Искусственная стопа

Изобретение относится к медицине. Искусственная стопа содержит передний и задний опорные упругие элементы, соединенные между собой. Передний опорный упругий элемент включает часть естественного расположения носка стопы человека, плавно переходящую в изогнутый участок, образующий петлю. Конец петли загнут вниз и соединен с вертикально расположенным крепежным элементом, на конце которого расположен демпфирующий элемент. Нижняя поверхность демпфирующего элемента выполнена параллельно поверхности переднего опорного упругого элемента. Задний опорный упругий элемент соединен с передним элементом одним концом с образованием свободного участка, расположенного под углом к переднему опорному упругому элементу. Изобретение обеспечивает повышение удобства и безопасности при использовании протеза стопы. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области медицины, а именно к протезу стопы с высокими энергосберегающими характеристиками голени, малой строительной высотой и может быть использовано для пациентов, ведущих физически активный образ жизни.

Из уровня техники известно техническое решение по заявке US 20160287412 «Протез голеностопного сустава» от 06.10.2016, MПK A61F 2/66, содержащее передний и задний опорные упругие элементы, соединенные между собой, в которой передний опорный упругий элемент включает часть естественного расположения носка стопы человека, плавно переходящую в изогнутый участок (прототип).

Недостатком известного технического решения является отсутствие комфорта использования протеза стопы как в условиях обычной ходьбы, так и в условиях повышенной активности пациента (ускоренный шаг, бег, ходьба по пересеченной местности), что вызывает болевые ощущения у пациента. Технический результат от использования заявленного изобретения может быть выражен в повышении удобства и безопасности при использования протеза стопы с небольшой строительной высотой путем запасания достаточного количества энергии, в том числе, за счет изгибающей деформации голеностопного узла в сагиттальной плоскости во время фазы опоры на пятку, соизмеримого с J-стопами и малой массы.

Искусственная стопа в соответствии с настоящим изобретением предназначена для пациентов, которым необходим высокий уровень энергосбережения, небольшая строительная высота протеза в сочетании с малой массой изделия.

Заявленный технический результат достигается следующим образом.

Искусственная стопа содержит передний и задний опорные упругие элементы, соединенные между собой. Передний опорный упругий элемент включает часть естественного расположения носка стопы человека плавно переходящую в изогнутый участок, образующий петлю, конец которой загнут вниз и соединен с вертикально расположенным крепежным элементом. На конце крепежного элемента расположен демпфирующий элемент, нижняя поверхность которого выполнена параллельно поверхности переднего опорного упругого элемента. Задний опорный упругий элемент соединен с передним элементом одним концом с образованием свободного участка, расположенного под углом к верхнему элементу.

Преимущественно зазор между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом (Н) выбирается из условия, что при дорсифлексии стопы в диапазоне от 0° до 20° сохраняется зазор между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом, Н>0; при дорсифлексии стопы в диапазоне от 20° до 30° поверхности демпфирующего элемента и переднего опорного упругого элемента смыкаются, Н=0; при дорсифлексии стопы более 30°, демпфирующий элемент сжимается.

Кроме того, толщина переднего опорного упругого элемента уменьшается в части естественного расположения носка стопы человека.

Задний опорный упругий элемент выполнен выгнутым в сторону переднего элемента, а его толщина уменьшается к свободному концу.

Заявленное техническое решение иллюстрируется следующими фигурами.

Фиг. 1 - искусственная стопа, вид сбоку;

Фиг. 2 - то же, вид сбоку, противоположная сторона;

Фиг. 3 - то же, вид сзади;

Фиг. 4 - иллюстрация сгибания в голеностопе во время нормального шага при дорсифлексии;

Фиг. 5 - диаграмма изменения угла плантарфлексии и дорсифлексии левой и правой ноги во время нормальной ходьбы здорового человека;

Фиг. 6 - график момента и угла поворота в суставе (дорсифлексии) у здорового человека;

Фиг. 7 - иллюстрация изменения зазора Н в зависимости от скорости передвижения пациента.

