АППАРАТ ОРТОПЕДИЧЕСКИЙ НА ГОЛЕНОСТОПНЫЙ СУСТАВ
ORTHOPEDIC APPARATUS FOR THE HOLE-STYLE JOINT

Изобретние относится к медицинской технике и предназначено для ортезирования детей и подростков при различных патологиях голеностопных суставов с преимущественным повышением мышечного тонуса, в том числе возникающих при детском церебральном параличе (ДЦП), последствиях черепно-мозговых травм (ЧМТ), энцифалитов, раннего органического поражения нервной системы (ЦНС), при врожденных аномалиях развития головного мозга, экстрапирамидных нарушениях различного генеза.
Известен аппарат ортопедический на голеностопный сустав для детей с повышенным мышечным тонусом (патент РФ №2320299), у которого гильза голени и гильза стопы соединены между собой с помощью полимерных упругих голеностопных шарниров с внутренней или (и) наружной сторон. Однако данный аппарат ортопедический на голеностопный сустав при резких динамических нагрузках часто теряет устойчивость упругих голеностопных шарниров (представленной конструкции) в момент переднего толчка при наступании пяткой пораженной ноги на опорную поверхность. При этом гильза голени стремится переместиться вперед относительно гильзы стопы, что причиняет боль и дополнительную травму в области голеностопного сустава. Кроме того, в данном аппарате ортопедическом на голеностопный сустав из-за выбранной конфигурации упругих шарниров и малого их объема момент упругих сил недостаточен и часто не способен повлиять как на эквинусную установку стопы в период ее переноса, так и на предотвращение жесткого ударного воздействия на сустав в фазе переднего толчка, то есть при постановке стопы пяткой на опорную поверхность. Гильзы голени в известном аппарате ортопедическом на голеностопный сустав недостаточно жесткие в области задней стенки гильзы, что создает недостаточность разгрузки пораженной конечности и не способствует предотвращению жесткого ударного воздействия на сустав в фазе переднего толчка.
В известном аппарате ортопедическом на голеностопный сустав гильзы голени и стопы выполнены из полимерных листовых термопластов. Это создает толстостенность гильз, достаточно большой вес аппарата, недостаточную прочность в местах установки голеностопных шарниров и элементов крепления, способствует возникновению парникового эффекта. Кроме того, гильза стопы не рекуперирует энергию и не способствует увеличению отталкивания при ходьбе в фазу заднего толчка. Равномерность гильзы голени в известном аппарате ортопедическом на голеностопный сустав при необходимости обеспечения определенной ее жесткости создает затруднение при снятии и надевании аппарата ортопедического на голеностопный сустав на конечность пациента.
Техническим решением является создание аппарата ортопедического на голеностопный сустав, позволяющего повысить надежность и комфортность его носки за счет усиления прочностных характеристик гильзы стопы и гильзы голени в области ее задней стенки и мест соединения с шарнирами и элементами крепления гильз, создать разнопрочную конструкцию, не препятствующую снятию и надеванию аппарата; обеспечение зарессоренности переднего отдела гильзы стопы, повышающей рекуперацию энергии и усиливающей задний толчок в фазу отталкивания пораженной конечности в период ходьбы, уменьшить тепловое воздействие и уменьшить потоотделение - так называемый парниковый эффект - за счет отказа от гильз из листовых пластиков, усилить прочностные и многоцикловые характеристики упругого полимерного шарнира за счет применения голеностопного шарнира в форме четырехлепестковой пространственной фигуры («шарнир-бабочка»), что позволит проводить лечение патологий голеностопного сустава в широком диапазоне и в короткие сроки, а также сократить послеоперационный, восстановительный и реабилитационный периоды.
