Устройство для соединения с возможностью поворота частей ортопедического аппарата

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам, предназначенным для соединения с возможностью поворота частей ортопедического аппарата, такого как, в частности, протез коленного сустава для людей с ампутированными ногами. Устройство содержит кинематический многопластинчатый механизм, по меньшей мере, с четырьмя пластинами, который обеспечивает возможность перемещения в направлении ходьбы. Первая пластина выполнена с возможностью присоединения к первой части ортопедического аппарата, такой как углубление для бедра. Вторая пластина выполнена с возможностью жесткого соединения со второй частью ортопедического аппарата, такой как часть, представляющая собой протез голени. Третья пластина расположена спереди, в направлении ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине. Четвертая пластина расположена позади третьей пластины, в направлении ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине таким образом, что соединение между второй пластиной и четвертой пластиной выполнено с возможностью смещения вдоль заданной траектории. Центральная часть четвертой пластины, находящаяся между двумя концами четвертой пластины, соединена с третьей пластиной таким образом, что соединение между третьей пластиной и центральной частью выполнено с возможностью смещения вдоль заданной траектории. Изобретение обеспечивает требуемую функциональность и довольно высокую степень сгибания в положении стоя в сочетании с ограничением второй степени свободы движения, которое легко обеспечить. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к устройству, предназначенному для соединения с возможностью поворота частей ортопедического аппарата, такого как, в частности, протез коленного сустава для людей с ампутированными ногами.

В течение некоторого времени известно применение многопластинчатых механизмов для замены суставов или содействия функционированию суставов в ортопедических аппаратах, и указанные механизмы широко используются, принимая во внимание преимущества механизма данного типа над более традиционными механизмами с одной фиксированной точкой поворота. К этим преимуществам относятся, среди прочего, лучшее копирование или имитация естественного движения конечностей по сравнению с одноосным механизмом и повышенная и легче регулируемая устойчивость механизма при подвергании его воздействию нагрузки, и эти преимущества достигаются за счет соответствующего задания размеров и положения пластин механизма друг относительно друга. В частности, когда многопластинчатый механизм используется для замены коленного сустава или для содействия функционированию коленного сустава, последний фактор имеет очень важное значение. Это обусловлено тем, что в начале шага, когда механизм удлиняется, пятка входит в контакт с поверхностью земли и механизм подвергается воздействию нагрузки, представляющей собой вес пользователя, желательно, чтобы механизм не начинал немедленно поворачиваться, поскольку при этом не обеспечивается никакой опоры для пользователя, и поэтому пользователь будет падать. В одноосном механизме это может быть предотвращено только путем использования сложного, сравнительно ненадежного тормозного механизма. Напротив, в многопластинчатом механизме это свойство может быть обеспечено, например, путем выбора геометрических характеристик таким образом, что при удлиненном состоянии механизма фактическая точка поворота, вокруг которой поворачивается голень или протез голени, будет находиться за линией, соединяющей две точки приложения нагрузки (пятку и тазобедренный сустав).

Более того, путем соответствующего выбора геометрических характеристик многопластинчатого механизма можно добиться эффекта, в результате которого фактическая точка поворота в конце шага будет расположена таким образом, что можно будет легче "заставить" протез или ортопедический аппарат выполнять возвратно-поворотное движение вперед по сравнению с одноосным механизмом. Высокий уровень устойчивости, который может быть достигнут в начале шага, возвратно-поворотное движение назад, которое легко обеспечить, и возможность нахождения простым образом хорошего компромисса между этими двумя свойствами делают многопластинчатый механизм исключительно пригодным для замены или поддержки функционирования сустава.

В случаях применения данного типа кинематический многопластинчатый механизм может обладать способностью исходно упруго изгибаться. Это желательно для некоторых пациентов.

В частности, в тех случаях, когда имеет место то, что известно как "экзартикуляция коленного сустава" (ампутация ноги в суставе), существующие устройства имеют недостаток, заключающийся в том, что угол сгиба недостаточен. Кроме того, бедро неестественно удлинено, что в сидячем положении приводит к неестественной форме ноги.

