ПРОТЕЗ ПРЕДПЛЕЧЬЯ
ARTIFICIAL FOREARM

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению.
Известен «Протез предплечья пластмассовый», см. «Конструкции протезно-ортопедических изделий», М., Легкая и пищевая промышленность, 1984, стр.150-151, содержащий гильзу предплечья, механизм пассивной ротации кисти и активную тяговую кисть с пружинным схватом и активным раскрытием пальцев.
Известен также «Мышечный ротатор предплечья» по а.с.№2128483, МПК А61F 2/54, 2/72, содержащий переднее (наружное) кольцо и снабженное проточкой (пазом) заднее (внутреннее) кольцо, вкладыш и шайбу, причем переднее кольцо снабжено отверстием с возможностью вставления через него ленты-вкладыша и надето на заднее кольцо, снабженное шайбой. Отверстие выполнено с возможностью его заделывания гибкой липкой прозрачной лентой, обеспечивающей невыпадение ленты-вкладыша при ротации. Устройство позволяет выполнять активные ротационные движения кисти при ротации предплечья.
Недостатком известных устройств является то, что не решается задача активного сгибания-разгибания кисти.
Известен также «Протез предплечья» по а.с. №1416120, МПК А61F 2/54, содержащий искусственную кисть, несущую гильзу, выполненную в виде шин, соединенных кольцом и снабженных манжеткой. В несущей гильзе размещена приемная гильза с возможностью поворота.
Недостатком данного устройства является то, что движение поворота приемной гильзы используется для выполнения функции схвата, а активные функции ротации кисти и сгибания кисти не реализуются.
Наиболее близким по функциональной и технической сущности является выбранный авторами в качестве прототипа «Протез предплечья» по патенту A61F 2/54 №2271778, содержащий искусственную кисть, несущую гильзу с элементами крепления, размещенную в ней приемную гильзу с возможностью поворота, обеспечивающего активную ротацию кисти.
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие активной функции сгибания-разгибания кисти и сложность управления из-за необходимости последовательно выполнять переключения для использования функций подвижности.
Задачей предлагаемого изобретения является создание протеза предплечья, повышающего удобство пользования протезом за счет расширения функциональных возможностей устройства при выполнении инвалидом целенаправленных действий по самообслуживанию, сокращения объема компенсаторных движений и времени выполнения двигательных операций при пользовании протезом путем реализации активной функции сгибания-разгибания кисти при одновременном управлении ротацией кисти и схватом.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в протезе предплечья, содержащем искусственную кисть, несущую гильзу с элементами крепления и размещенную в ней с возможностью поворота приемную гильзу, предлагается несущую гильзу выполнить в виде шин с локтевым шарниром и манжетами на предплечье и плечо, причем концы шин предплечья неподвижно присоединить к опорному корпусу, в котором шарнирно установить вал ротации кисти, неподвижно соединенный одним концом с приемной гильзой, а другим - с шарниром сгибания кисти, при этом в протез ввести разъемный наплечник с возможностью охвата плечевого сустава руки, шарнирно в нижней своей части соединенный с манжетой на плечо, и гибкую тросовую неполноповоротную передачу сгибания-разгибания кисти, содержащую два корпуса с шарнирно установленными в них поворотными блоками, неподвижно соединенными с входным и выходным валами передачи, две ветви тросовой передачи, закрепленные на поворотных блоках, и размещенные в гибких оболочках в виде спиралей навитых виток к витку с внутренней антифрикционной облицовкой и соединенных попарно с каждым корпусом. При этом на наплечнике предлагается также закрепить направляющую с винтовым пазом, с которым подвижно соединить ведущий палец гибкой передачи, неподвижно закрепленный на рычаге, неподвижно соединенным с входным валом первого корпуса. Первый корпус предлагается закрепить неподвижно посредством кронштейна на манжете плеча, при этом второй корпус неподвижно соединить с кронштейном шарнира сгибания кисти, а его выходной вал присоединить к корпусу кисти. Причем кисть предлагается выполнить электромеханической с возможностью управления приводом посредством снятия полезных биоэлектрических сигналов с поверхности сокращающихся мышц предплечья, при этом чувствительные элементы в виде двух пар поверхностных электродов закрепить на манжете предплечья и электрически соединить с электронным блоком управления, содержащим две электрические цепи последовательно соединенных предварительного усилителя и прибора детектирования сигнала, присоединенные к широтно-импульсному усилителю, который соединен с электродвигателем привода кисти. При этом электронный блок управления и источник электропитания предлагается закрепить на наплечнике.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема протеза предплечья с неполноповоротной гибкой тросовой передачей, на фиг.2 представлено конструктивное исполнение механизма гибкой тросовой передачи и соединения ее с направляющей, закрепленной на наплечнике, на фиг.3 представлен вариант механизма ротации кисти и соединения выходного вала второго корпуса гибкой передачи с шарниром сгибания кисти, на фиг.4 представлена структурная схема биоэлектрического управления искусственной кистью протеза.