В общем виде искусственная стопа 1 содержит передний 3 и задний 4 опорные упругие элементы, соединенные между собой. Передний опорный упругий элемент 3 включает часть естественного расположения носка стопы человека 38, плавно переходящую в изогнутый участок, образующий петлю 31-32-33, конец которой загнут вниз и соединен с вертикально расположенным крепежным элементом 2. На конце крепежного элемента расположен демпфирующий элемент 5, нижняя поверхность которого выполнена параллельно поверхности переднего опорного упругого элемента 3. Задний опорный упругий элемент 4 соединен с передним элементом 3 одним концом с образованием свободного участка, расположенного под углом к переднему опорному упругому элементу.

Преимущественно зазор (Н) между демпфирующим элементом 5 и передним опорным упругим элементом 3 выбирается из условия, что при дорсифлексии стопы в диапазоне от 0° до 20° сохраняется зазор между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом, Н>0; при дорсифлексии стопы в диапазоне от 20° до 30° поверхности демпфирующего элемента и переднего опорного упругого элемента смыкаются, Н=0; при дорсифлексии стопы более 30°, демпфирующий элемент сжимается.

Кроме того, толщина переднего опорного упругого элемента уменьшается в части естественного расположения носка стопы человека 38.

Вместе с тем, задний опорный упругий элемент 4 выполнен выгнутым в сторону переднего элемента 3, а его толщина уменьшается к свободному концу.

В соответствии с вариантом осуществления, приведенным в настоящем описании, искусственная стопа 1 содержит: передний опорный элемент 3, продолжающийся из области естественного расположения носка стопы человека преимущественно назад и вверх, образующий при этом спиралеобразную область 33-32-31, обращенную выпуклой частью 32 вверх, которая продлевается свободным концом 31 вертикально вниз; демпфирующий элемент 5 безопасности, прикрепленный к удлиненной части спиралеобразной области переднего опорного элемента 3; крепежный элемент 2, присоединенный к вертикальной площадке 31 переднего опорного элемента 3; задний опорный элемент 4, продолжающийся из области естественного расположения пятки стопы человека преимущественно вперед и вверх и соединяющийся с передним опорным элементом 3.

Передний опорный элемент 3 приведенной конструкции, как видно из Фиг. 1, имеет в своей верхней части спиралеобразную область, которая образуется из трех участков: продолжающийся из области естественного расположения носка стопы человека преимущественно назад и вверх 33; спиралеобразную область, обращенную выпуклой частью вверх 32, свободный конец, направленный вертикально вниз 31. Демпфирующий элемент 5 безопасности прикреплен к удлиненной части спиралеобразной области переднего опорного элемента 3. Крепежный элемент 2 присоединен к вертикальной площадке 31 переднего опорного элемента 3. Задний опорный элемент 4, продолжающийся из области естественного расположения пятки стопы человека преимущественно вперед и вверх, соединен с передним опорным элементом 3. При этом, свободный конец переднего опорного участка 31, направленный вертикально вниз, продлевается максимально возможно вниз так, чтобы после закрепления к его торцу демпфирующего элемента безопасности 5 образовался необходимый зазор Н, который выбирается исходя из принципов биомеханики.

Как известно из A.I. Kapandji (The Physiology of the Joints, Volume 2: The Lower Limb, Published September 24th 2010 by Churchill Livingstone (first published 1982) / А.И. Капанджи, Психология суставов. Том 2. Нижние конечности, опубликовано 24 сентября 2010 г.Чурчилл Ливингстон) [1], в голеностопе во время нормального шага при

дорсифлексии присутствует сгибание на 20°. При этом, переходя на ускоренный шаг, бег или ходьбу по пересеченной местности, этот угол увеличивается до 30° (Фиг.4).

Эти данные подтверждаются многочисленными исследованиями, в том числе с использованием самых современных методов контроля и анализа движений. Так, например, в работе M.R.Pitkin (Biomechanics of Lower Limb Prosthetics, О Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010 / M.P. Питкин, Биомеханика протезирования нижних конечностей, Спрингер-Верлаг Берлин Хайделберг 2010) [2] показана диаграмма изменения угла плантарфлексии и дорсифлексии левой и правой ноги во время нормальной ходьбы здорового человека. (Фиг.5)

Как мы видим, угол дорсифлексии действительно не превышает 20°. При этом, жесткость щиколотки, определяемая как соотношение момента и угла поворота в суставе (дорсифлексии), у здорового человека имеет нелинейную зависимость от угла дорсифлексии, см. М. Palmer ("Sagittal plane characterization of normal human ankle function across a range of walking gait speeds," Master's Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2002. / M. Палмер, «Характеристика сегиттальной плоскости нормального функционирования человеческой лодыжки через скорость обычной походки», Магистерская дисертация, Массачусетский Технологический институт) [3] (Фиг.6).

