Устройство для снятия нагрузки и болей с коленного и голеностопного суставов при ходьбе

Данное устройство относится к области медицинской техники, в частности к устройствам для облегчения ходьбы человека без применения любых вспомогательных средств и приспособлений.
Целью создания данной полезной модели является - значительное облегчение при ходьбе больным, страдающим различными заболеваниями суставов нижних конечностей в частности: острый артрит, артроз коленного сустава, гемартроз, иммобилизация после травм и операций на коленном сустава, обеспечение благоприятных условий для скорейшего выздоровления и восстановления после ушибов, переломов, вывихов, коррекции повреждений и деформаций суставов нижних конечностей.
Технической задачей полезной модели является обеспечение надежности безболезненного передвижения для самого широкого круга людей с различными заболеваниями суставов нижних конечностей, получение максимального удобства и простоты при его использовании, а также длительность эксплуатации и доступности по цене.
Уровень техники
Известен шарнир с переменным центром и осью для ортопедической поддерживающей опоры колена по патенту США №5632725 A61F 2/64, служащий для механического соединения бедренной и большой берцовой манжет ортопедической поддерживающей опоры.
Шарнир включает в себя бедренную соединительную деталь, которая крепится к бедренной манжете, которая идет вниз от этой манжеты, а также шарнир включает в себя большую берцовую соединительную деталь, которая крепится к большой берцовой манжете и идет вверх от этой манжеты.
В международной заявке PCT/US 95/11279 (WO 96/07378) описан коленный шарнир, имеющий верхнюю опорную площадку, нижний кронштейн и четырехзвенник (переднее и заднее звенья), однако расстояние между ними на верхней площадке меньше, чем на нижней (фиг. 1), что приводит к тому, что траектория движения мгновенного центра вращения коленного шарнира описывает центроиду, нисходящую сверху вниз в сторону коленного шарнира, что в свою очередь приводит к неточности имитации истинной траектории ходьбы, а это - к необходимости дополнительных компенсаторных движений инвалида.
Недостатком этих аналогов является необходимость дополнительных компенсаторных движений пациента при ходьбе из-за неточной имитации протезом истинной траектории движения коленного шарнира.
Известен протез бедра, в котором полицентрический коленный шарнир выполнен в виде верхней опорной площадки, нижнего кронштейна, переднего и заднего звеньев, соединяющихся с помощью четырех кинематических пар вращения, причем расстояние между осями пар вращения в верхней опорной площадке выполнено меньшим, чем в нижнем кронштейне (патент ФРГ №2841999 С2, кл. A61F 2/64).
Существует конструкция «Протез нижней конечности» (А.С. №1391642, A61F 2/60, опубл. 30.04.88, Бюл. №16).
Данная конструкция содержит стопу со щиколоткой, трубку голени, коленный узел и приемную гильзу, соединенные между собой последовательно посредством узлов фиксации, состоящих из стакана со сферическим основанием и зажимных болтов, сферическим элементом и соединенным с ним клином. В теле клиньев вдоль оси выполнены глухие отверстия, в которых с натягом установлены бобышки.
Однако данная конструкция хотя и позволяет снизить контактные напряжения в местах соединения клиньев с болтами, при повышении надежности фиксации, однако не гарантирует высокой износостойкости данного узла и удобства при его эксплуатации.
Для восстановления функций ходьбы и бега у инвалида при ампутации ноги на уровне бедра необходимо, чтобы коленный модуль протеза не только надежно фиксировался на фазе опоры, но и обеспечивал амортизированное подгибание на угол 10-15°С, а также беспрепятственное сгибание колена протеза в фазе переноса, причем при сгибании протез не должен удлиняться.
Известные конструкции коленных модулей не обеспечивают в полном объеме эту функцию, модуль коленный по патенту ФРГ №2228391, A61F 2/64, 1975 г., содержащий верхнюю и нижнюю вилки с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, и разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой.
При опоре на протез верхняя вилка, поворачиваясь вокруг передней оси, давит на разрезной хомут, стягивает его и благодаря этому блокируется сгибание протеза. Известная конструкция решает задачу фиксации колена протеза при опоре, но не обеспечивает амортизированное подгибание, необходимое для естественной, плавной ходьбы с минимальными энергозатратами, а кроме того, создает эффект удлинения протеза при сгибании т.к. ось колена отнесена от осевой линии модуля назад, а такая компоновка затрудняет ходьбу и увеличивает энергозатраты.
Причиной, препятствующей решению всего комплекса функциональных задач и известной конструкции по патенту ФРГ №2228391, является недостаточное усилие стягивания хомута, которое не превышает  веса инвалида (остальную нагрузку воспринимает передняя ось). Поэтому блокирующий момент мал и не обеспечит фиксацию колена, если его ось вынести на осевую линию модуля. Кроме того, отсутствует механизм реализации амортизированного подгибания при блокированной оси вращения.
Таким образом, необходимо увеличить усилие стягивания хомута при опоре на протез, вынести ось колена на осевую линию модуля и реализовать в модуле амортизационное подгибание при блокированной оси колена.
Известен «Модуль к коленному протезу нижней конечности» (А.С. №2071300, A61F 2/64, опубл. 10.01.97, бюл. №1). Предлагаемый модуль коленный по А.С. №2071300 содержит верхнюю вилку и нижнюю вилку, в которой неподвижно закреплена на ось колена. Ось охватывает разрезной хомут, соединенный передней осью с верхней вилкой. Концы хомута стянуты цепью, содержащей звенья, шарнирно соединенные между собой и с хомутом. В верхней вилке установлен регулируемый винтовой упор, взаимодействующий со средней частью цепи. Под звеньями цепи установлены в пазах хомута упругие прокладки. Нижняя вилка снабжена обрезиненным упором, ограничивающим сгибание вперед, и ребрами, образующими вертикальный желоб на ее передней стенке. Присоединительные сборочные элементы, выполненные на верхней и нижней вилках, соответствуют стандартам современных модульных систем.
Однако верхняя и нижняя вилки выполнены из металлических материалов, упругие прокладки из резиновых смесей, а нижняя вилка снабжена обрезиненным упором, что уменьшает надежность конструкции из-за выхода из строя резинотехнических изделий при многократной динамической нагрузке и высокого коэффициента трения между верхней и нижней металлическими вилками.
Известен «Коленный узел протеза нижней конечности» (А.С. №2086212, A61F 2/64, опубл. 10.08.97, бюл. №22).
Коленный узел протеза нижней конечности содержит верхнее с узлом крепления гильзы бедра, заднее, нижнее, переднее звенья, упор, голенооткидное устройство. Дополнительно содержит несущий корпус с упором для нижнего звена и амортизирующим устройством, а также с узлом крепления трубки голени и предварительно деформированное гибкое звено, при этом несущий корпус в задней части шарнирно связан с нижним звеном, гибкое звено связано своими концами с нижним звеном и несущим корпусом и опирается в своей средней части на амортизирующее устройство.
Однако конструкция по А.С. №2086212 имеет узлы трения из материалов из стали, что несколько увеличивает энергозатраты при ходьбе (из-за повышенного коэффициента трения). Кроме того, устройство имеет невысокую надежность из-за применения гибкого звена.
Все известные перечисленные аналоги имеют назначение для их использования в качестве протезов нижних конечностей и исключают их применение при наличии нижних конечностей. Из существующего уровня техники аналоги устройств, подобные заявленному или близких к нему, заявителю не известны.
Техническим результатом полезной модели является снятие нагрузки и болей с коленного и голеностопного суставов при ходьбе.
Новизна данной полезной модели, что относится к ее отличительным признакам, заключается в использовании новой формы конструкции устройства, путем полного снятия нагрузки веса тела человека при ходьбе с суставов нижних конечностей и передачи ее на конструкцию устройства с опорой на подошву обуви.
Устройство для снятия нагрузки и болей с коленного и голеностопного суставов при ходьбе представляет собой съемную рамочную конструкцию, содержащую боковые шины, полицентрические коленные шарниры, соединяющие боковые шины бедренной и голенной частей, подошвенную платформу и фиксирующие регулируемые ремни с застежками - липучками для ткани, закрепленные на боковых шинах, при этом боковые шины в бедренной и голенной части соединены между собой соединительными планками, а боковые шины голенной части выполнены с возможностью регулировки по длине голени и имеют плоское шарнирное голеностопное соединение с подошвенной платформой.
Раскрытие полезной модели.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для снятия нагрузки и болей с коленного и голеностопного суставов при ходьбе обеспечивается:
а) наличием рамочной конструкции, которая выполнена из легкого сплава (алюминия и титана), соответствует анатомической форме ноги, способствует плотному облеганию колена и смежных сегментов, по внутренней поверхности которой имеется тканевая хлопчатобумажная подкладка,
б) наличием боковых шин, соединенных между собой в жесткую и прочную конструкцию в бедренной части тремя, а в голенной части двумя соединительными планками,
в) наличием полицентрического шарнира (двухосный шарнир), который имеет два центра ротации, для повторения траектории движения колена, имеет шаг регулировки угла 15 градусов и позволяет регулировать объем движения в диапазоне до 90 градусов.
г) наличием между полицентрическими шарнирами и коленным суставом и силиконовых уплотнителей для стабилизации и ограничения избыточной подвижности коленного сустава,
д) наличием крепления конструкции в бедренной части, осуществляемого с задней части бедра накладкой из полусинтетического, гигиенического дышащего материала, которая фиксируется и прижимается к бедру тремя регулируемыми ремнями с застежками - липучками для ткани, один конец которых закреплен на кронштейне боковой шины.
е) наличием крепления конструкции в голенной части, осуществляемого с задней части голени накладкой из полусинтетического, гигиенического дышащего материал, фиксируется двумя регулируемыми ремнями с застежками - липучками для ткани, один конец которых закреплен на кронштейне боковой шины.
ж) наличием на второй боковой шине закрепленных кронштейнов для соединения вторых концов регулирующих ремней и их натяжения.
з) тем, что боковые шины в голенной части имеют регулирующее устройство в виде линейных направляющих скольжения.
и) тем, что линейные направляющие скольжения имеют отверстия, куда вставляются стопорные стержни с раздвоенными наконечниками, для регулировки по длине голени человека.
к) тем, что боковые шины в нижней части имеют плоское шарнирное соединение с подошвенной платформой на расстоянии 60 мм от ее основания.
л) тем, что подошвенная платформа с верхней и нижней стороны имеет резиновые амортизирующие прокладки.
Сущность устройства поясняется чертежами.
на рис. 1 изображен общий вид устройства и его основные детали, где показаны боковые шины 1, полицентрические коленные шарниры 2, силиконовые уплотнители 3, соединительные планки 4, накладка для крепления устройства на бедре 5, накладка для крепления устройства на голени 6, фиксирующие регулирующие ремни для крепления устройства на бедре и голени с застежками - липучками для ткани 7, боковые шины с линейными направляющими скольжения в средней части и отверстиями для регулировки по длине голени человека 8, фиксирующие стопорные стержни 9, плоское шарнирное соединение с подошвенной платформой 10, подошвенная платформа 11, резиновые амортизирующие прокладки 12, кронштейны со скобами для крепления фиксирующих ремней 13, тканевая хлопчатобумажная подкладка 14.
на рис. 2 изображена бедренная часть устройства, где показаны боковые шины 1, полицентрические коленные шарниры 2, силиконовые уплотнители 3, соединительные планки 4, фиксирующие ремни с застежками - липучками для ткани 7, кронштейны со скобами для крепления фиксирующих ремней 13, тканевая хлопчатобумажная подкладка 14.
на рис. 3 изображена боковая шина устройства с фиксирующими стержнями, где показаны полицентрический коленный шарнир 2, силиконовый уплотнитель 3, боковые шины в средней части в виде линейных направляющих скольжения, с отверстиями для стопорных стержней 9, шарнирного соединения с подошвенной платформой 10, подошвенная платформа 11, кронштейны со скобами для крепления фиксирующих ремней с застежками - липучками для ткани 13.
Устройство работает следующим образом.
В положении сидя нога заводится между плоским шарнирным соединением с подошвенной платформой 10 с задней части устройства и ставится на подошвенную платформу 11, рамочная конструкция соединительными планками в голенной части прижимается сверху на голень, снизу к ней прикладывается накладка из полусинтетического гигиенического дышащего материала 6, два фиксирующих ремня 7 вставляются в скобы кронштейнов 13, предварительно затягиваются и фиксируются, затем бедренная часть устройства тремя соединительными планками сверху прижимается на бедро, снизу прикладывается накладка из полусинтетического, гигиенического дышащего материала 5, три фиксирующих ремня с липучками для ткани 7 вставляются в скобы кронштейнов 13, предварительно затягиваются и фиксируются.
В положении человека стоя, боковые шины в виде линейных направляющих скольжения 8 регулируются по длине голени стопорными стержнями 9, которые вставляются в имеющиеся отверстия в линейных направляющих скольжения 8, затем фиксирующие ремни 7 на бедрах и голени затягиваются до необходимой жесткости. После этого на ногу надевается повседневная верхняя одежда и обувь.
Для вывода устройства из рабочего состояния в нерабочее, в положении сидя, снимаются с кронштейнов 13 поочередно, все фиксирующие ремни 7 сначала с бедра, затем с голени, снимаются обе накладки 5 и 6, после чего нога выводится из плоского шарнирного соединения с подошвенной платформой 10 и подошвенной платформы 11.
Данное устройство допускает его использование в течение 8-10 часов. Предлагаемое устройство обеспечивает надежность, компактность, скрытность его использования под верхней одеждой, длительность срока применения, простоту и надежность крепления, возможность постоянного использования для самого широкого круга людей без каких-либо ограничений и по доступной цене.
Устройство избавляет человека от болей при ходьбе, спровоцированных патологиями суставов, полностью исключает применение и использование тростей, костылей, а также любых дополнительных вспомогательных устройств для ходьбы и создает человеку возможность для его продуктивной деятельности.