, 46, 47, 50 и 51 и стойки голени в других осуществлениях сжимаются, и при этом проксимальный конец двигается назад. В стойках 48 и 49 голени, если дистальная вогнутость сжимается при реагировании на противодействующие силы реакции опоры, то проксимальная вогнутость будет расширяться, и стойка голени целиком будет двигаться назад. Под действием сил реакции опоры, первоначально нагружающих, нижний конец стойки голени сжимается, и при этом проксимальный конец перемещается назад. Нижний меньший радиус стойки голени сокращается, моделируя подошвенный изгиб голеностопного сустава человека, и передний отдел стопы за счет сжатия снижается к земле. Одновременно задний аспект киля, представленный задним отделом 4 стопы и обозначенный позицией 17, сжимается вверх за счет сжатия. Обе эти сжимающие силы действуют как амортизаторы. Эта амортизация также усиливается смещенной назад латеральной пяткой 18, которая обусловливает выворот стопы, и это обстоятельство также действует как амортизатор после того, как стойка голени перестала перемещаться в подошвенном изгибе и когда сила реакции опоры стала отталкивать стопу сзади.

Сжатые элементы киля стопы и стойки голени затем начинают разгружаться, т.е. они начинают принимать свою первоначальную форму, и аккумулированная энергия высвобождается, в результате чего проксимальный конец стойки голени ускоренно перемещается вперед. Когда стойка голени приближается к своему вертикальному исходному положению, то силы реакции опоры изменяются: перестают действовать в направлении назад и действуют теперь вертикально вверх навстречу стопе. Поскольку протезная стопа имеет передние и задние несущие вес области подошвенной поверхности, и эти области соединены не несущим средним отделом стопы в форме длинной дуги, поэтому направленные вертикально силы от протеза нагружают расширением средний отдел стопы в форме длинной дуги. Задняя и передняя несущие вес поверхности расходятся. Эти вертикально направленные силы аккумулируются в имеющем форму длинной дуги среднем отделе стопы, т.к. противодействующие силы реакции опоры изменяются с вертикально направленных на направленные вперед силы. Нижний конец стойки голени расширяется, моделируя тыльное сгибание лодыжки. В результате этого протезная стопа поворачивается с передней подошвенной несущей вес поверхности. При разгрузке веса длинная дуга среднего отдела 5 стопы перестает расширяться и начинает принимать свою первоначальную форму, в результате чего происходит моделируемое распрямление подошвенной группы мышц-сгибателей. При этом происходит высвобождение аккумулированной энергии вертикальной силы сжатия с увеличением расширения.

Длинная дуга киля стопы и стойки голени противодействуют расширению их соответствующих структур. В результате этого передвижение вперед стойки голени останавливается, и стопа начинает поворачивается с передней несущей площади подошвенной поверхности. Расширение среднего отдела стопы киля имеет высокую и низкую динамическую реакцию в случае килей стопы в соответствии с осуществлениями согласно Фиг.3-5, 11 и 12, 13 и 14. Поскольку в этих килях область перехода от среднего отдела стопы в передний отдел стопы отклоняется на 15-35° в направлении наружу от продольной оси стопы, поэтому медиальная длинная дуга длиннее латеральной длинной дуги. Это важно, поскольку в естественной стопе во время ускорения или замедления используется медиальный аспект стопы.

Более длинная медиальная дуга протезной стопы имеет по сравнению с латеральной дугой лучшие динамические характеристики. Латеральный более короткий рычаг пальца используется при ходьбе или беге с низкой скоростью. Центр тяжести тела движется в пространстве по синусоиде. Он движется в медиальном, латеральном, проксимальном и дистальном направлениях. При медленной ходьбе или беге центр тяжести тела двигается больше в медиальном и латеральном направлениях, чем при быстрой ходьбе или при быстром беге. При этом момент или инерция меньше, и способность преодоления более высоких динамических реакций меньшая. Протезная стопа согласно изобретению учитывает эти принципы прикладной механики.

Помимо этого, в шаговом цикле человека в средней позиции стопы центр тяжести тела перемещается латерально в необходимой для ходьбы степени. Из средней позиции стопы до отрыва пальцев от поверхности центр тяжести тела (ЦТТ) перемещается из латерального положения в медиальное. Поэтому центр тяжести тела проходит по латеральной стороне киля 2 стопы. Сначала (низшая передача) и с перемещением ЦТТ вперед он движется в медиальном направлении на киле 2 стопы (высшая передача). Вследствие этого протезный киль 2 стопы имеет эффект автоматической трансмиссии. То есть начинает на низшей передаче и переходит на более высокую передачу с каждым шагом человека с ампутированной конечностью.

Когда сила реакции опоры воздействует спереди на протезную стопу, которая отталкивает землю в направлении назад, и когда пятка начинает подниматься, передняя часть длинной дуги среднего отдела стопы прилагает эти направленные назад силы перпендикулярно к подошвенной поверхности. Это наиболее эффективный и действенный способ приложения этих сил. То же самое можно сказать и о заднем отделе протезной стопы. Он тоже имеет такую форму, вследствие которой направленным назад силам реакции опоры при первоначальном контакте противодействует подошвенная поверхность киля стопы, перпендикулярная к направлению их приложения.