Руководствуясь существующими зависимостями биомеханики голеностопного узла здорового человека, рассмотренными выше, в предлагаемом нами изобретении разработан и применен принцип нелинейного изменения жесткости протеза стопы в зависимости от скорости движения или веса пациента.

Каждая искусственная стопа имеет определенную жесткость щиколотки, подбираемую в зависимости от веса пациента таким образом, чтобы обеспечить наибольший комфорт при использовании протеза стопы в условиях повседневного передвижения. В свою очередь, зазор Н определен исходя из нормальной дорсифлексии человека, не зависит от веса пациента и выбранной жесткости протеза стопы. При нормальной ходьбе, дорсифлексия в диапазоне от 0° до 20° будет обеспечивать деформацию опорного элемента 1 таким образом, что зазор Н не будет смыкаться, при этом демпфирующий элемент 4 не деформируется, а значит, и не влияет на жесткость протеза стопы. Если же пациент увеличивает скорость движения, переходя на быстрый шаг, бег или берет на себя утяжеления, то угол дорсифлексии будет возрастать вплоть до 30°, что повлечет за собой такую деформацию переднего опорного элемента 3, при которой появится контакт с демпфирующим элементом 5 и сжатие последнего. Таким образом, демпфирующий элемент 5 выполняет одновременно несколько функций:

1. Обеспечивает комфортное использование протеза стопы 1, как в условиях обычной ходьбы, так и в условиях повышенной активности пациента (ускоренный шаг, бег, ходьба по пересеченной местности), за счет нелинейного изменения жесткости в системе: передний опорный элемент 3 и демпфирующий элемент 5.

2. Работает в виде амортизатора и воспринимает ударные нагрузки за счет собственной деформации, предотвращая появление болевых ощущений на культе пациента.

3. Работает в виде ограничителя деформации переднего опорного элемента 1, что позволяет избежать преждевременного разрушения конструкции в условиях экстремальных нагрузок, обеспечивая необходимый уровень безопасности для людей, ведущих активный образ жизни.

Рассмотрим принцип работы протеза стопы 1 более подробно.

Во время опоры стопы на пятку происходит разворот (против часовой стрелки) участка 33 по направлению к месту контакта стопы и опорной поверхности, одновременно с этим происходит сжатие участка 32 и разворот (по часовой стрелке) участка 3! по направлению к участку 33. Так образом, участки 33 и 31 разворачиваются в одном направлении, противоположном направлению движения пациента. За счет деформации участков 31-32-33, в них происходит запасание энергии. Поскольку направление деформации участков 31-32-33 происходит по направлению к месту контакта нижнего опорного элемента 4 и опорной поверхности, из этого следует, что после снятия нагрузки на стопу произойдет распрямление всех деформированных участков, в том числе участков 31-32-33, которое приведет стопу в недеформированное состояние и, как следствие, будет активно содействовать переносу центра масс пациента по направлению движения. При этом, пружинная спиралеобразная область способна воспринимать, без риска разрушения, большие нагрузки, по сравнению с традиционными J-образными решениями, что является неоспоримым достоинством описываемой конструкции. Варьируя жесткость участков 31-32-33 с помощью различных комбинаций композитного материала, можно обеспечить необходимую, с точки зрения безопасности, и оптимальную, с точки зрения комфорта, жесткость стопы для пациента любого веса, без увеличения габаритов, строительной высоты и применения дополнительных элементов конструкции, которые повлекли бы увеличение массы протеза. При этом участок 32, в отличии от вертикально расположенных участков 31 и 33, имеет возможность деформации во время опоры на всю стопу, что позволяет обеспечить необходимое вертикальное демпфирование и дополнительную устойчивость, что особенно необходимо во время активного движения (движение по пересеченной местности, бег, прыжки и т.д.)

Таким образом, предложенное решение обладает всеми необходимыми характеристиками для обеспечения комфортного использования протеза пациентами, ведущими активный образ жизни, не ограничивая последних в выборе протеза стопы из-за анатомических особенностей таких как, например, длинная культя.

