ПАЛЬЦЕВЫЙ И КИСТЕВОЙ ПРОТЕЗЫ
FINGER AND PALM PROSTHESES

Изобретение относится к пальцевому протезу с основой, которая выполнена для восприятия усилий и моментов и может быть снабжена эластичным чехлом для придания протезу естественного внешнего вида. Кроме того, изобретение относится к кистевому протезу с основанием и расположенным на нем пальцевым протезом.
Из уровня техники известны пальцевые и кистевые протезы, причем пальцевые протезы содержат металлический сердечник, выполненный либо цельным, либо из нескольких, соответствующих фалангам пальцев компонентов, шарнирно соединенных между собой. Пальцевые протезы шарнирно расположены на основании и могут двигаться посредством актуаторов, что позволяет имитировать хватательное движение. Пример цельного пальцевого протеза описан в US 2004/0015240 A1.
Механически комплексные пальцевые протезы предусматривают кривизну, по меньшей мере, одного дополнительного сустава в дополнение к повороту вокруг основного сустава. Такое выполнение описано, например, в US 2005/0021154 A1.
Для как можно более естественной имитации пальца или кисти на механическую конструкцию пальцевого или кистевого протеза надевается резиновый чехол в виде кисти, который, помимо функции защиты механических компонентов, обеспечивает мягкость и приближенный к естественной кисти внешний вид. Такой чехол сложен в изготовлении, с трудом надевается на механические компоненты и обладает лишь относительно слабым гаптическим соответствием естественной кисти.
Задачей настоящего изобретения является создание пальцевого и кистевого протезов, которые имели бы улучшенный естественный внешний вид, были бы более дешевыми в изготовлении и более легкими в пользовании.
Согласно изобретению эта задача решается посредством пальцевого протеза с признаками п.1 и посредством кистевого протеза с признаками п.13 формулы. Предпочтительные варианты и модификации изобретения описаны в зависимых пунктах.
Пальцевый протез с основным суставом, который выполнен для восприятия усилий и моментов и может быть снабжен эластичным чехлом для придания протезу естественного внешнего вида, предусматривает, что основной сустав выполнен в виде формоустойчивого сердечника, который в местах, соответствующих местам расположения мягких тканей естественных пальцев, имеет выемки, заполненные эластомерным материалом с образованием контура естественного пальца. Таким образом, помимо твердой основы или твердого сердечника возникают участки высокой эластичности, например в зоне кончиков пальцев или направленных к внутренней поверхности кисти поверхностей фаланг, для создания как можно более естественной гаптики. У пальцевых протезов с электроприводом это улучшает хватание, поскольку контакт с захватываемыми предметами происходит, как и естественной кистью, на упругодеформируемых участках, в результате чего, помимо повышенной надежности хватания, возникает также более естественное хватательное движение.
Одна модификация изобретения предусматривает, что основа выполнена в виде полого тела, чтобы сделать легкой всю конструкцию пальца. Предпочтительно основа выполнена из пластика, в частности термопласта или композита, чтобы дополнительно уменьшить массу пальцевого протеза без необходимости принятия во внимание ограничений в отношении прочности. В качестве альтернативы основа может быть выполнена также из металлического материала, в частности легкого металла или металлического сплава. Также может применяться комбинация пластика и металла.
Предпочтительно основа и эластомерный материал сообща обрабатываются методом двухкомпонентного литья под давлением, так что пальцевый протез уже имеет окончательный контур или окончательную форму и в то же время обладает функциональными свойствами расположенного на кистевом протезе пальцевого протеза. За счет соответствующего цветового оформления можно выполнить пальцевый протез приближенным к естественному пальцу, причем в местах пальцевого протеза, являющихся податливыми у естественного пальца, выполнены соответствующие мягкие участки. Это упрощает и удешевляет изготовление пальцевых протезов.
Одна модификация предусматривает, что основа имеет прорезную структуру, за счет чего эластомерный материал может проникать сквозь основу. При этом основа, по меньшей мере, местами полностью заделана в эластомерный материал, что при его соответствующем выборе обеспечивает высокую упругость и большой путь деформации.
Кроме того, эластомерный материал может наноситься на внешнюю сторону основы с частичным ее охватом. В основе, а также в качестве альтернативы или дополнительно в эластомерном материале могут быть выполнены каналы или участки для размещения проводов или датчиков, например, для достижения обратной связи за счет положения отдельных фаланг по отношению друг к другу и за счет степени кривизны пальца.
На основе может быть выполнена опора для шарнирной оси с целью закрепления на основании протеза, причем эта опора может быть выполнена упругой. Предпочтительно опора обеспечивает смещение перпендикулярно оси вращения для достижения имитации, приближенной к естественной подвижности пальца. За счет такой «мягкой» опоры пальцевого протеза возможны боковое смещение и дополнительная податливость пальцевого протеза, причем в мягком месте посадки или в мягкой опоре находится жесткая ось вращения. Это позволяет дополнительно сгладить впечатление жесткого, неестественного, технического механизма и достичь естественной имитации хватания. Чтобы можно было воспринимать очень высокие нагрузки пальцевого протеза и опоры, которые могут составлять до 50 Нм, в зоне основного сустава пальца расположены вкладыши из металла для усиления опоры.
Для обеспечения обратной связи приложенного хватательного усилия предусмотрено, что в зоне кончика пальца расположен датчик, который, в частности, залит, вдавлен или вклеен в эластомерный материал. Датчик может быть выполнен в виде датчика хватательного усилия, температуры, скольжения или ускорения.