На последующих стадиях подъема пятки, при ходьбе и беге с отрывом пальцев, лучевой участок переднего отдела стопы тыльно сгибается на 15-35°. Это проходящая вверх дуга позволяет направленным вперед силам реакции опоры сжимать этот участок стопы. Этому сжатию оказывается сопротивление, меньшее, чем расширению, и происходит плавный переход в фазу замаха ходьбы и бега на протезной стопе. На последующих стадиях фазы позиции стопы при ходьбе расширяемая стойка голени и расширяемая длинная дуга среднего отдела стопы высвобождают свою аккумулированную энергию, суммируясь с движением вперед нижней конечности, вскоре начинающей маховое движение нижней конечности у человека с ампутированной конечностью.

Один из главных механизмов сообщения движения вперед у идущего человека называется фазой активного движения. Когда пятка поднимается, вес тела находится впереди опорной конечности, и центр тяжести опускается. Когда вес тела опускается на передний отдел стопы согласно Фиг.5 по линии С-С, происходит ускорение вниз, в результате чего тело воспринимает наибольшую вертикальную силу. Ускорение ноги вперед лодыжкой, связанное с подъемом пятки, приводит к сдвигу назад с упором в землю. Когда центр давления движется вперед к оси поворота плюсен, это приводит к постоянно нарастающему крутящему моменту тыльного сгибания. При этом создается падение полностью вперед, которое генерирует главную силу продвижения вперед при ходьбе. Признаки действенной функции лодыжки во время активного сообщения движения вперед: подъем пятки, минимальное движение голеностопного сустава и почти нейтральное положение лодыжки. Для нормальной последовательности подъема пятки существенно важным является стабильный средний отдел стопы.

Задний аспект заднего и переднего отделов киля стопы имеют компенсационные отверстия и компенсационные плоскости продольного изгиба в нескольких осуществлениях, как отмечалось выше. Ориентация компенсационных отверстий действует как скошенный под углом 45 ^о шарнир, и возможности двухплоскостного движения улучшены в целях повышения характеристик полного контакта подошвенной поверхности стопы при ходьбе по неровной местности.

На Фиг.9-12 кили стопы в случае ампутированных по Сайму конечностей явно разные с точки зрения возможностей динамической реакции, т.к. эти возможности связаны с ходьбой, бегом и прыжками. Эти кили стопы отличаются в четырех определенных моментах, включающих наличие проксимально расположенной вогнутости в задней части среднего отдела стопы для лучшего, чем это делает плоская поверхность, вмещения дистальной остаточной формы ампутированной по Сайму конечности. Эта вогнутость также снижает высоту киля стопы для вмещения более длинной остаточной конечности у человека с ампутированной по Сайму конечностью. Для этой выравнивающей взаимное положение вогнутости требуется, чтобы соответствующие передний и задний радиусы имеющего форму дуги среднего отдела стопы киля были более действенными и меньшими по величине. Поэтому все радиусы длинной дуги среднего отдела стопы и радиусы заднего отдела стопы более компактные и меньшего размера. Это обстоятельство существенно сказывается на динамических реакциях. Меньшие радиусы создают меньший потенциал для динамической реакции. Но протезная стопа реагирует быстрее на все упомянутые противодействующие силы реакции опоры, действующие при ходьбе, беге и прыжке. Результатом является более быстрая стопа с меньшей динамической реакцией.

Улучшенного специально построенного функционирования можно достигнуть за счет изменений выравнивания взаимного положения при помощи протезной стопы согласно настоящему изобретению, поскольку эти изменения выравнивания влияют на вертикальную и горизонтальную составляющие каждого конкретного задаваемого движения. Стопа человека является многофункциональным устройством - для ходьбы, бега и прыжков. С одной стороны, структура голени малоберцовой кости и большеберцовой кости не является многофункциональным устройством. Это - простой рычаг, который прилагает свои усилия при ходьбе, беге, прыжке параллельно своей удлиненной проксимально дистальной ориентации. Это - несжимаемая структура, и она не имеет возможности аккумулирования энергии. С другой стороны, протезная стопа согласно изобретению имеет возможности динамических реакций, и эти возможности относятся к составляющим горизонтальной и вертикальной линейных скоростей при спортивной ходьбе, беге и прыжках, и по своим показателям эти возможности превосходят показатели больше- и малоберцовой костей. Поэтому существует возможность улучшить спортивные показатели у человека с ампутированной конечностью. В этих целях согласно изобретению крепежную деталь 8 ослабляют и выравнивание стойки голени и киля стопы относительно друг друга регулируют в продольном направлении киля стопы. Это изменение показано в связи с Фиг.1 и 2. Стойку голени затем прикрепляют к килю стопы в отрегулированном положении при помощи крепежной детали 8. Во время этой регулировки болт крепежной детали 8 проходит относительно одного или обоих противоположных, относительно более длинных, продольно проходящих отверстий 9 и 10 в киле стопы и стойке голени, соответственно.

Изменение выравнивания улучшает показатели бегуна, который первоначально контактирует с землей плоской стопой; например, у бегуна, наступающего на землю средней частью стопы, киль стопы проходит вперед относительно стойки голени, и подошва стопы согнута к стойке голени. Это новая взаимосвязь улучшает горизонтальную составляющую бега. То есть, когда стойка голени плантарно согнута к стопе, и стопа контактирует с землей в положении плоской стопы в противоположность первоначальному пяточному контакту, земля сразу отталкивает стопу назад, а стопа толкает землю в направлении вперед. В результате этого стойка голени двигается быстро вперед (с расширением) и вниз. Силы динамической реакции создаются расширением, которое сопротивляется направлению стойки голени в первоначальном движении. В результате этого стопа поворачивается на несущей вес области плюсневой подошвенной поверхности. Это вызывает растяжение области средней части киля, которому оказывается большее сопротивление, чем сжатию. Итогом расширения стойки голени и расширения средней части стопы является то, что последующему продвижению вперед стойки голени оказывается сопротивление, в результате чего удлинители колена и бедра пользователя могут более эффективно перемещать центр тяжести тела вперед и проксимально (т.е. повышается горизонтальная скорость). В этом случае более вперед, чем вверх, в противоположность бегуну, ставящему стопу от пятки к пальцу, у которого последовательное продвижение вперед стойки голени встречает меньшее сопротивление по причине начального большего тыльного сгибания (вертикально) стойки голени по сравнению с плоско ставящим стопу бегуном.

Для изучения функции стопы спринтера изменяют выравнивание стойки голени относительно киля стопы. Преимущество получено, когда продольную ось всех вогнутостей киля стопы ориентируют параллельно передней плоскости. Стойка голени сгибается к подошве и перемещается назад на киле стопы. Тем самым дистальные окружности уменьшаются даже больше, чем у плоско ставящего стопу бегуна с многоцелевым килем стопы, например, согласно Фиг.3-5 и 8. Вследствие этого имеется даже больший потенциал горизонтального движения и динамические реакции направлены на эту улучшенную способность к горизонтальному движению.

У спринтеров повышен диапазон движения, усилий и момент (инерции), причем момент является первичным движителем. Поскольку у них фаза замедления в фазах позиций стопы короче, чем фаза ускорения, обеспечиваются повышенные горизонтальные скорости. Это означает, что при первоначальном контакте, когда пальцы касаются земли, земля толкает стопу в заднем направлении, а стопа толкает землю в переднем направлении. Стойка голени, силы которой повышены и момент которой увеличен, вынуждена сгибаться даже в большей степени и сильнее двигаться вниз, чем при первоначальном контакте плоско ставящего стопу бегуна. Вследствие действия этих сил длинная дуга вогнутости стопы нагружается расширением, и стойка голени нагружается расширением. Этим силам расширения оказывается противодействие, большее, чем всем другим упоминаемым выше силам, связанным с бегом. Вследствие этого возможности динамической реакции стопы пропорциональны прилагаемой силе. Реагирование малоберцовой кости и большеберцовой кости голени человека связано только с потенциалом силы энергии, т.к. это прямая конструкция, и она не может аккумулировать энергию. Эти силы расширения в протезной стопе согласно изобретению во время спринтерского бега имеют величину, превышающую все другие упоминаемые выше силы, связанные с ходьбой или бегом. Поэтому возможности динамической реакции стопы пропорциональны прилагаемым силам и возможны повышенные спортивные показатели человека с ампутированной конечностью по сравнению с функцией человеческого тела.

Протезная стопа согласно Фиг.25 аналогична стопе согласно Фиг.3 за исключением крепления между стойкой голени и килем стопы, и конструкции верхнего конца стойки голени для соединения с нижним концом пилона. В этом приводимом в качестве примера осуществлении киль стопы 54 регулируемым образом соединен со стойкой 55 голени соединительным элементом 56, выполненным из пластмассы или металлического сплава. Соединительный элемент прикреплен к килю стопы и к голени икры соответствующими отсоединяемыми крепежными деталями 57 и 58, которые отделены друг от друга интервалом в соединительном элементе в направлении вдоль продольного направления киля стопы. Крепежная деталь 58, соединяющая элемент связи со стойкой голени, имеет более заднее положение, чем крепежная деталь 57, соединяющая киль стопы и соединительный элемент. Путем увеличения активной длины стойки голени таким образом возможности динамической реакции самой стойки голени повышаются. Изменения выравнивания делают во взаимодействии с продольными отверстиями в стойке голени и киле стопы, как в других осуществлениях.

Верхний конец стойки 55 голени имеет удлиненное отверстие 59 для вмещения пилона 15. После того, как он будет вставлен в это отверстие, пилон можно надежно зажать в стойке голени затягиванием болтов 60 и 61, чтобы стянуть вместе свободные края 62 и 63 стойки голени вдоль отверстия. Это соединение пилона регулируется ослаблением болтов, выдвижением пилона относительно стойки голени в нужное положение и путем повторного зажатия пилона в отрегулированном положении затягиванием болтов.