Поставленная задача достигается выполнением гильз голени и стопы из композиционного материала, в котором рациональное соотношение физико-механических свойств различных участков гильз достигается усилением жесткости задней стенки гильзы голени и гильзы стопы в области плюснефалангового переката за счет дополнительной укладки углеродных лент и ткани из синтетической высокопрочной нити, например «Русар», что обеспечит предотвращение ударного воздействия на сустав в фазе переднего толчка, повысит устойчивость ноги в аппарате, приведет к увеличению комфортности в процессе носки аппарата, обеспечит легкость надевания и снятия аппарата с конечности, обеспечит рекуперацию энергии и усиление заднего толчка при ходьбе, надежность установки элементов крепления гильз и шарниров; композиционный материал снизит воздействие парникового эффекта, предотвратив этим возможные аллергические реакции; устойчивость ноги в таком аппарате и надежность его в носке достигается применением полимерного упругого шарнира в форме четырехлепестковой пространственной оригинальной фигуры с участками разной толщины, повышенной прочностью на разрыв и к многоцикловым нагрузкам. Повышение прочности полимерного упругого шарнира в области лепестков достигается вкраплением наноразмерных частиц, например, оксида алюминия, либо добавлением в процессе литья в полимер пульпы из высокопрочной синтетической нити. Такие добавки, с одной стороны, увеличивают надежность крепления гильз голени и стопы с полимерным упругим шарниром, с другой стороны, сохраняют упругость материала в области щиколотки, обеспечивая движения в сагиттальной плоскости и некоторые ротационные движения в горизонтальной плоскости, что будет способствовать расширению показаний к назначению аппарата ортопедического на голеностопный сустав, применению нового аппарата при большем диапазоне заболеваний голеностопного сустава, сокращению послеоперационного, восстановительного и реабилитационного периодов лечения.
Аппарат ортопедический на голеностопный сустав состоит из гильзы голени поз. 1, гильзы стопы поз. 2, соединенных внутренними и наружными полимерными упругими голеностопными шарнирами, расположенными с обеих сторон аппарата поз. 3, крепежных элементов упругого шарнира к гильзам голени и стопы поз. 4, заднего упора поз. 5, 6, элементов крепления гильз, выполненных из текстильной застежки «Контакт» поз. 7 и заклепочного соединения поз. 8 (фиг. 1).
Гильзы голени и стопы с двух сторон, как с внешней, так и с внутренней стороны, соединены упругими голеностопными шарнирами одинаковой конструкции.
На фиг.1 представлен только наружный упругий голеностопный шарнир.
Гильзы голени и стопы аппарата ортопедического на голеностопный сустав изготавливают по индивидуальным слепкам.
В процессе изготовления композиционного материала для гильз стопы и голени в качестве матрицы использовалась углеродная лента. Применение углеродной ленты, вместо углеродной ткани, способствовало увеличению производительности труда в 1,5-1,8 раз, так как в этом случае исключаются такие операции, как разрезание ткани на полоски, обработка краев ткани клеящим веществом во избежание осыпаемости нитей, сушка полосок ткани после нанесения клея.
В гильзе стопы поз. 2 (фиг. 2а) углеродная лента поз. 9 и поз. 10 и вставка из ткани на основе синтетической высокопрочной нити поз. 11 уложены вдоль продольной оси гильзы стопы до оси плюснефалангового переката и на участках соединения с лепестками голеностопных шарниров. Для усиления задней стенки гильзы голени поз. 1 (фиг. 2б) дополнительно уложены две углеродные ленты поз. 12 и поз. 13, причем одна углеродная лента поз. 13 уложена от верхней кромки гильзы голени с правой стороны, огибает заднюю область гильзы до нижней левой стороны гильзы голени, а другая углеродная лента поз. 12 уложена от верхней левой стороны гильзы голени, огибает заднюю область гильзы, перекрывает первую ленту сзади (внахлест) до нижней правой стороны гильзы голени.
В местах крепления поз. 8 текстильных ворсовых застежек «Контакт» поз. 7 (фиг. 1) с гильзой голени и крепежных элементов полимерного упругого шарнира к гильзам голени поз. 4 проложены вставки из ткани на основе синтетической высокопрочной нити поз. 11, как показано на фиг. 2б, что обеспечивает надежность крепления полимерных упругих шарниров и элементов крепления гильз в процессе эксплуатации аппарата.