Чтобы достичь дальнейшего приближения к естественному пальцу, на основе и эластомерном материале расположен сменный, оформленный под кожу пластиковый чехол, который по цвету и структуре приближен к естественному пальцу. Этот пластиковый чехол может быть выполнен очень тонким, благодаря чему он очень недорог в изготовлении. Пластиковый чехол может быть очень легко надет на пальцевый протез или на весь кистевой протез, закрывая, в частности, шарнирно соединенные между собой участки. В случае повреждения или несмываемого загрязнения пластикового чехла он может быть очень легко заменен, как перчатка, пользователем протеза.
Кистевой протез снабжен основанием и, по меньшей мере, один пальцевым протезом, как это описано выше. Пальцевый протез установлен на основании предпочтительно шарнирно и/или упруго, чтобы за счет мягкой опоры достичь имитации естественности.
Ниже пример осуществления изобретения более подробно поясняется с помощью приложенных чертежей, на которых изображают:
- фиг.1: кистевой протез;
- фиг.2: пальцевый протез, частично в разрезе;
- фиг.3: пальцевый протез, частично в разрезе в плоскости III из фиг.2;
- фиг.4: пальцевый протез в сечении в плоскости IV из фиг.2.
На фиг.1 изображен кистевой протез 1 с основанием 2 и шарнирно расположенным на нем пальцевым протезом 10. На весь кистевой протез 1 надет оформленный под кожу пластиковый чехол 70 в виде перчатки из эластичного материала. По меньшей мере, три пальца, а именно большой, указательный и средний, установлены на основании 2 шарнирно и с возможностью приведения в действие, поскольку с помощью этих трех пальцев может выполняться большая часть повседневных хватательных функций.
На фиг.2 изображена конструкция пальцевого протеза 10 с основой 20, которая уже имеет основной контур естественного пальца. Основа 20 выполнена из формоустойчивого материала, в частности пластика или композита, и имеет выемки 30 на участках, соответствующих фалангам и кончику пальца. Эти выемки 30 расположены в тех местах, где в естественных пальцах имеются мягкие ткани. Структура основы 20 выполнена при этом так, что выемки 30 не ухудшают механическую стабильность, благодаря чему действующие на пальцевый протез 10 усилия могут надежно восприниматься и передаваться. В данном случае выемки 30 выполнены перпендикулярно плоскости движения пальцевого протеза 10.
На фиг.3 изображена конструкция пальцевого протеза 10 в частичном разрезе. Основа 20 проходит в основном по всей длине пальца, причем выемки 30 выполнены в виде проемов, сквозь которые может проникать эластомерный материал 40, так что на определенных участках выполненная в виде полого тела основа 20 может быть пронизана эластомерным материалом 40. В зоне кончика 11 пальца относительно большая выемка или относительно большой участок заполнена/заполнен эластомерным материалом 40 в соответствии со строением естественного пальца. В кончик пальца заделан датчик 12 хватательного усилия для подачи ответного сообщения на блок управления прикладываемыми хватательными усилиями. В качестве альтернативы или дополнительно к датчику 12 может быть предусмотрен датчик температуры, ускорения или скольжения, который определяет относительное движение между пальцевым протезом и взятым предметом. Датчик скольжения может работать оптически, причем расположение датчиков не ограничено кончиком пальца, а они могут быть расположены в подходящем месте пальцевого протеза.
В зоне основного сустава пальцевого протеза 10 расположена опора 60, содержащая жесткую ось в мягкой опоре для обеспечения бокового смещения перпендикулярно оси вращения вокруг основного сустава. Такое боковое смещение защищает компоненты и опору при нагрузках, которые могут возникать, например, при ударе о твердый предмет. Помимо жесткого и цельного выполнения пальцевого протеза 10 можно предусмотреть, помимо основного сустава, по меньшей мере, один дополнительный сустав.
На фиг.4 в сечении видно, что основа 20 выполнена в виде полого тела, стенка которого снабжена выемками 30 в виде проемов, заполненных эластомерным материалом 40. Внутри основы 20 может быть выполнен канал 50 для размещения приводов, проводов или датчиков. В качестве альтернативы полость может быть заполнена эластомерным материалом 40, как это показано на фиг.3 в зоне кончика пальца. Основа 20 обрабатывается вместе с эластомерным материалом 40 предпочтительно методом двухкомпонентного литья под давлением, так что по окончании процесса литья под давлением полностью возникает контур пальцевого протеза. Можно отказаться от сложного изготовления образующего контур пластикового чехла.
Как на отдельный пальцевый протез 10, так и на весь кистевой протез 1 может быть надет эластичный пластиковый чехол, который может быть выполнен очень тонким, чтобы обеспечить структурирование кожи и естественное цветовое оформление пальцевого протеза 10.
Пальцевый протез 10 выполнен в нужных местах жестким и мягким, в то же время может изготавливаться очень легко и просто и за счет покрытия эластомерным материалом 40 передающей усилия структуры основы 20 имеет приближенные к естественным формам проявления функцию, гаптику и внешний вид. Если в кистевом протезе 1 приводятся в движение не все пальцевые протезы 10, то не приводимые в движение пальцы могут быть полностью выполнены из эластомера, поскольку им, как правило, не приходится передавать никаких усилий.