Задачей изобретения является разработка устройства, которое имеет следующие отличительные признаки:

- регулируемость, чтобы при необходимости можно было обеспечить высокий уровень устойчивости при приложении нагрузки к пятке,

- уменьшение устойчивости при нагружении передней части стопы в конце фазы вставания с тем, чтобы протез можно было легко заставить поворачиваться,

- при необходимости исходная податливость, приводящая к демпфирующему воздействию при действии нагрузки на протез и, следовательно, на культю бедра,

- очень большой максимальный угол сгиба,

- очень незначительное удлинение в положении, при котором протез согнут на 90°,

- косметически внешне естественное положение под углом 90^о,

- простота конструкции и надежность при использовании.

В соответствии с этой задачей разработано устройство, содержащее кинематический многопластинчатый механизм, по меньшей мере, с четырьмя пластинами, который обеспечивает возможность перемещения в направлении (L) ходьбы, при этом в указанном устройстве:

- первая пластина выполнена с возможностью присоединения к первой части ортопедического аппарата, такой как часть с углублением для бедра,

- вторая пластина выполнена с возможностью жесткого соединения со второй частью ортопедического аппарата, такой как часть, представляющая собой протез голени,

- третья пластина, которая расположена спереди, если смотреть в направлении (L) ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине,

- четвертая пластина, которая расположена позади третьей пластины, если смотреть в направлении ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине таким образом, что соединение между второй пластиной и четвертой пластиной может быть смещено вдоль заданной траектории, и

- центральная часть четвертой пластины, находящаяся между двумя концами четвертой пластины, соединена с третьей пластиной таким образом, что соединение между третьей пластиной и центральной частью может быть смещено вдоль заданной траектории.

Устройство данного типа согласно изобретению обеспечивает требуемую функциональность и довольно высокую степень сгибания в положении стоя в сочетании с ограничением второй степени свободы движения, которое легко обеспечить.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления устройства согласно изобретению устройство содержит пятую пластину, которая присоединена с возможностью поворота к четвертой пластине и ко второй пластине.

Другой предпочтительный вариант осуществления устройства согласно изобретению содержит шестую пластину, которая присоединена с возможностью поворота к четвертой пластине и к третьей пластине.

Использование пятой и шестой пластин предпочтительно, поскольку это позволяет создать устройство, которое имеет простую конструкцию и надежно в использовании.

В еще одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, по меньшей мере, одно из соединений, выполненное с возможностью смещения вдоль заданной траектории, представляет собой шпунтовое соединение.

В этом случае заданная траектория при необходимости может быть круговой.

В предпочтительном варианте осуществления устройства согласно изобретению точки поворота между шестой пластиной и третьей и четвертой пластинами находятся на некотором расстоянии соответственно от концов третьей и четвертой пластин. Было установлено, что размещение точек поворота таким образом позволяет достичь заданной функциональности для устройства, которое используется в качестве коленного сустава.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройства согласно изобретению устройство содержит пружинные средства, которые расположены между двумя пластинами многопластинчатого механизма. Пружинные средства могут быть использованы, например, для облегчения перемещения протеза голени вперед в конце фазы возвратно-поворотного движения. Кроме того, пружинные средства также могут содержать демпфирующие средства. Это обеспечивает возможность рассеяния энергии на фазе возвратно-поворотного движения, так что устройство плавно перемещается в выдвинутое (удлиненное) положение. Это повышает комфортность для пользователя.

В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению размеры многопластинчатого механизма заданы таким образом, что устройство может быть повернуто между первым блокирующим положением и вторым положением. Предусмотрено, что первое блокирующее положение означает положение устройства, в котором достигается флексия в положении стоя, в то время как второе положение должно означать положение устройства, в котором возможно сгибание при возвратно-поворотном движении.

Предпочтительно устройство спроектировано таким образом, что при смещении вертикальной нагрузки, действующей на устройство в направлении (L) ходьбы, устройство поворачивается из положения фиксации во второе положение. Это обеспечивает возможность естественной ходьбы при использовании устройства.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления устройства согласно изобретению устройство содержит, по меньшей мере, один упор, предназначенный для останова пластины для задания блокирующего положения. Предпочтительно, чтобы упор был регулируемым. Это обеспечивает возможность регулирования работы и функциональности устройства.

Кроме того, устройство согласно изобретению может содержать пружинные средства, которые действуют в направлении блокирующего положения, чтобы по меньшей мере при блокирующем положении устройства создать упругое действие между первой частью и второй частью ортопедического аппарата. В этом случае предпочтительно, чтобы упор был изготовлен из упругого материала. В результате в блокирующем положении имеет место пружинение, которое повышает комфортность.

В завершение, в варианте осуществления согласно изобретению, по меньшей мере, одна из пластин может иметь многоэлементную конструкцию. Это повышает жесткость устройства при кручении.

Эти и другие отличительные признаки устройства разъясняются более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - перспективное изображение протеза бедра, в котором используется устройство согласно изобретению, в данном случае выполненное в виде протеза коленного сустава,

фиг.2 - вид сбоку протеза коленного сустава, показанного на фиг.1,

фиг.3А-3С - три различных положения протеза коленного сустава во время шага,

фиг.4А и 4В - протез бедра, изображенный на фиг.1, в положении сидя,

фиг.5 - второй вариант осуществления устройства согласно изобретению,

фиг.6 - третий вариант осуществления устройства согласно изобретению,

фиг.7А-7D - схематичное изображение различных мест для установки упругого упора в устройстве согласно изобретению,

фиг.8А-8С - различные места для установки упругого демпфера в устройстве согласно изобретению.

На фиг.1 показан протез бедра, имеющий устройство согласно изобретению, которое выполнено в виде протеза 1 коленного сустава. Этот протез 1 коленного сустава содержит многопластинчатый механизм, в котором средство для крепления к бедру, такое как углубление 2 для бедра, расположено на первой пластине 11. Часть 3, представляющая собой протез голени, с искусственной стопой 4 расположена на второй пластине 12 протеза 1 коленного сустава.

На фиг.2 протез 1 коленного сустава согласно изобретению показан более подробно. Снова можно видеть, что первая пластина 11 многопластинчатого механизма присоединена к углублению 2 для бедра и что вторая пластина 12 присоединена к части 3, представляющей собой протез голени. Если смотреть в направлении L ходьбы, то видно, что третья пластина 13 установлена с возможностью поворота спереди между первой пластиной 11 и второй пластиной 12. Кроме того, четвертая пластина 14 и пятая пластина 15 расположены позади третьей пластины 13, если смотреть в направлении L, при этом указанные четвертая и пятая пластины 14, 15 соединены друг с другом с возможностью поворота с одной стороны, а с другой стороны присоединены с возможностью поворота соответственно к первой пластине 11 и второй пластине 12.

В завершение, шестая пластина 16 установлена с возможностью поворота между третьей пластиной 13 и четвертой пластиной 14. Точки 17 и 18 поворота этой шестой пластины находятся на некотором расстоянии соответственно от концов третьей пластины 13 и четвертой пластины 14. Следует понимать, что концы этих пластин 13 и 14 означают точки (оси) поворота, расположенные на этих концах. Кроме того, в протезе 1 коленного сустава имеется демпфер 5, который посредством поршневого штока 6 соединен с одной из пластин пластинчатого механизма, в данном случае с четвертой пластиной 14.

Для ограничения перемещения пластины 15 установлен упор 19.

Работа протеза 1 коленного сустава согласно изобретению разъясняется более подробно со ссылкой на фиг.3А-3С.

На фиг.3А показано положение протеза 1 коленного сустава, когда протез бедра находится в начале шага, то есть положение, в котором искусственная стопа 4 расположена перед другой стопой. Линия действия вертикальной нагрузки В, действующей на протез 1 коленного сустава, расположена позади протеза 1 коленного сустава, если смотреть в направлении L ходьбы. Пятая пластина 15 и, следовательно, весь механизм в данный момент находится в положении фиксации, в результате чего протез 1 коленного сустава оказывается зафиксированным, и протез бедра может начинать шаг.

