ПРОТЕЗ БЕДРА
HIP PROSTHESIS

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к области протезирования отсутствующих конечностей, в частности к протезированию бедра.
Известен протез бедра [Патент №2202994 РФ, МПК A61F 2/60. Протез бедра / Заблоцкий О.П., Суворов В.Н., Козлов В.Б.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "Реабилитация инвалидов" - №2001121400/14,; заявл. 30.07.2001; опубл. 27.04.2003], который содержит последовательно соединенные бедренную часть с приемной гильзой, коленный узел, трубку голени с установленным на ней хомутом, искусственную стопу. В протезе на боковых поверхностях коленного узла выше оси вращения, впереди и сзади от нее, смонтированы по два ролика с каждой стороны. Ролики имеют канавки, в которых установлен используемый в качестве упругого элемента эластичный шнур, в пространстве между роликами шнур прикреплен к боковым поверхностям коленного узла, а его концы, сходящие с роликов, закреплены на хомуте и образуют две симметричные петли на боковых поверхностях протеза, причем крепление к хомуту позволяет регулировать натяжение каждой ветви шнура.
Недостатками аналога является ненадежность в работе, износ и необходимость периодического регулирования, высокая масса, недолговечность.
Известен также протез бедра с кулисным механизмом коленного сгибания [Патент №2062073 РФ, МПК A61F 2/60. Протез бедра / Фарбер Б.С., Стукалов В.Д., Довбня Д.Ф., Мяков В.Н.; заявитель и патентообладатель Фарбер Б.С., Стукалов В.Д., Довбня Д.Ф., Мяков В.Н. - №93036089/14; заявл. 09.07.1993; опубл. 20.06.1996], содержащий приемную гильзу, трубку голени, котировочные узлы и кулисный коленный механизм с опорной площадкой, нижним звеном, сопряженным с трубкой голени, передним и задним звеньями, соединяющими между собой опорную площадку и нижнее звено с помощью трех вращательных и одной поступательной кинематических пар (причем поступательная пара выполнена в виде штока и охватывающего его ползуна).
Недостатками аналога является то, что при опоре на согнутую ногу отсутствует запирание коленного механизма, т.е. инвалид может упасть, отсутствует электронное регулирование.
За прототип принят механизм коленного шарнира для протеза бедра [Патент №2177279 РФ, МПК A61F 2/60. Протез бедра / Лабутин Ю.М., Холодивкер В.В., Яцынин Н.А., Фетисов Н.П., Остроухов Л.Н.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. СП. Королева". - №99125202/14; заявл. 30.11.1999; опубл. 27.12.2001]. В этом механизме, содержащем приемную гильзу, трубку голени, котировочные узлы и кулисный коленный механизм с опорной площадкой, нижним звеном, сопряженным с трубкой голени, передним и задним звеньями, соединяющими между собой опорную площадку и нижнее звено с помощью трех вращательных и одной поступательной кинематических пар, причем поступательная пара выполнена в виде штока и охватывающего его ползуна, в ползун поступательной кинематической пары кулисного коленного механизма встроено устройство управления сгибанием, содержащее цилиндрический герметичный корпус, являющийся одновременно корпусом ползуна поступательной кинематической пары, заполненный рабочим телом, упруговозвратный элемент и регулируемый дроссель. При этом кулисный коленный механизм размещен в составе протеза бедра таким образом, что мгновенный центр вращения искусственного колена в начале фазы опоры протеза бедра находится на или впереди линии действия равнодействующей реакции опоры, воспринимаемой в опорной фазе шага идущего на протезе инвалида. Регулируемый дроссель устройства управления сгибанием кулисного коленного механизма снабжен интерактивным (взаимодействующим) процессором с системой оперативной информации о параметрах движения инвалида на протезе.
Недостатком прототипа является наличие электромеханических устройств клапана и привода клапана, соответственно высокие их масса и износ, кроме того, в механизме имеется канал для подведения рабочего тела к клапану, что также повышает вес кулисного коленного механизма; увеличивается время «отклика» из-за инерционности клапана и привода, есть необходимость снижать шероховатость внутренней поверхности ползуна и наружной поверхности поршня ввиду наличия уплотнительных колец.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение удобства за счет сокращения времени отклика и снижения веса протеза с одновременным упрощением конструкции и повышением долговечности.
Указанный результат достигается тем, что в протезе бедра, содержащем приемную гильзу, трубку голени и кулисный коленный механизм с опорной площадкой, нижним звеном, сопряженным с трубкой голени, передним и задним звеньями, соединяющими между собой опорную площадку и нижнее звено с помощью трех вращательных и одной поступательной кинематических пар; устройство управления сгибанием и разгибанием, включающее ползун поступательной кинематической пары кулисного коленного механизма, выполненный в виде цилиндрического герметичного корпуса, заполненного рабочим телом, шток с поршнем и упруговозвратный элемент коленного сустава, согласно изобретению в качестве рабочего тела использована электрореологическая жидкость, при этом в поршне выполнены сквозные отверстия, торцы корпуса ползуна представлены в виде крышек, связанных с источником электропитания, причем на верхней крышке установлен датчик величины и скорости перемещения штока с поршнем, связанный с интерактивным процессором управления сгибанием и разгибанием коленного сустава.