1. Искусственная стопа, содержащая передний и задний опорные упругие элементы, соединенные между собой, в которой передний опорный упругий элемент включает часть естественного расположения носка стопы человека, плавно переходящую в изогнутый участок, образующий петлю, конец которой загнут вниз и соединен с вертикально расположенным крепежным элементом, на конце которого расположен демпфирующий элемент, нижняя поверхность которого выполнена параллельно поверхности переднего опорного упругого элемента, а задний опорный упругий элемент соединен с передним элементом одним концом с образованием свободного участка, расположенного под углом к переднему опорному упругому элементу.

2. Стопа по п. 1, в которой между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом образован зазор (Н).

3. Стопа по п. 2, в которой зазор (Н) между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом выбран из условия, что при дорсифлексии стопы в диапазоне от 0° до 20° сохраняется зазор между демпфирующим элементом и передним опорным упругим элементом, Н>0; при дорсифлексии стопы в диапазоне от 20° до 30° поверхности демпфирующего элемента и переднего опорного упругого элемента смыкаются, Н=0; при дорсифлексии стопы более 30° демпфирующий элемент сжимается.

4. Стопа по п. 1, в которой толщина переднего опорного упругого элемента уменьшается в части естественного расположения носка стопы человека.

5. Стопа по п. 1, в которой задний опорный упругий элемент выполнен выгнутым в сторону переднего элемента, а его толщина уменьшается к свободному концу.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине. Интегрированная стопа экзоскелета образована интеграцией башмака пользователя экзоскелета и опорного элемента, выполненного с возможностью соединения с голеностопным шарниром экзоскелета.

Изобретение относится к медицине. Протез стопы содержит сердечник, на котором расположено проксимальное крепежное приспособление для крепления протеза стопы на трубке голени или ножке голени.

Изобретение относится к медицине. Протез голени содержит приемную гильзу, стойку голени, стопу, в которой плоская изогнутая пружина образует переднюю часть стопы, а заднюю часть стопы дополняет неподвижно соединенная с опорной поверхностью упругая пластина.

Изобретение относится к медицине. Протез голени содержит приемную гильзу, стойку голени, стопу, в которой плоская изогнутая пружина образует переднюю часть стопы, а заднюю часть стопы дополняет неподвижно соединенная с опорной поверхностью упругая пластина.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для протезирования нижних конечностей. Искусственная стопа содержит внешнюю оболочку, вкладыш из амортизирующих профилированных пластин, соединенных внутри оболочки носочными частями, и узел крепления к голени, размещенный на верхней пластине.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для протезирования нижних конечностей. Искусственная стопа содержит узел 1 крепления к голени и внешнюю оболочку 2 со вкладышем из амортизирующих профилированных пластин: верхней пластины 3, нижней пластины 4 и дополнительной изогнутой пластины 5, и отличается тем, что верхняя пластина 3 содержит, как минимум, один промежуточный слой композитного материала и, как минимум, два силовых композитных облицовочных слоя.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для протезирования нижних конечностей. Искусственная стопа содержит внешнюю оболочку с амортизирующей профилированной пластиной, соединенной с регулировочно-соединительным узлом с осевым шарниром, имеющим возможность взаимодействия с опорным элементом, расположенным на верхней поверхности амортизирующей профилированной пластины.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к голеностопному узлу протеза, и может быть использовано при протезировании нижних конечностей. Голеностопный узел протеза содержит оболочку стопы с заформованным в нее вкладышем с голеностопным шарниром, на котором с возможностью качания установлен корпус щиколотки с передней и задней опорными площадками.

Изобретение относится к медицине. Протез стопы содержит базовую пружину с областью передней части стопы и с пяточной областью, расположенное над базовой пружиной присоединительное устройство для крепления протеза стопы к протезу и фронтальную опору, на верхнем конце которой расположено упомянутое присоединительное устройство и которая на своем нижнем конце закреплена на выполненном с возможностью скручивания вокруг продольной оси протеза стопы торсионном элементе.

Группа изобретений относится к медицине. Протезная стопа по первому варианту содержит пружину переднего отдела стопы, пружину пятки и пружину основания.

Группа изобретений относится к медицине. Интегрированная стопа экзоскелета образована интеграцией башмака пользователя экзоскелета и опорного элемента, выполненного с возможностью соединения с голеностопным шарниром экзоскелета.