На фиг.3В показано положение, в котором линия действия вертикальной нагрузки В, действующей на протез 1 коленного сустава, сместилась в зону перед протезом 1 коленного сустава. Это положение предпочтительно соответствует ситуации, при которой вектор В вертикальной нагрузки пересекает переднюю сторону искусственной стопы 4. Это соответствует ситуации, при которой пользователь стоит на "подъеме свода стопы". В этот момент пятая пластина 15 поворачивается из положения фиксации, показанного на фиг.3А, во второе положение.

Фиг.3С показывает пятую пластину 15 во втором положении, так что часть 3, представляющая собой протез голени, может входить в фазу поворота (возвратно-поворотного движения). В этот момент искусственная стопа 4 больше не находится в контакте с поверхностью земли, и протез бедра может быть повернут в положение, которое соответствует положению, показанному на фиг.3А.

Фиг.4А и 4В показывают протез 1 коленного сустава в положении сидя. Отличительным признаком протеза 1 коленного сустава согласно изобретению является то, что при "сидячем" положении устройства он принимает форму, которая такова, что внешний вид ноги с протезом соответствует внешнему виду ноги без протеза. На фиг.4В четко видно, что третья пластина 13 протеза 1 коленного сустава проходит фактически параллельно передней стороне части 3, представляющей собой протез голени.

На фиг.5 показан второй вариант 20 осуществления устройства согласно изобретению. Это устройство в значительной степени соответствует протезу 1 коленного сустава, показанному на фиг.1. Следовательно, идентичные части обозначены идентичными ссылочными номерами. Четко видно, что первая пластина 11 соединена с протезом бедра, в то время как вторая пластина 12 соединена с частью 3, представляющей собой протез голени. Третья пластина 13, которая присоединена на обоих концах с возможностью поворота, проходит между этой первой пластиной 11 и второй пластиной 12. Кроме того, четвертая пластина 14 соединена с первой пластиной 11 с возможностью поворота относительно нее, при этом другой конец указанной четвертой пластины 14 присоединен с возможностью поворота к пятой пластине 15, которая, в свою очередь, соединена со второй пластиной 12. Кроме того, шестая пластина 16 проходит между четвертой пластиной 14 и третьей пластиной 13.

Отличие от устройства, показанного на фиг.1, состоит в том, что вместо осей поворота в данном случае использованы шаровые шарниры 21 для присоединения пятой пластины 15 и шестой пластины 16 с возможностью поворота. Преимущество данных шаровых шарниров состоит в том, что механизм будет работать, несмотря на какие-либо производственные допуски. Действительно, если устройство 1, показанное на фиг.1, не будет изготовлено с достаточной точностью, существует опасность того, что механизм совсем не сможет работать.

На фиг.6 показан третий вариант осуществления устройства согласно изобретению. В этом случае идентичные части также обозначены идентичными ссылочными номерами. Отличие от описанных выше двух вариантов 1 и 20 осуществления заключается в том, что здесь отсутствуют пятая и шестая пластины. Вместо этого четвертая пластина 14 присоединена ко второй пластине 12 посредством шпунтового соединения. Это шпунтовое соединение содержит шпунт 31, который расположен на конце четвертой пластины 14, и криволинейный паз 32, выполненный во второй пластине 12.

Кроме того, четвертая пластина 14 соединена с третьей пластиной 13 посредством шпунтового соединения. Для этого второй шпунт 33 расположен в центральной части четвертой пластины 14 и проходит в паз 34, выполненный в третьей пластине 13. Очевидно, что в тех местах, где расположены шпунты 31 и 33, они могут быть заменены пазами, в то время как пазы 32, 34 заменяются шпунтами.

На фиг.7А-7D схематично изображено устройство, которое соответствует протезу 1 коленного сустава, показанному на фиг.1. Следовательно, и в данном случае идентичные части обозначены идентичными ссылочными номерами. Эти четыре фигуры показывают четыре различных места для установки упругого упора, который содержит стопорную часть 40 и упругий элемент 41. Как показано на фигурах, этот упругий упор может быть расположен, например, между второй пластиной 12 и пятой пластиной 15 (фиг.7А), между четвертой пластиной 14 и шестой пластиной 16 (фиг.7В), между первой пластиной 11 и четвертой пластиной 14 (фиг.7С) или между третьей пластиной 13 и шестой пластиной 16 (фиг.7D). Тем не менее предпочтительна конструкция, показанная на фиг.7А.

