Искусственный коленный сустав с механизмом подтормаживания

ИСКУССТВЕННЫЙ КОЛЕННЫЙ СУСТАВ С МЕХАНИЗМОМ НОДТОРМАЖИВАНИЯ
Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к искусственным коленным суставам и может быть иснользована при протезировании нижних конечностей.
Известно, что отсутствие в искусственном коленном суставе (далее - ИКС) средств для управления фазой переноса приводит к проблемам при ходьбе на протезе бедра. После заднего толчка пятка протеза поднимается вьппе, чем у здоровой ноги, что удлиняет время переноса протезированной конечности и усугубляет асимметрию движений. Кроме того, в конце фазы переноса имеет место сильное соударение рекурвационных элементов ИКС, приводящее к тенденции спадания приемной гильзы с культи и к бедродинамическому удару, оказывающему при длительной эксплуатации отрицательное воздействие на здоровье инвалида (см., например, Р.Баумгартнер, П.Ботта «Ампутация и протезирование нижних конечностей, пер. с нем., М., «Медицина, 2002).
Наличие в ИКС средств, обеснечивающих управление фазой переноса, а именно механизмов подтормаживания голени, устраняет чрезмерное сгибание протеза в фазе переноса и снижает ударное воздействие на элементы ИКС от инерционных сил голени и ступни в момент полного разгибания протеза. Это позволяет приблизить время переноса протезированной конечности к норме, уменьшить динамическую асимметрию, снизить энергозатраты и уменьщить дискомфортность при ходьбе инвалида (Б.С.Фарбер и др. «Теоретические основы построения протезов нижних конечностей и коррекции движения, под ред. Б.С.Фарбера, кн. 2, М., ЦНИИПП, 1994). Существуют различные схемы построения таких механизмов. Так, известен ИКС бедра с подтормаживающим устройством (SU 0240178, Климов и др., 21.03.1969), в котором функция регулируемого подтормаживания реализуется посредством регулятора, выполненного в виде фрикционной серьги и винта, встроенного в ИКС. В другом изобретении - протезе бедра, реализующем указанную функцию, предусматривается подтормаживание голени за счет создания трения между подвижным и неподвижным элементами, размещенными на одной из осей щарнира (SU
МНК7: A61F 2/64
0288858, Климов и др., 08.12.1970). Известно также устройство подтормаживания искусственного сустава, в котором, для обеспечения регулирования подтормаживания от «свободного вращения до «жесткой фиксации используется тормозное устройство на основе барабана и разрезной втулки (SU 0304946, Шульц и др. 04.06.1971). В другом устройстве (RU 2043091 С1, Якобсон и др., 10.09.1995) подтормаживание 4-осного ИКС осуществляется посредством фрикционных и упругой шайб, сила сжатия которых между собой регулируется винтом.
В известном 4-осном ИКС (модели 3R20 и 3R36 фирмы Otto Bock, см. техническое описание 647G72-3000-05.00-MD) введен другой механизм регулирования силы подтормаживания голени. В этом устройстве совмещены механизмы подтормаживания и вращения. Указанное устройство представляет собой одну из наиболее удачных конструкций и является ближайшим аналогом изобретения.
Однако, при динамичной ходьбе происходит быстрый износ конических поверхностей скольжения-трения, приводящий к уменьшению сил подтормаживания, что требует дополнительного регулирования в процессе эксплуатации и может приводить к преждевременному нарушению работоспособности ИКС. Это обусловлено, во-первых, совмещением механизмов вращения и подтормаживания, изза чего поверхности скольжения-трения воспринимают и внутренние нагрузки, и внешние нагрузки (циклические - от веса инвалида и веса протеза, ударные - от инерционных сил, возникающие в момент полного разгибания протеза, и другие). И, во-вторых, отсутствием демпфирующего элемента. Кроме того, быстрому износу соприкасающихся поверхностей способствует сухое трение, так как все вышеуказанные устройства, в том числе и ближайший аналог, не предусматривают элементов для смазки поверхностей скольжения-трения.
Еще одним недостатком ближайшего аналога является то, что при каждом шаге, в момент перехода ИКС из состояния покоя в состояние вращения, происходит «срыв, ощущаемый инвалидом как дискомфорт при ходьбе, что также связано с «сухим трением, при котором, как известно, коэффициент трения покоя значительно выше коэффициента трения скольжения.
Задачей настоящей полезной модели является создание ИКС с механизмом подтормаживания без указанных недостатков, а именно, свободного от воздействия внешних нагрузок и не требующего допо.1шительного регулирования, связанного с износом трущихся поверхностей в процессе эксплуатации.