Протезная стопа 70 согласно еще одному осуществлению изобретения показана на Фиг.28-31В. Эта стопа 70 содержит киль 71 стопы, стойку 72 голени и соединительный элемент 73. Стопа 70 аналогична протезной стопе 53 согласно осуществлению в соответствии с Фиг.25-27, за тем исключением, что стойка 72 голени имеет направленный вниз, обращенный вперед выпукло-изогнутый нижний конец 74, имеющий форму спирали 75. Стойка голени проходит вверх в переднем направлении от спирали к ее вертикальному верхнему концу, как показано на Фиг.28. Эта стойка голени может быть преимущественно выполнена из такого металла как титан, как упомянуто выше, но для изготовления полужесткой упругой стойки голени можно использовать и другие упругие материалы.

Спиральная форма нижнего конца стойки голени имеет радиус кривизны, который последовательно увеличивается по мере прохождения спирали стойки голени в направлении наружу от радиально внутреннего конца 76 и по мере того, как стойка голени проходит вверх от своего нижнего спирального конца к своему верхнему концу, который может быть искривлен в продольном направлении или может быть прямым. Обнаружено, что эта конструкция создает протезную стопу с выполненным как одно целое голеностопным суставом и стойкой голени, с изменяющейся регулирующей реакцией радиусов, аналогично параболической стойке голени согласно изобретению, причем соединительный элемент 73 и стойка 72 голени занимают на киле 71 стопы более заднее положение. Поэтому стойка голени и соединительный элемент больше скрыты в центре в лодыжке и ноге косметического покрытия 77, см. Фиг.28.

Соединительный элемент 73 выполнен из пластмассы или металлического сплава и регулируемым образом прикреплен своим передним концом к задней части киля 71 стопы резьбовой крепежной деталью 78, см. Фиг.30. Киль стопы имеет продольное отверстие 79 в его дугообразной изогнутой вверх части, и в это отверстие входит крепежная деталь 78 для регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении, например, по линии 30-30 на Фиг.29 в соответствии с пояснением, приводимым выше по другим осуществлениям.

Задний конец соединительного элемента содержит поперечный элемент 80, закрепленный между двумя продольно расположенными пластинами 81 и 82 соединительного элемента металлическими винтами 83 и 84 на каждом конце поперечного элемента. Радиально внутренний конец 76 спирали 75 прикреплен к поперечному элементу 80 соединительного элемента резьбовой крепежной деталью 85, см. Фиг.30. От этой точки соединения с поперечным элементом стойка голени идет по спирали вокруг радиально внутреннего конца 76 над пяточной частью киля стопы и проходит вверх в переднем направлении от спирали через отверстие 85 сквозь соединительный элемент между пластинами 81 и 82 спереди от поперечного элемента 80. Поперечный элемент 86 в переднем конце соединительного элемента 73 закреплен между пластинами 81 и 82 крепежными деталями 87 и 88 на каждом конце, см. Фиг.28 и 30. Крепежная деталь 78 размещена в резьбовом отверстии в поперечном элементе 86.

На задней поверхности поперечного элемента 86 установлен клин 89, выполненный, например, из пластмассы или резины, и прикреплен 90 к поперечному элементу клеем. Этот клин служит стопором, ограничивающим во время ходьбы тыльное сгибание проходящей вверх стойки голени. Размер клина можно подобрать более широким - поз.89' на Фиг.31А, или более узким - поз.89'' на Фиг.31В для регулирования нужной степени тыльного сгибания. Множество клиньев можно использовать единовременно, один поверх другого и приклеенных к соединительному элементу для уменьшения допускаемого тыльного сгибания.

Протезную гильзу (не показана), прикрепленную к культе, можно соединить с верхним концом стойки 72 голени посредством адаптера 92, прикрепленного к верхнему концу стойки голени крепежными деталями 93 и 94, см. Фиг.28. Адаптер имеет крепление 91 в виде перевернутой пирамиды, соединенное с крепежной пластиной, прикрепленной к верхней поверхности адаптера. Пирамидальное крепление установлено в имеющем ответную форму гнездовом креплении на соответствующей протезной гильзе для соединения протезной стопы и протезной гильзы.

Протезная стопа 100 осуществления изобретения согласно Фиг.32-34 имеет продольный киль 101 стопы с передним отделом 102 стопы на одном конце, задним отделом 103 стопы на противоположном конце и средним отделом 104 стопы, проходящим между передним и задним отделами стопы. Вертикальная стойка 105 голени прикреплена к килю стопы на нижнем конце стойки голени и образует голеностопный сустав протезной стопы, и проходит вверх от киля стопы в виде обращенной вперед выпукло-изогнутой части 106 стойки голени. Стойка голени прикреплена к килю стопы соединительным элементом 107, выполненным монолитно с передним отделом стопы 102 киля стопы. Соединительный элемент проходит назад от переднего отдела стопы как консоль над средним отделом 104 стопы и частью заднего отдела 103 стопы. Задний отдел стопы и средний отделы стопы киля выполнены монолитно и соединены с выполненными монолитно передним отделом стопы и соединительным элементом при помощи крепежных деталей 108 и 109.

Нижний конец стойки 105 голени реверсно искривлен в виде спирали 110. Радиально внутренний конец спирали 110 прикреплен к соединительному элементу соединителем 111 в виде резьбового болта и гайки, проходящих через совпадающие отверстия в стойке голени и соединительном элементе. Задняя часть 112 соединительного элемента реверсно искривлена, вмещая нижний конец спирали стойки голени, опирающейся в верхнем конце искривленной части 112 на соединитель 111.