На фиг.8А-8С показаны различные места для установки упругого демпфера. В данном случае пластинчатый механизм также соответствует механизму устройства, показанного на фиг.1, и поэтому идентичные части снова обозначены идентичными ссылочными номерами. Упругий демпфер схематично показан в виде демпфирующего элемента 42 и пружины 43. Этот узел 42, 43 может быть расположен, например, между второй пластиной 12 и пятой пластиной 15 (фиг.8А), между четвертой пластиной 14 и второй пластиной 12 или так, что он будет неподвижно установлен относительно части 3, представляющей собой протез голени (фиг.8В и 8С). Схематичная конструкция, показанная на фиг.8В, соответствует протезу коленного сустава, показанного на фиг.1, и поэтому является предпочтительной.

1. Устройство, предназначенное для соединения с возможностью поворота частей ортопедического аппарата, такого, как, в частности, протез коленного сустава для людей с ампутированными ногами, содержащее кинематический многопластинчатый механизм, по меньшей мере, с четырьмя пластинами, который обеспечивает возможность перемещения в направлении (L) ходьбы, при этом в указанном устройстве

первая пластина выполнена с возможностью присоединения к первой части ортопедического аппарата, такой, как углубление для бедра,

вторая пластина выполнена с возможностью жесткого соединения со второй частью ортопедического аппарата, такой, как часть, представляющая собой протез голени,

третья пластина расположена спереди в направлении (L) ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине,

четвертая пластина расположена позади третьей пластины в направлении ходьбы, присоединена с возможностью поворота к первой пластине и присоединена с возможностью поворота ко второй пластине таким образом, что соединение между второй пластиной и четвертой пластиной выполнено с возможностью смещения вдоль заданной траектории, и центральная часть четвертой пластины, находящаяся между двумя концами четвертой пластины, соединена с третьей пластиной таким образом, что соединение между третьей пластиной и центральной частью выполнено с возможностью смещения вдоль заданной траектории.

2. Устройство по п.1, в котором устройство содержит пятую пластину, которая присоединена с возможностью поворота к четвертой пластине и ко второй пластине.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором устройство содержит шестую пластину, которая присоединена с возможностью поворота к четвертой пластине и к третьей пластине.

4. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одно из соединений, выполненное с возможностью смещения вдоль заданной траектории, представляет собой шпунтовое соединение.

5. Устройство по п.4, в котором заданная траектория представляет собой круговую траекторию.

6. Устройство по п.3, в котором точки поворота между шестой пластиной и третьей и четвертой пластинами находятся на некотором расстоянии соответственно от концов третьей и четвертой пластин.

7. Устройство по п.1, содержащее пружинные средства, расположенные между двумя пластинами многопластинчатого механизма.

8. Устройство по п.7, в котором пружинные средства содержат демпфирующие средства.

9. Устройство по п.7, в котором размеры многопластинчатого механизма заданы таким образом, что устройство выполнено с возможностью поворота между первым, блокирующим положением и вторым положением.

10. Устройство по п.9, в котором при смещении вертикальной нагрузки, действующей на устройство, в направлении (L) ходьбы, устройство выполнено с возможностью поворота из положения фиксации во второе положение.

11. Устройство по п.10, содержащее, по меньшей мере, один упор, предназначенный для останова пластины с тем, чтобы задать блокирующее положение.

12. Устройство по п.11, в котором упор является регулируемым.

13. Устройство по п.9, содержащее пружинные средства, действующие в направлении блокирующего положения и предназначенные для создания, по меньшей мере, при блокирующем положении устройства упругого действия между первой частью и второй частью ортопедического аппарата.

14. Устройство по п.11, в котором упор содержит упругий материал.

15. Устройство по п.1, в котором, по меньшей мере, одна из пластин имеет многоэлементную конструкцию.