Технический результат полезной модели - повышение реабилитационных возможностей, удобство эксплуатации, простота и надежность конструкции, достигается тем, что искусственный коленный сустав содержит бедренную и голенную части, связанные между собой механизмом вращения, имеющим по меньшей мере одну ось, и механизм подтормаживания. Механизм подтормаживания установлен внутри сустава на оси и включает обжимной элемент, узлы смазывания и регулирования силы обжатия. Узел регулирования силы обжатия выполнен в виде упругого элемента и регулировочного винта, при этом резьбовое отверстие под винт расположено в одной из упомянутых частей, а узел смазывания охватывает обжимной элемент и контактирует с осью. Узел смазывания содержит маслосодержащий элемент в кожухе и фитили в форме шайб, установленные на оси.
Сустав может характеризоваться тем, что обжимной элемент вьшолнен в виде двух колодок со стягивающими винтами, а также тем, что обжимной элемент вьшолнен в виде разрезной втулки.
Сустав может характеризоваться также тем, что на внешних поверхностях колодок, перпендикулярных оси регулировочного винта, выполнены опорные площадки, расположенные с обеих сторон от паза под винт и по направлению оси механизма вращения, причем щирина площадок меньше ширины паза.
Сустав может характеризоваться, кроме того, тем, что на внешних поверхностях разрезной втулки, перпендикулярных оси регулировочного винта, выполнены опорные площадки, расположенные с обеих сторон от паза под винт и по направлению оси механизма вращения, причем ширина площадок меньше ширины паза.
Существо изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 изображена конструкция ИКС с подтормаживающим механизмом;
на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, разрез по А-А;
на фиг. 3 - механизм подтормаживания в разобранном состоянии;
на фиг. 4,5 - варианты вьшолнения обжимного элемента.
Принципы изобретения раскрываются на нижеприведенном примере четырехосного ИКС и могут быть применены как в моно-, так и в полицентрических ИКС различных модификаций.
ИКС содержит две основные составные части: бедренную часть 10, которая при изготовлении протеза соединяется с приемной гильзой бедра, и голенную часть 12, соединяемзто с искусственной голенью. Части 10 и 12 связаны между собой механизмом 13 вращения, включающим в себя ось 14 и звенья 16. Ось 14 установлена в
корпусе 18 бедренной части 10 на подшипниках 20 и неподвижно соединена со звеньями 16.
Механизм 21 подтормаживания (фиг. 3,4) представляет собой обжимной элемент 22, охватывающий ось 14, и вьшолненный в виде колодок 24 и 25, стянутых с одной стороны винтами 28, а с противоположной - через упругий элемент 30 и шайбу 31 с регулировочным винтом 32. Резьбовое отверстие для винта 32 может быть выполнено либо в промежуточной втулке 34, неподвижно соединенной с корпусом 18, либо непосредственно в корпусе 18. Упругий элемент 30 может быть выполнен в виде набора тарельчатых пружин, винтовой пружины сжатия, втулки из упругого материала и других подобных элементов. На поверхностях колодок 24,25 имеются опорные площадки 36, 37. Площадки 36, 37 расположены с двух сторон паза 33 по направлению оси 14. Ширина площадок 36, 37 меньше диаметра винта 32. Такая конструкция предотвращает возможность возникновения изгибающего момента, действующего на винт 32, а также способствует стабильности регулировочных характеристик при серийном изготовлении.
Механизм 21 подтормаживания имеет узел смазывания, состоящий из маслосодержащего элемента 40 и двух фитилей-шайб 42, поджатых к обжимному элементу 22 посредством кожуха 44 и шайб 46, соответственно. В качестве иной формы выполнения обжимного элемента 22 возможно использование разрезной втулки 48 (фиг. 5) с опорными площадками 50 и 51. Регулирование силы обжатия втулки 48 осуществляется через упругий элемент 30 винтом 32.
При ходьбе на протезе ось 14 вращается в корпусе 18 на подшипниках 20. Обжимной элемент 22 - колодки 24,25 (фиг. 4) или разрезная втулка 48 (фиг. 5) обжимает ось 14 с определенным усилием, величина которого устанавливается регулировочным винтом 32 при индивидуальной настройке протеза. Для ослабленных инвалидов, у которых темп ходьбы медленный, усилие обжатия устанавливается небольшим, а для энергичных - значительным. Для исключения «сухого трения соприкасающиеся поверхности смазываются фитилями-шайбами 42 из маслосодержащего элемента 40.
В патентуемом устройстве, в отличие от ближайшего аналога, функции вращения и подтормаживания реализуются различными механизмами, не связанными друг с другом. Поэтому механизм подтормаживания не воспринимает внешние нагрузки (циклические, обусловленные весом инвалида, ударные от инерционных сил и другие). Патентуемая конструкция при практическом протезировании позволит
облегчить процессы индивидуальной настройки и регулирования ИКС, что дает возможность уменьшить динамическую асимметрию ходьбы на протезе и снизить энергозатраты инвалида.