Стопор 113, соединенный с соединительным элементом киля стопы крепежными деталями 114 и 115, ограничивает тыльное сгибание стойки голени. Косметическое покрытие спереди стойки голени в форме стопы человека и нижней части ноги может находиться над килем стопы 101 и по меньшей мере на нижнем конце стойки 105 голени со стойкой голени, проходящей вверх от киля стопы внутри покрытия нижней части ноги согласно пояснению и описанию осуществления в соответствии с Фиг.28.

Протезная стопа 100 осуществления согласно Фиг.32-34 имеет повышенную пружинистость киля стопы. Увеличение длины упругого киля стопы от области пальцев до соединения с нижним концом стойки голени при помощи монолитно сформированных переднего отдела стопы и соединительного элемента дает значительное улучшение упругих характеристик пружины. Когда область пальцев в киле стопы нагружена в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, то обращенная вниз вогнутость консольного соединительного элемента расширяется и реверсно искривляется, обращенная вперед вогнутость на заднем конце соединительного элемента сжимается, причем каждый из этих упругих изгибов соединительного элемента киля стопы аккумулирует энергию для последующего ее высвобождения, во время разгрузки в направлении, которое содействует движению вперед конечности во время ходьбы. Лодыжка, формируемая нижним концом стойки голени протеза, повторяет функцию голеностопного сустава, причем протез помогает сохранять количество движения вперед и инерцию. Конфигурация киля стопы в этом осуществлении не ограничивается показываемой конфигурацией, но может быть любой упоминаемой выше конфигурацией киля стопы, включая конфигурации только с «низшей передачей» или с «высшей передачей», с одним или несколькими компенсирующими стыками, или с несколькими сформированными продольными секциями, например. Аналогично, верхний конец стойки голени этого осуществления, например, над лодыжкой и над обращенной вперед выпукло-изогнутой частью, проходящей вверх от киля стопы, сконфигурирован по-другому, например, как конфигурация согласно любому другому раскрываемому здесь осуществлению. Верхний конец стойки голени может быть соединен с гильзой на нижней конечности для использования при помощи адаптера, например, согласно Фиг.2, Фиг.27 или 28, или при помощи другого известного адаптера.

Протезная стопа 100 согласно Фиг.32-33 также имеет заднее устройство 114, размещенное сзади голени, которое аккумулирует дополнительную энергию при движении вперед верхнего конца стойки голени во время ходьбы. То есть активная фаза сообщения движения вперед нагрузки от усилия ходьбы упругого протеза расширяет вогнутость в сагиттальной плоскости стойки 105, сформированной обращенной вперед выпукло-изогнутой частью 106 стойки голени, в результате чего происходит движение вперед верхнего конца стойки голени относительно нижнего конца стойки голени и киля стопы. Гибкий удлиненный элемент 116, предпочтительно в виде ремня, устройства 114 соединен с верхней частью стойки голени крепежными деталями 119 и с нижней частью протезной стопы, то есть с соединительным элементом 107 и с нижним концом 110 голени соединителем 111, согласно приводимому выше описанию. Длина гибкого ремня, который может быть упругим и/или неупругим, натягивается во время ходьбы, и его длину можно зафиксировать или регулировать при помощи скользящего регулятора 117 между перекрывающимися участками длины ремня.

Изогнутая пружина 118 своим основанием опирается регулируемым образом на верхний конец стойки голени, например, между стойкой голени и адаптером (не показан), прикрепленным к стойке голени крепежными деталями 119. Нижний, свободный конец пружины выполнен с возможностью взаимодействия с гибким ремнем. При натягивании ремня пружина изменяет направление продольного прохождения ремня. Движение вперед верхнего конца стойки голени во время ходьбы натягивает/дополнительно натягивает (если к ремню первоначально предварительно приложено натяжение) ремень и нагружает/дополнительно нагружает пружину для аккумулирования энергии при силовой нагрузке протезной стопы во время ходьбы. Аккумулированная энергия возвращается пружиной, когда силовая нагрузка протезной стопы перестает действовать, в результате чего увеличивается кинетическая энергия, генерируемая для придания движущей силы протезной стопой во время ходьбы.

В случае укорачивания ремня 116 при помощи скользящего регулятора 117 для первоначального предварительного натяжения до использования протезной стопы натяжение ремня служит движению назад верхнего конца упругой стойки, а также для регулирования движения вперед стойки голени во время использования протеза. Содействие движению назад может быть целесообразным для достижения быстрого реагирования плоской стопы протезной стопы при касании пяткой в первоначальной позиции стопы во время ходьбы, подобно тому, что происходит в стопе и лодыжке человека при опускании на землю пятки во время ходьбы, когда происходит сгибание подошвы стопы.