Изготовление гильзы голени и стопы из композиционного материала новой структуры с дополнительным расположением углеродных лент и ткани из синтетического высокопрочного нити позволило повысить твердость задней стенки гильзы и подошвы стопы, обеспечить надежность крепления шарниров с гильзами стопы и голени ортопедического аппарата.
С целью увеличения прочностных характеристик полимерных упругих голеностопных шарниров, повышения надежности и комфортности, обеспечения повышения момента упругих сил в процессе носки аппарата ортопедического на голеностопный сустав изобретен полимерный упругий голеностопный шарнир, который выполнен в виде четырехлепестковой пространственной фигуры поз. 3 (фиг. 3), внутренняя поверхность которой плоская, а наружная выполнена в виде выпуклого эллипсообразного основания поз. 15 в середине фигуры, с верхними поз. 16 и нижними поз. 17 площадками-«лепестками» округлой формы, расположенными под углами α=45° и β=110° к оси симметрии фигуры в системе координат X, Y, соответственно как показано на фиг. 3, и расположенными симметрично относительно оси ординат, при этом каждая из площадок-лепестков имеет отверстие поз. 14 для крепления шарнира к гильзам голени и стопы с помощью крепежных элементов поз. 4.
Шарнир крепится одними (верхним и нижним) лепестками к нижней части гильзы голени, а другими (верхним и нижним) лепестками к верхней части гильзы стопы, как показано на фиг. 1.
С целью увеличения прочности полимерного изделия, в процессе изготовления шарниров в состав полимерной композиции вводили наноразмерные частицы, например, оксида алюминия в количестве 2-3% от массы полимера. При этом прочностные характеристики шарнира увеличивались в 1.5-2,0 раза. Исследования показали, что распределение частиц оксида алюминия в полимерной композиции играет значительную роль. При повышенном содержании наноразмерных частиц в лепестках (в 2 раза больше) по сравнению с центральной эллипсообразной частью шарнира его прочностные характеристики возрастают. Например, в процессе испытаний на многоцикловые характеристики, шарнир выдерживал 1500 тыс. циклов до появления трещин. В процессе носки шарнир должен выдерживать в среднем 250 тыс. циклов, учитывая, что ребенок в среднем носит аппарат только 3-4 часа в день и в день делает 10000 шагов, а срок службы ортопедического изделия должен составлять не менее 6 месяцев.
Таким образом, запас прочности голеностопного шарнира обеспечивает надежность аппарата ортопедического в процессе его эксплуатации.
Аналогичный эффект достигается, если в процессе изготовления полимерного упругого шарнира в полимерную композицию добавить пульпу из синтетической высокопрочной нити. Пульпу распределяют равномерно по всему объему оснастки тщательным перемешиванием. Количественное соотношение пульпы и полимерной композиции составляет 0,5:10. При таком соотношении добавление пульпы полимер не расслаивается, а упрочняется, увеличивая прочностные характеристики полимерного голеностопного шарнира в 1,5-2,0 раз.
Изобретенная конструкция упругого голеностопного шарнира обеспечивает достаточную его упругость и дает возможность поворачиваться стопе на необходимый угол, при этом аппарат плотно облегает ногу, что создает пациенту комфортность в носке аппарата. Крепление шарнира лепестками к стенкам гильз голени и стопы обеспечивает устойчивость и надежность ортопедического изделия и гарантирует срок годности аппарата даже при больших нагрузках, которые могут создаваться в связи с применением аппарата на голеностопный сустав детьми с последствиями детского церебрального паралича от 12 до 14 лет.
С целью снижения ударных нагрузок на пораженную конечность при ходьбе в аппарате при опоре на пятку, аккумулирования энергии и создания дополнительного момента сил на сгибание в голеностопном суставе в сагиттальной плоскости, в аппарате применен на задней стенке гильзы голени упор в виде конуса из полимерной композиции, который входит в опорную площадку, расположенную на гильзе стопы. В этом случае возникающие моменты сил у человека в норме, то есть без патологий в голеностопном суставе.