Протез предплечья содержит искусственную кисть 1, несущую гильзу, выполненную в виде шин 2 предплечья и 3 плеча с локтевыми шарнирами 4, соединенными с креплением в виде манжет 5 на предплечье и 6 на плечо. При этом шины предплечья соединены с опорным корпусом 7, в котором шарнирно установлен вал 8 ротации кисти, соединенный одним концом с приемной гильзой 9, а другим с шарниром 10 сгибания кисти. Протез содержит также разъемный наплечник 11, охватывающий плечевой сустав и препятствующий, тем самым, неконтролируемому его развороту. Наплечник подвижно шарнирно соединен с манжетой 6 на плечо. На наплечнике закреплена направляющая 12 в виде винтового паза, в который входит с возможностью перемещения по нему ведущий палец 13 гибкой тросовой неполноповоротной передачи 14, содержащей два корпуса 15, 16 с шарнирно установленными в них поворотными блоками 17, неподвижно соединенными с ведущим 18 и ведомым 19 валами передачи. На блоках неподвижно закреплены две ветви тросовой передачи 20 и 21, размещенные в гибких оболочках 22, выполненных в виде спиралей, навитых с натягом виток к витку, с внутренней антифрикционной облицовкой 23. Спирали 22 с облицовкой 23 попарно закреплены в первом 15 и втором 16 корпусах. При этом ведущий палец 13 гибкой передачи неподвижно закреплен на ведущем рычаге 24, соединенном неподвижно с ведущим валом 18, а первый корпус 15 посредством кронштейна 25 неподвижно соединен с манжетой 6 на плечо. При этом второй корпус 16 неподвижно соединен с кронштейном 26 шарнира 10 сгибания кисти, а его выходной ведомый вал 19 присоединен к корпусу кисти 1 посредством вилки 27, шарнирно соединенной с кронштейном 26 шарнира сгибания кисти.
Кроме того, искусственная кисть 1 выполнена электромеханической с возможностью управления приводом посредством снятия полезных биоэлектрических сигналов с поверхности сокращающихся мышц предплечья, при этом чувствительные элементы в виде двух пар 28 поверхностных электродов закреплены на манжете 5 предплечья и электрически соединены с электронным блоком управления 29, содержащим две электрические цепи последовательно соединенных предварительного усилителя 30 и прибора 31 детектирования сигнала, присоединенные к широтно-импульсному усилителю 32, который соединен с электродвигателем 33 привода кисти. При этом электронный блок управления 29 и источник электропитания 34 закреплены на наплечнике 11.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при работе с объектами манипулирования предплечье согнуто в локтевом суставе оператора-инвалида. При закрепощенном (неактивном) в протезе предплечья лучезапястном сочленении для выполнения манипуляций с различными объектами, например при попытке взять предмет сбоку или сверху в пределах рабочей зоны, инвалид компенсаторно использует повышенную амплитуду отведения плеча и ротации плеча. Здоровый человек при функционирующем лучезапястном сочленении использует в большей степени сгибание кисти. В предлагаемом устройстве движение ротации плеча используется в качестве управляющего сгибанием-разгибанием кисти, что сокращает объем компенсаторных движений и делает рисунок движения, близким к естественному. Инвалид, начиная компенсаторное движение ориентации кисти, естественным образом начинает управлять сгибанием кисти. При повороте предплечья относительно плеча в сторону выбранного объекта манипулирования, например при приведении предплечья, выполняется разворот элементов несущей гильзы, включая шины 3 плеча совместно с манжетой 6 на плечо относительно наплечника 11. При этом одновременно происходит и разворот кронштейна 25 совместно с первым корпусом 15 тросовой передачи и рычагом 24, а соответственно, ведущим пальцем 13. Палец 13 скользит по винтовому пазу направляющей 12, закрепленной на неподвижном наплечнике 11, разворачивая ведущий вал 18 и блок 17 тросовой передачи. Через поворотные блоки тросовая передача приводит в движение ведомый вал 19 и закрепленную на нем вилку 27 с кистью 1, выполняя сгибание кисти.
При обратном движении, отведении предплечья, в том же порядке происходит разгибание кисти.
Управление схватом, закрытие пальцев искусственной кисти 1, выполняют подачей сигналов на одну из пар электродов 28 при сокращении сохраненных мышц сгибателей кисти. Далее сигнал поступает на электронный блок управления 29. При этом сигнал последовательно поступает на предварительный усилитель 30, а затем на прибор 31 детектирования, который обеспечивает также фильтрацию сигнала. Затем отфильтрованный сигнал поступает на широтно-импульсный усилитель 32, электрически соединенный с электродвигателем 33 привода электромеханической кисти 1. Для раскрытия пальцев кисти сигнал подается на вторую пару электродов при сокращении мышц разгибателей кисти и далее преобразование сигнала производится аналогичным путем по второй цепи электронного блока управления.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет без дополнительных переключений в естественном режиме использовать три степени подвижности, в том числе сгибание-разгибание кисти, ротацию кисти и схват-раскрытие пальцев.
Положительный эффект заявляемого изобретения заключается в следующем: обеспечивается удобство инвалида при самообслуживании благодаря сокращению объема компенсаторных движений, а также благодаря возможности одновременного использования трех степеней подвижности, что, в итоге, сокращает время выполнения двигательных операций при пользовании протезом.