Содействие движению назад и управление движением вперед верхнего конца упругой стойки голени при использовании протеза с устройством 114, размещенным сзади голени, оба эффективны для изменения отношения крутящего момента лодыжки протезной стопы во время ходьбы за счет изменения характеристики изгиба в сагиттальной плоскости для продольного движения верхнего конца стойки голени при реагировании на силовую нагрузку и на прекращение этой нагрузки во время использования протезной стопы. Отношение крутящего момента лодыжки в естественной стопе человека во время ходьбы, определяемое как отношение крутящего момента лодыжки при максимальном тыльном сгибании, происходящего в поздней последней позиции стопы во время ходьбы, деленного на крутящий момент лодыжки при сгибании подошвы, создаваемый при реагировании на первоначальную нагрузку плоской стопы после опускания пятки во время ходьбы, согласно сообщаемым данным равно 11,33:1. Цель изменения изгиба в сагиттальной плоскости, характерного для продольного движения верхнего конца стойки голени при использовании устройства 114, размещенного сзади голени, заключается в повышении крутящего момента лодыжки, чтобы имитировать то, что происходит в стопе человека во время ходьбы. Это важно для обеспечения надлежащей походки с протезом и для людей с одной природной стопой и одной протезной стопой для обеспечения симметричной походки. Предпочтительно, за счет регулирования движения вперед и возможного содействующего движения назад с помощью устройства 114, размещенного сзади голени, увеличивается отношение крутящего момента лодыжки в протезе, в результате чего возникающий в протезе крутящий момент лодыжки при максимальном тыльном сгибании на порядок превышает крутящий момент лодыжки при сгибе подошвы. Более предпочтительно, крутящий момент лодыжки увеличивается до значения около 11:1 по сравнению с отношением 11,33:1 в случае естественной лодыжки, по имеющимся данным.

Еще одно назначение устройства, размещенного сзади голени, заключается в повышении эффективности протезной стопы во время ходьбы за счет аккумулирования дополнительной упругой энергии в пружине 118 устройства во время силовой нагрузки на протез и для возврата аккумулированной упругой энергии при прекращении действия силы, чтобы увеличить кинетическую энергию, генерируемую движущей силой протезной стопы во время ходьбы. Устройство 114 можно считать устройством, служащим в протезной стопе для того же, для чего служит и мускулатура в стопе, лодыжке и икре человека во время ходьбы, т.е. для эффективного генерирования движущей силы тела человека во время ходьбы за счет использования создаваемой потенциальной энергии тела во время силовой нагрузки на стопу и за счет преобразования этой потенциальной энергии в кинетическую для движущей силы при прекращении силовой нагрузки стопы. Приближение или даже превышении результативности стопы человека протезной стопой согласно изобретению с устройством, размещенным сзади голени, важно для восстановления «нормального функционирования» человека с ампутированной конечностью. Регулирование движения вперед верхнего конца стойки 105 голени устройством 114, расположенным сзади голени, эффективно для ограничения диапазона движения вперед верхнего конца стойки голени. Киль стопы в протезной стопе 100 за счет расширения своей упругой продольной дуги в соединительном элементе 107 и за счет сжатия реверсно изогнутой части 112 соединительного элемента также содействует аккумулированию энергии при силовой нагрузке во время ходьбы, согласно вышеизложенному. Эта потенциальная энергия возвращается как кинетическая энергия для генерирования движущей силы во время прекращения силовой нагрузки во время ходьбы.

Протез 120 согласно Фиг.35 имеет киль 121 стопы, стойку 122 голени и устройство 123, размещенное сзади голени. Адаптер 124 соединен соответствующими крепежными деталями (не показаны) с верхним концом стойки голени для прикрепления протеза к гильзе на нижней конечности пользователя. Аналогично осуществлению согласно Фиг.32-34, соединительный элемент 125 протеза выполнен монолитно с передним отделом стопы 126 киля. Задний отдел 127 стопы киля соединен с верхним концом реверсно изогнутой части соединительного элемента креплением 128, которое показано на фиг.39 в демонтированном виде до соединения с соединительным элементом и стойкой голени. Упомянутое крепление содержит радиально внутренний компонент 129 напротив радиально внутреннего конца реверсно изогнутой спирали нижнего конца стойки голени и радиально внешний компонент 130 напротив верхнего конца заднего отдела 127 стопы. Механическое крепление (не показано), которое, например, может быть сквозным болтом и гайкой, проходит через сцентрированные отверстия в компонентах 129 и 130 и ответно изогнутые части заднего отдела стопы, соединительного элемента и нижнего конца стойки голени, расположенных друг за другом и соединенных вместе креплением.

Устройство 123, размещенное сзади голени, на протезной стопе 120 имеет цилиндрическую пружину 131, один конец которой опирается на верхний конец стойки голени для перемещения с ним. Ко второму свободному концу цилиндрической пружины при помощи металлического зажима 133 прикреплен один конец гибкого удлиненного элемента - ремня 132. Зажим соединен одним концом с первым концом ремня, и его другой конец загнут в зажимающем зацеплении со свободным концом цилиндрической пружины согласно Фиг.35. Промежуточная часть гибкого ремня 132 проходит вниз к килю стопы и нижнему концу стойки голени, где он проходит вокруг возврата 134 в виде цилиндрического штифта 135, установленного на компоненте 130 крепления 128. Для сведения к минимуму сопротивления скольжению ремня по штифту этот штифт 134 можно установить в компоненте 130 с возможностью вращения. Второй конец ремня зажат у верхнего конца стойки голени между задней поверхностью голени и имеющим комплементарную форму элементом 135 удерживания пружины, который проходит частично вниз по длине голени. Верхний конец элемента 135 закреплен между верхним концом цилиндрической пружины и верхним концом голени соответствующими крепежными деталями (не показаны). Длина гибкого ремня, который может быть эластичным и/или неэластичным, натягивается во время ходьбы. Эта длина зафиксирована либо ее можно регулировать скользящим регулятором (не показан) между перекрывающими друг друга длинами ремня, например, вблизи соединения с металлическим зажимом 133.

Движение вперед верхнего конца голени относительно киля стопы и нижнего конца голени во время ходьбы преодолевает сопротивление от расширения цилиндрической пружины 131 и изгиба назад нижнего конца фиксатора 135, аккумулируя энергию во время силовой нагрузки протеза в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, и эта аккумулируемая энергия высвобождается при прекращении действия силы, тем самым содействуя генерированию энергии лодыжки в протезе и повышая эффективность. Цилиндрическая пружина 131 в данном осуществлении сделана из пружинной стали, но можно также использовать и другие сплавы или не являющиеся металлом материалы, например пластмассу. Элемент 135 удерживания пружины в данном осуществлении выполнен из углеродного волокна, инкапсулированного в эпоксидной смоле, но можно использовать и такие другие материалы, как металлический сплав или пластмасса. Гибкий ремень 132 аналогично ремню 116 согласно Фиг.32-34 выполнен из тканого кевлара (DuPont) шириной 5/8 дюйма и толщиной 1/16 дюйма, но специалисту в данной области техники будут очевидными и другие материалы и их габариты, которые можно будет использовать в данном осуществлении. Первый конец ремня 132 проходит через отверстие в конце металлического зажима 133 и накладывается вторым слоем назад на ремень, и там регулируемым образом фиксируется скользящим регулятором или другим креплением.

Протез 140 в осуществлении согласно Фиг.36 использует стойку 122 голени и устройство 123, размещенное сзади голени, применяемое в протезе 120 согласно Фиг.35. Киль 141 протезной стопы 140 имеет реверсно изогнутый соединительный элемент 142, соединенный с нижним концом стойки голени креплением 128, для вмещения и установки нижнего конца спирали стойки голени. В этом осуществлении соединительный элемент сформирован монолитно с передним отделом 143 и задним отделом 144 киля стопы.

Протезная стопа 150 согласно осуществлению в соответствии с Фиг.37 аналогична осуществлениям согласно Фиг.35 и 36 за тем исключением, что соединительный элемент 151 сформирован как отдельный элемент, который прикреплен на заднем конце креплением 153 к килю стопы 152, образуя передний, средний и задний отделы стопы 155, 156 и 157 киля стопы. Область соединения у крепежной детали 153 находится позади соединения стойки голени и соединительного элемента для увеличения активной длины киля стопы и повышения упругой характеристики пружины в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы. Этот эффект проявляется в еще большей степени в осуществлении согласно Фиг.38, в котором соединительный элемент 160 протеза 161 проходит к заднему концу киля стопы 163, где он соединен с килем стопы креплением 164. Крепление может быть механическим креплением, например, болт и гайка, или другим креплением, выполненным из композитного материала, состоящего из инкапсулированного углеродного волокна и эпоксидной смолы, либо из такого композитного материала, как инкапсулированное ароматическое полиамидное волокно - кевлар, выпускаемое компанией «DuPont», и эпоксидная смола. Нижний передний конец 165 соединительного элемента служит стопором движению вперед стойки голени при сгибании назад. Либо в позиции 113 осуществления согласно Фиг.32-34 можно предусмотреть отдельный стопор. В осуществлениях согласно Фиг.35 и 36 можно использовать оба типа стопоров.

Протезная стопа 170 согласно Фиг.40 аналогична протезной стопе осуществления согласно Фиг.28-31В. Протез 170 содержит киль стопы 171, стойку голени 172 и соединительный элемент 173. Голень 172 имеет направленный вниз, обращенный вперед выпукло-изогнутый нижний конец 174, который реверсно изогнут в виде спирали 175. Стойка голени проходит вверх от спирали к ее вертикальному верхнему концу, который может быть изогнут в продольном направлении или может быть прямым.

Спиральная форма у нижнего конца стойки голени имеет некоторый радиус кривизны, последовательно увеличивающийся по мере спирального прохождения стойки голени в направлении наружу от радиально внутреннего верхнего конца 176, где он прикреплен к соединительному элементу соединителем (не показан) в виде резьбового болта и гайки, проходящих через совмещенные отверстия в стойке голени и соединительном элементе, как в осуществлениях согласно Фиг.32-38.

Соединительный элемент 173 служит корпусом для спирали 175, и он регулируемым образом прикреплен к килю 171 стопы резьбовым креплением, Фиг.30. Киль стопы имеет продольное отверстие в его верхней дугообразной части, в которое входит крепежная деталь для регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении, см. пояснения других осуществлений. Вместо продольных пластин 81 и 82, показанных на фиг.28-30, соединительный элемент 173 имеет открытые стороны и обращенное вперед отверстие, ограничиваемое сбоку расположенными с промежутком латеральными краями 177 передней стороны соединительного элемента. Стойка голени проходит вверх через обращенное вперед отверстие, как в осуществлении согласно Фиг.28-30. Стопор (не показан) можно обеспечить, как на Фиг.28-30, чтобы ограничить тыльное сгибание стойки голени во время ходьбы.