Таким образом, применение в лечебной практике представленного аппарата на голеностопный сустав, в конструкцию которого входят гильзы из композиционного материала с дополнительной укладкой как в гильзе стопы, так  и в гильзе голени углеродных лет и высокопрочной ткани, а также использование упора в виде конуса из полимерной композиции, входящего в опорную площадку, упругие голеностопные шарниры оригинальной конструкции в виде четырехлепестковой пространственной фигуры с увеличением прочностных характеристика за счет введения наноразмерных частиц или пульпы из синтетической высокопрочной нити, максимально достигается поставленная техническая задача – повышение надежности и комфортности аппарата в процессе носки, обеспечение зарессоренности переднего отдела гильзы стопы повышающей рекуперацию энергии и усиливающей задний толчок в фазу отталкивания пораженной конечности в период ходьбы, уменьшение теплового воздействия и уменьшение потоотделения, так называемый парниковый эффект. Перечисленные преимущества представленного изобретения позволяют проводить лечение патологий голеностопного сустава в широком диапазоне и в короткие сроки, а также сокращать послеоперационный, восстановительный и реабилитационный периоды и тем самым повышать социально-экономический эффект от сокращения пребывания пациента в больницах, реабилитационных центрах и других лечебных учреждениях.
Для проверки достоверности указанных в тексте преимуществ нового изобретения -  аппарата ортопедического на голеностопный сустав, были изготовлены опытные образцы аппаратов в количестве 15 штук. Полимерные шарниры изготавливали с использованием наноразмерных частиц оксида алюминия. Натурные испытания проходили 6 месяцев. В результате испытаний и опроса пациентов и их родителей (дети от 6 до 14 лет) было установлено, что детям было комфортно в аппаратах. Они отмечали уменьшенную массу аппарата. Нога находилась в необходимом положении, рекомендованном врачом, возникающий момент упругих сил влиял на эквинусную установку стопы в период ее переноса и в фазу заднего толчка. Больные отмечали «легкость» отталкивания больной ноги от опоры. В процессе носки аппарата не наблюдался жесткий удар на сустав в фазе переднего толчка, то есть при постановке стопы пяткой на опорную поверхность. Нога пациента в аппарате находилась в устойчивом положении; наминов, потертостей, покраснений на коже пациентов не наблюдалось. На всем протяжении испытаний (6 месяцев) не наблюдалось заметных дефектов, трещин, расслоений, сколов и др. как на гильзах, так и на полимерных упругих голеностопных шарнирах. Испытания прошли удовлетворительно: улучшилась временная структура шага, косметичность походки и другие биомеханические характеристики ходьбы; у 12 пациентов сократился срок восстановления.
Таким образом, преимуществами предлагаемого изобретения аппарата ортопедического на голеностопный сустав по сравнению с прототипом являются:
- создан аппарат ортопедический на голеностопный сустав, позволяющий осуществлять лечение детей в более широком спектре патологий голеностопных суставов;
- изобретена оригинальная конструкция полимерного упругого шарнира в форме четырехлепестковой пространственной фигуры - «шарнир-бабочка», увеличивающая надежность крепления шарнира к гильзам стопы и голени, создающая дополнительный момент сил, что обеспечивает устойчивость и комфортность аппарата ортопедического в процессе носки;
- повышены прочностные и многоцикловые характеристики полимерного голеностопного шарнира в 1,5-2,0 раза за счет введения наноразмерных частиц оксида алюминия или пульпы из синтетической высокопрочной нити и определенным распределением этих частиц в теле шарнира;
- обеспечены рекуперация энергии и задний толчок в процессе ходьбы;
- усилена жесткость задней стенки гильзы голени и подошвенной области гильзы стопы за счет дополнительной укладки углеродных лент, что обеспечило предотвращение ударного воздействия на сустав в фазе переднего толчка и повысило устойчивость ноги в аппарате и привело к увеличению комфортности в процессе носки аппарата;
- увеличена производительность труда мастера протезно-ортопедических изделий (ПОИ) в 1,5-1,8 раза за счет применение углеродной ленты в процессе изготовления гильз;
- повышены социальный и экономический эффекты за счет увеличения надежности аппарата и сокращения продолжительности процесса реабилитации пациентов.