Искусственный коленный сустав

 

Изобретение относится к медицинской технике, обеспечивающей реабилитацию инвалидов с нарушением опорно-двигательного аппарата. Устройство содержит верхнюю и нижнюю вилки, шарнирно сочлененные с помощью клеммы, ось сочленения, тормозящий валик и эластичные упоры, размещенные в верхней и нижней вилках. В клемме выполнены косая прорезь, идущая от тормозящего валика под углом вверх, образующая площадку контакта клеммы с верхней вилкой. Ось клеммы и тормозящий валик выполнены полыми и скреплены с боковыми ответвлениями нижней вилки и клеммой соответственно. Смежные стороны верхней и нижней вилок выполнены с обеспечением между ними зазора. Клемма выполнена из титанового сплава, а тормозящий валик - из стали. Под действием вертикальной нагрузки в конце шага клемма начинает смыкаться, возникает сила трения в шарнире, который затормаживается, предотвращая возможность случайного поворота протеза голени, т.е. препятствует сгибанию ноги и потере равновесия инвалидом. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, обеспечивающей реабилитацию инвалидов с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

Известно устройство сочленения, обеспечения устойчивости и торможения движений протеза коленного сустава. Оно содержит вилку, тормозной рычаг, имеющий ось, образующую основное сочленение, на которой установлено коромысло с винтом, с которым сцеплен ремешок эластичного возврата сегмента голени. Имеется поверхность, воспринимающая вертикальную нагрузку. Хвостовик рычага блокирует сгибательно-разгибательное движение сустава, когда к коромыслу приложено усилие. Имеются устройства регулировки положения элементов сочленения, натяжения ремешка и центрирования трубки голени.

Недостатком устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность в работе.

Известно устройство блокировки в разгибании простого коленного сочленения, которое содержит нижнюю вилку, на которой закреплен стопорный элемент в форме треугольника. В бедренной части устройства размещены расположенная перпендикулярно оси сочленения ось стопора и элемент блокировки. Ось стопора может быть повернута в нужное положение с помощью рычага управления и удерживается в нем возвратным приспособлением. Имеются также упоры из эластичного материала, амортизирующие возврат сочленения при разгибании.

Однако это устройство недостаточно надежно, так как блокирующий элемент имеет незначительные размеры и при больших нагрузках на сочленение на нем будут возникать значительные удельные давления, что может привести к быстрому износу узла и даже его поломке.

Наиболее близким по технической сущности является искусственный коленный сустав, содержащий клемму, верхнюю и нижнюю вилки, в которых установлены соответственно ось качания клеммы и тормозящий валик, эластичный упор. Клемма качается вокруг оси, обеспечивая суставу переход из выпрямленного в согнутое положение, блокируя движение при вертикальной нагрузке, причем эластичный упор обеспечивает плавность блокировки.

К недостаткам устройства можно отнести сложность, значительные усилия и моменты, развивающиеся в блокирующем механизме, и повышенные удельные давления на отдельные его детали, так как они имеют незначительные размеры, что снижает надежность конструкции и сложность применения в протезах для детей.

Цель изобретения создание простой и надежной конструкции протеза коленного сустава с обеспечением блокировки сгибания разгибания при приложении вертикальной нагрузки в завершающей фазе шага инвалида как взрослого, так и ребенка.

Для этого в искусственный коленный сустав, содержащий верхнюю и нижнюю вилки, шарнирно сочлененные с помощью клеммы, причем ось сочленения верхней вилки с клеммой и охватываемый клеммой тормозящий валик установлены в боковых ответвлениях верхней и нижней вилок соответственно, и эластичный упор, введен другой эластичный упор, причем упоры размещены в верхней и нижней вилках соответственно и контактируют с клеммой по разные стороны от прорези, ширина которой определяется из условия ее несмыкаемости при максимальной вертикальной нагрузке, выполненной под углом вверх от тормозящего валика с образованием площадки контакта части клеммы, расположенной ниже проpези, с выступом на нижней части верхней вилки, при этом ось клеммы и тормозящий валик выполнены полыми и скреплены соответственно с клеммой и боковыми ответвлениями нижней вилки, а смежные стороны верхней и нижней вилок выполнены с обеспечением без нагрузки зазора между ними, величина которого в сборе определяется максимально допустимой степенью деформации эластичных упоров; клемма выполнена из титанового сплава, а тормозящий валик из стали.