Технический результат достигается за счет того, что под воздействием напряжения изменяется вязкость электрореологической жидкости в широком диапазоне, соответственно изменяется и скорость перетекания электрореологической жидкости через отверстия в поршне, тем самым давая возможность управления относительным движением звеньев искусственной конечности в интерактивном режиме по программам, в которых используются управляющие воздействия, формируемые на основе фактических параметров движения пациента, возможность контролируемого сгибания протеза не только в фазе переноса, но и в фазе опоры в диапазонах, близких к сгибанию естественной конечности, и подобно ей по рисунку движения (антропоморфно); возможность выполнения искусственным коленом в составе протеза энергосберегающей (энерговозвратной) функции в цикле шага искусственной конечности. Замена механических управляющих частей и систем передач устройства на электронное управление с использованием электрореологической жидкости в качестве рабочего тела с дополнительными конструктивными изменениями позволяет повысить удобство за счет сокращения времени отклика и снижения веса протеза с одновременным упрощением конструкции и повышением долговечности.
На фиг. 1 показана конструктивно-компоновочная схема протеза бедра.
На фиг. 2 - принципиальная схема протеза бедра.
На фиг. 3 - функциональная схема устройства управления коленным сгибанием и разгибанием.
На фиг. 4 - функциональная схема взаимодействия протеза с опорой в течение опорной фазы шага.
Протез бедра содержит искусственное колено 1 (фиг. 1, фиг. 2), изображенное в положении максимального сгибания, к которому с проксимальной стороны присоединены приемная гильза 2, а с дистальной стороны - искусственная голень 3. В верхней части искусственного колена 1 расположен кронштейн 4, к которому в составе протеза неподвижно прикреплены выше коленные конструкции. К кронштейну 4 шарнирно присоединены шток с поршнем 5 поступательной пары кулисного механизма и водило 6 искусственной голени 3, образующие вращательные пары 7 и 8. Ползун 9 поступательной пары кулисного механизма закреплен на корпусе 10 искусственного колена 1 и установлен с возможностью взаимодействия со штоком с поршнем 5. Третья вращательная пара 11 этого механизма соединяет корпус 10 с водилом 6.
Устройство управления коленным сгибанием и разгибанием 12 содержит цилиндрический герметичный корпус, конструктивно совмещенный с корпусом ползуна 9 и заполненный рабочим телом в виде электрореологической жидкости 13 (фиг. 3), упруговозвратный элемент 14.
Функционально в состав устройства управления коленным сгибанием и разгибанием 12 входит также шток с поршнем 5, в поршне выполнены отверстия 15 для перетока электрореологической жидкости из одной полости в другую корпуса ползуна 9. С торцов корпуса ползуна 9 установлены крышки 16 и 17, на крышке 16 установлен датчик 18 величины и скорости перемещения штока с поршнем 5, связанный с интерактивным процессором 19 управления сгибанием и разгибанием коленного сустава. Крышки 16 и 17 связаны с источником электропитания 20.
Устройство работает следующим образом.
К крышкам 16 и 17 подается напряжение от источника питания 20, величина которого регулируется с помощью установленного на корпусе 9 интерактивного процессора 19. Под воздействием напряжения изменяется вязкость электрореологической жидкости 13, в широком диапазоне соответственно изменяется и скорость перетока электрореологической жидкости 13 через отверстия 15.
В опорной фазе шага протез выполняет фиксацию искусственного колена 1 в начальный момент опорной фазы за счет увеличения вязкости электрореологической жидкости 13 под действием интерактивного процессора 19, по сигналам датчика 18, возникающим от реакции опоры R, относительно вращательной пары 8 искусственной голени 3 и вышеколенной конструкции (приемной гильзы) 2 (фиг. 4). В дальнейшем движении инвалид на протезе совершает перекат искусственной стопы в направлении движения. После снятия нагрузки по сигналу с датчика 18 уменьшается вязкость электрореологической жидкости 13 под действием интерактивного процессора 19 и под воздействием энергичного махового движения инвалида бедром вперед (фиг. 4) как углового ускорения бедра е. Далее начинается коленное сгибание протеза, продолжающееся примерно до середины фазы переноса, после чего усилие, накопленное при сжатии упруговозвратного элемента 14, вызывает разгибание искусственного колена 1, завершаемое к концу фазы переноса.
Активность движения сгибания-разгибания искусственного колена 1, т.е. мгновенное ускорение этого движения ограничивается путем изменения скорости перетекания электрореологической жидкости 13 между камерами, разделенными поршнем 5 корпуса ползуна 9, регулируемыми по командам от интерактивного процессора 19, осуществляющего управление изменением вязкости электрореологической жидкости 13 по заложенным в интерактивный процессор 19 программам, учитывая фактические параметры воздействия инвалида на протез в процессе движения, и фиксируемые датчиком 18.
Таким образом, замена механических управляющих частей и систем передач устройства на электронное управление с использованием электрореологической жидкости в качестве рабочего тела с дополнительными конструктивными изменениями позволяет повысить комфортность условий жизни инвалидов за счет облегчения и упрощения конструкции и повышения эксплуатационных свойств заявляемого протеза.