Адаптер 124, аналогично осуществлениям согласно Фиг.35-39, соединен соответствующими крепежными деталями (не показаны) с верхним концом стойки голени для прикрепления протеза к гильзе на нижней конечности пользователя. Устройство 178, размещенное сзади голени, на протезной стопе 170 аналогично устройству 123 согласно Фиг.35 и имеет цилиндрическую пружину 179, один конец которой опирается на верхний конец стойки голени для перемещения с ним. Ко второму свободному концу цилиндрической пружины металлическим зажимом 181 прикреплен один конец гибкого удлиненного элемента - ремня 180. Один конец этого зажима прикреплен к первому концу ремня, а его другой конец загнут в зажимающем зацеплении со свободным концом цилиндрической пружины, как в устройстве, размещенном сзади голени, согласно Фиг.35. Промежуточная часть гибкого ремня 180 проходит вниз к килю стопы и нижнему концу стойки голени, где она проходит вокруг возврата 182 в виде цилиндрического штифта, установленного на компоненте 183 крепления 184, соединяющего соединительный элемент и нижний конец стойки голени. Для сведения к минимуму сопротивления скольжению штифт 182 можно установить в компоненте 183 с возможностью вращения. Второй конец ремня зажат у верхнего конца стойки голени между голенью и цилиндрической пружиной. Гибкий ремень может иметь фиксированную длину, либо ее длина может быть регулируемой при помощи скользящего регулятора (не показан) как в осуществлении согласно Фиг.35. Устройство 178 служит для аккумулирования энергии во время силовой нагрузки протеза в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, и эта аккумулируемая энергия высвобождается при прекращении силовой нагрузки, и это обстоятельство содействует генерированию энергии голени в сагиттальной плоскости, согласно описанию осуществления в соответствии с Фиг.35.

Одно из отличий протеза 170 согласно Фиг.40 от протеза 70 согласно Фиг.28-30 заключается в том, что лодыжка протеза 170 выше над землей, чем лодыжка в протезе 70. Нужно отметить, что нижний конец реверсно искривленного спирального соединения 174 лодыжки согласно Фиг.40 находится над дугообразно изогнутым вверх средним отделом киля 171 стопы согласно Фиг.40 по причине проходящей вверх и назад конфигурации соединительного элемента 173, в то время как нижний конец 75 спирали 74 в протезе 70 согласно Фиг.28-30 ниже, чем высота дугообразного изогнутого вверх среднего отдела стопы киля. Установлено, что высота этой области лодыжки над землей влияет на угловое изменение в сагиттальной плоскости лодыжки, которое происходит в фазе позиции стопы во время ходьбы. Более высокое местонахождение области лодыжки увеличит угловое изменение, в то время как более низкое положение лодыжки уменьшит угловое изменение. Поэтому более высокое местоположение лодыжки согласно Фиг.40 имеет более высокий потенциал угловой скорости при одинаковом значении углового изменения, происходящего на проксимальном конце голени. Это увеличение угловой скорости имеет большое значение, например, высота лодыжки в два дюйма имеет на 35% меньшее угловое изменение, чем при высоте в три с половиной дюйма. Высота лодыжки, как это будет очевидно специалисту в данной области техники, в протезе согласно изобретению определяется несколькими факторами, включая размер и конфигурацию соединительного элемента, высоту продольной дуги, длину переднего, среднего и заднего отделов стопы киля, и пр.

На этом изложение приводимых в качестве примера осуществлений заканчивается. Несмотря на то, что изобретение изложено на нескольких поясняющих примерах, нужно упомянуть, что специалисты в данной области техники смогут предусмотреть многие прочие модификации и осуществления в рамках идеи и объема принципов изобретения. Например, нижний конец стойки голени в протезной стопе согласно изобретению не ограничивается параболической или спиральной формой, и он может иметь гиперболическую конфигурацию или иную направленную вниз выпуклую криволинейную конфигурацию, чтобы обеспечивать нужные создаваемые движения стопы, в соединении с килем стопы для образования голеностопного участка стопы. Устройство, размещенное сзади голени, не ограничивается использованием в нем ремня в качестве гибкого удлиненного элемента, и могут быть использованы такие другие элементы, как гибкий трос. Аналогично, конфигурация пружины в устройстве может отличаться от поясняемых здесь конфигураций. Например, эластичная трубка из металла или пластмассы, проходящая поперечно продольному расположению протеза, может находиться между удлиненным элементом и верхней частью голени для аккумулирования и высвобождения энергии. Признаки различных осуществлений, включая материалы для конструкции, также можно использовать друг с другом. В частности, в рамках приводимого выше описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения можно выполнить целесообразные варианты и модификации компонентов и/или компоновок выполнения объекта изобретения. Специалистам будут очевидны альтернативные виды использования помимо вариантов и модификаций компонентов и/или компоновок.