На фиг.1 изображен искусственный коленный сустав, вид сбоку (в плоскости шагания); на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Устройство содержит верхнюю вилку 1, сочлененную с гильзой бедра с помощью юстировочной пирамиды квадратного сечения 2, нижнюю вилку 3, сочлененную с искусственной голенью с помощью такой же пирамиды 4. Вилки 1 и 3 сочленены шарнирно при помощи клеммы 5, выполненной в виде прямоугольной пластины с двумя отверстиями с параллельными осями для оси 6 сочленения верхней вилки с клеммой 5 и тормозящего валика 7, которые выполнены пустотелыми. Концы оси 6 и тормозящего валика 7 установлены в боковых ответвлениях вилок 1 и 3 соответственно, причем ось 6 с возможностью поворота. Ось 6 скреплена с клеммой 5 с помощью штифта 8, а валик 7 с помощью штифтов 9, 10 с вилкой 3. Тормозящий валик 7 охватывается отверстием, имеющимся в клемме 5, причем при отсутствии вертикальной нагрузки он может поворачиваться относительно клеммы 5, являясь основным шарниром протеза, обеспечивающим его сгибание-разгибание. Клемма 5 имеет прорезь 11, идущую от отверстия тормозящего валика 7 под углом вверх с выходом на верхнюю грань клеммы, при этом образуется площадка контакта 12 клеммы 5 с выступом 13, выполненным на нижней части верхней вилки 1; упор клеммы 5 по площадке контакта 12 и выступ 13 ограничивают возможность ее поворота по часовой стрелке и препятствуют опусканию тормозящего валика 7 и удлинению протеза. Поворот клеммы 5 против часовой стрелки возможен в небольших пределах и ограничивается шириной щели (зазора) 14 между смежными сторонами вилок 1 и 3. В верхней 1 и нижней 3 вилках концентрично оси протеза установлены эластичные упоры 15, 16 в форме дисков, контактирующие с верхней и нижней частями клеммы 5, т.е. по разные стороны от прорези 11.

Устройство работает следующим образом.

Примем за исходное состояние вертикальное положение протезов бедра и голени без нагрузки, собственный вес протеза не учитываем. В этом состоянии выступ 13 верхней вилки 1 находится в контакте с клеммой 5, прорезь 11 несомкнута, эластичные упоры 15, 16 не деформированы, но находятся в контакте с клеммой 5.

В начальной фазе шага инвалид поднимает протез бедра, вынося протез коленного сустава вперед и вверх, при этом протез голени со стопой оказывается в согнутом состоянии (отклоненном от вертикали) с отставанием стопы. Затем под действием собственной массы протез голени со стопой начинает как-бы "догонять" протез коленного сустава и при этом все более приближаться к вертикали. Поворот протеза при выносе бедра вперед (сгибание) и при обратном повороте (разгибание) оказывается возможен, так как тормозящий валик 7 охвачен отверстием клеммы без натяга (прорезь 11 несомкнута ввиду отсутствия вертикальной нагрузки).

В фазе окончания шага инвалид переносит массу тела на пятку протеза данной ноги, которая из маховой становится опорной. Под действием вертикальной нагрузки прорезь 11 клеммы 5 начинает сужаться и отверстие клеммы начинает стягивать тормозящий валик 7, возникает сила трения в этом шарнире и он затормаживается, предотвращая возможность случайного поворота протеза голени со стопой, т. е. сгибание ноги, которое будучи внезапным может привести к "подворачиванию" протеза ноги, потере равновесия и падению. Таким образом, гарантируется безопасное перемещение инвалида. В целях достижения плавности блокировки передача вертикальных усилий протезом осуществляется через эластичные упоры 15 и 16. Для повышения коэффициента трения в шарнире клемма 5 выполнена из титана.

К признакам устройства, создающим технический эффект упрощение конструкции и повышение надежности, можно отнести достаточные размеры плеч приложения сил, например плечо "а", т.е. расстояние от оси протеза до оси тормозящего валика, что при данном моменте позволяет уменьшить силу и соответственно удельное давление в шарнире; достаточный диаметр тормозящего валика, что также уменьшает требуемое усилие и снижает удельное давление, от чего уменьшается износ.

Кроме того, возможно использование данного коленного шарнира в детских протезах ввиду возможности его масштабного уменьшения в зависимости от массы инвалида, от которого зависит сила трения между клеммой и тормозящим валиком.

Формула изобретения

ИСКУССТВЕННЫЙ КОЛЕННЫЙ СУСТАВ, содержащий верхнюю и нижнюю вилки, шарнирно сочлененные с помощью клеммового соединения, состоящего из клеммы с прорезью и охватываемого клеммой тормозящего валика, установленного в боковых ответвлениях верхней и нижней вилок соответственно, и эластичный упор, отличающийся тем, что в него введен дополнительный упор, причем упоры размещены в верхней и нижней вилках соответственно и контактируют с клеммой по разные стороны, при этом прорезь расположена под углом вверх от тормозящего валика и образует площадку контакта частей клеммы, расположенной ниже прорези, с выступом на нижней части верхней вилки, а клемма выполнена из титанового сплава, а тормозящий валик из стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2