Изобретение относится к медицине. Ортопедическое демпфирующее устройство для ортезных суставов или протезных суставов содержит подвижно установленный поршень и по меньшей мере одну имеющую стенку камеру, в которой сжимается сжимаемая среда за счет перемещения поршня в первом направлении и расширяется за счет перемещения поршня в противоположном втором направлении.

Изобретение относится к медицине. Протез стопы содержит сердечник, на котором расположено проксимальное крепежное приспособление для крепления протеза стопы на трубке голени или ножке голени.

Изобретение относится к медицине. Протез голени содержит приемную гильзу, стойку голени, стопу, в которой плоская изогнутая пружина образует переднюю часть стопы, а заднюю часть стопы дополняет неподвижно соединенная с опорной поверхностью упругая пластина.

Изобретение относится к медицине. Тазобедренный узел экзоскелета или ортеза содержит Г-образный рычаг, предназначенный для шарнирной установки первым концом на тазовом элементе экзоскелета или ортеза, первый опорный элемент, шарнирно закрепленный первым концом на втором конце Г-образного рычага и имеющий на втором конце первый соединительный элемент, второй опорный элемент, предназначенный для установки на бедренном звене экзоскелета или ортеза и имеющий второй соединительный элемент.

Изобретение относится к медицине. Ортопедическое устройство для ортезирования или протезирования пациента содержит коленный сустав, имеющий проксимальную верхнюю часть и расположенную на ней с возможностью поворота дистальную нижнюю часть, голеностопный сустав, закрепляемую дистально на голеностопном суставе поворотную стопную часть и расположенную между голеностопным суставом и коленным суставом голенную часть.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области протезирования отсутствующих конечностей, в частности к протезированию бедра. В протезе бедра, содержащем приемную гильзу, трубку голени и кулисный коленный механизм с опорной площадкой, нижним звеном, сопряженным с трубкой голени, передним и задним звеньями, соединяющими между собой опорную площадку и нижнее звено с помощью трех вращательных и одной поступательной кинематических пар; устройство управления сгибанием и разгибанием, включающее ползун поступательной кинематической пары кулисного коленного механизма, выполненный в виде цилиндрического герметичного корпуса, заполненного рабочим телом, шток с поршнем и упруговозвратный элемент коленного сустава, согласно изобретению в качестве рабочего тела использована электрореологическая жидкость, при этом в поршне выполнены сквозные отверстия, торцы корпуса ползуна выполнены в виде крышек, связанных с источником электропитания, причем на верхней крышке установлен датчик величины и скорости перемещения штока с поршнем, связанный с интерактивным процессором управления сгибанием и разгибанием коленного сустава.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам узлов протезов для наружного протезирования нижней конечности, в частности к устройству искусственных стоп с регулировкой по высоте каблука обуви без перестройки или демонтажа протеза.

Группа изобретений относится к области бионики и касается создания бионической конечности. Предложенная конечность включает искусственный скелет, представляющий собой изделия в форме костей, соединенные между собой шарнирно, а также прикрепленными к ним исполнительными органами.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению. .

Изобретение относится к медицине. Шаблон для определения подходящего для пациента размера имплантата бедренной кости эндопротеза коленного сустава содержит основное тело, щуповый элемент, две сопрягаемые детали для прилегания и базовой привязки соответственно к центральному и к боковому передним мыщелкам дистального конца бедренной кости пациента и по меньшей мере одну масштабную линейку и связанную с ней стрелку для указания положения щупового элемента в направлении измерения по отношению по меньшей мере к одной из сопрягаемых деталей для указания подходящего размера имплантата.

Изобретение относится к медицине. Искусственная стопа содержит передний и задний опорные упругие элементы, соединенные между собой. Передний опорный упругий элемент включает часть естественного расположения носка стопы человека, плавно переходящую в изогнутый участок, образующий петлю. Конец петли загнут вниз и соединен с вертикально расположенным крепежным элементом, на конце которого расположен демпфирующий элемент. Нижняя поверхность демпфирующего элемента выполнена параллельно поверхности переднего опорного упругого элемента. Задний опорный упругий элемент соединен с передним элементом одним концом с образованием свободного участка, расположенного под углом к переднему опорному упругому элементу. Изобретение обеспечивает повышение удобства и безопасности при использовании протеза стопы. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх