Протез коленного сустава

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к протезам, и может быть использована при протезировании нижних конечностей.
Известен полицентрический коленный шарнир, содержащий верхнюю опорную площадку для крепления гильзы бедра, нижний кронштейн крепления трубки голени, соединенные между собой передним и задним звеном с помощью четырех вращательных кинематических пар, причем расстояния между осями вращательных кинематических пар звеньев на верхней опорной площадке выполнено большим, чем расстояние между осями вращательных кинематических пар на нижнем кронштейне (см. патент РФ на изобретение №2294715, МПК A61F 2/64, опубл. 10.03.2007, Бюл. №7).
Недостатками известного полицентрического коленного шарнира являются сложность изготовления, высокая стоимость вследствие конструктивных особенностей выполнения верхней опорной площадки для крепления гильзы бедра и нижнего кронштейна крепления трубки голени.
Известен модуль коленный, содержащий в верхнем сочленении встроенную пирамидку для крепления протеза бедра, в нижнем сочленении хомут для крепления протеза голени, соединенных между собой с помощью среднего сочленения, причем в верхнем сочленении встроен тормозной гидравлический узел (см. патент РФ на изобретение №2380061, МПК A61F 2/64, опубл. 27.01.2010, Бюл. №3).
Недостатками известного модуля коленного являются сложность изготовления, высокая стоимость вследствие конструктивных особенностей выполнения нижнего сочленения с хомутом и верхнего сочленения с пирамидкой и тормозным гидравлическим узлом.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является протез коленного сустава, содержащий верхнюю опору с установленной на ней адаптера «пирамидки» для крепления протеза бедра и центральную опору с кронштейном для крепления протеза голени. Адаптер «пирамидка» крепится на верхней опоре с помощью посадки с натягом головки пирамидки в основание пирамидки и затягивания ее винтом со сферической головкой и шайбой со сферическим углублением, при этом основание пирамидки и поверхность верхней опоры имеют рифление для плотной фиксации пирамидки на верхней опоре. Кронштейн состоит из двух ушек с зазором между ними для стягивания и стягивающий винт (см. патент РФ на изобретение №2592248, МПК A61F 2/64, опубл. 10.04.2016, Бюл. №10).
Недостатками известного протеза коленного сустава являются сложность изготовления, высокая стоимость из-за конструктивных особенностей выполнения центральной опоры и узла крепления адаптера «пирамидки» к верхней опоре протеза коленного сустава; применение центральной опоры с кронштейном из двух ушек и зазором между ними для стягивания, со стягивающим винтом для крепления протеза голени усложняет процесс ее изготовления; наличие в узле крепления адаптера «пирамидки» к верхней опоре сложных элементов, в частности, посадки с натягом головки пирамидки в основание пирамидки, рифления в нижней части основания пирамидки и верхней опоры протеза коленного сустава, шайбы со сферическим углублением и винта со сферической головкой способствуют к повышению указанных показателей.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка устройства простой конструкции - протеза коленного сустава и его создание с возможностью удобной сборки и низкой стоимости.
Технический результат полезной модели заключается в создании протеза коленного сустава с возможностью облегчения конструкции; упрощения изготовления узлов крепления протеза бедра к верхней части и протеза голени к нижней части протеза коленного сустава; снижения стоимости изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в протезе коленного сустава, содержащем центральную опору, верхнюю опору, адаптер «пирамидка», малый рычаг, два больших рычага, расположенных зеркально с двух сторон центральной опоры, пневматический демпфер, кронштейн из двух ушек со стягивающим винтом в центральной опоре, согласно полезной модели, адаптер «пирамидка» выполнен в составе головки пирамидки и основания пирамидки, закреплен к верхней опоре, причем головка пирамидки вставлена в основание пирамидки и закреплена на верхней опоре протеза коленного сустава с помощью винта и шайбы самоконтрящейся, а кронштейн выполнен в составе съемного хомута с зазором для стягивания, со стягивающим винтом, шайбой и гайкой цилиндрической формы, причем хомут вставлен в нижней части центральной опоры протеза коленного сустава.
Отличительной особенностью полезной модели является выполнение узла крепления адаптера «пирамидки» к верхней опоре без сложных элементов, а именно, головка «пирамидки» вставляется в основание пирамидки и закрепляется на верхней опоре протеза коленного сустава с помощью винта и шайбы самоконтрящейся, а также упрощение изготовления центральной опоры за счет выполнения съемного хомута со стягивающим винтом в нижней части центральной опоры протеза коленного сустава.
Основными отличительными признаками заявляемой полезной модели -«Протеза коленного сустава» являются:
- выполнение адаптера «пирамидка» в составе головки пирамидки, основания пирамидки, винта и шайбы самоконтрящейся позволяет уменьшить количество изготавливаемых деталей для узла крепления протеза бедра к верхней части протеза коленного сустава;
- установка головки пирамидки в основание пирамидки и крепление на верхней опоре протеза коленного сустава с помощью винта и шайбы самоконтрящейся позволяет упростить сборку адаптера «пирамидки»;
- выполнение съемного хомута с зазором для стягивания, со стягивающим винтом, шайбой и гайкой цилиндрической формы, установка хомута в нижней части центральной опоры протеза коленного сустава с последующим затягиванием с помощью шайбы и гайки позволит упростить изготовление и снизить вес центральной опоры.
Предлагаемая полезная модель «Протеза коленного сустава» обладает улучшенными показателями по сравнению с известными техническими решениями. Отличительные особенности конструктивного выполнения узлов крепления адаптера «пирамидки» и съемного хомута со стягивающим винтом относительно прототипа позволяют облегчить конструкцию, упростить технологический процесс производства, а также снизить стоимость изготовления.
Сущность предлагаемой полезной модели «Протеза коленного сустава» поясняется чертежами, где на:
- фиг. 1 - изображен протез коленного сустава в боковом разрезе;
- фиг. 2 - изображена ось нижняя протеза коленного сустава в поперечном разрезе;
- фиг. 3 - изображена нижняя часть протеза коленного сустава в поперечном разрезе.
Протез коленного сустава содержит следующие конструктивные элементы (см. фиг. 1, 2, 3): центральную опору 1, верхнюю опору 2, адаптер «пирамидку» 3, малый рычаг 4, два больших рычага 5 и 6, расположенных зеркально с двух сторон центральной опоры 1, втулку 7, втулку 8, ось нижнюю 9, ось верхнюю 10, пневматический демпфер 11, съемный хомут 12, стягивающий винт 13, винт 14, шайбу самоконтрящуюся 15, шайбу 16, гайку 17.
Центральная опора 1 с нижнего торца имеет приемное отверстие с типовым диаметром 30 мм для крепления протеза голени. Фиксация протеза голени осуществляется зажимом нижней части центральной опоры 1, съемным хомутом 12, который стягивается винтом 13. В съемном хомуте 12 выполнена продольная прорезь небольшой длины для обеспечения свободного хода протеза голени при его установке. В центральной опоре 1 выполнены четыре посадочных места под игольчатые подшипники (на фиг. 1, 2, 3 не показаны), на которые опираются большие рычаги 5, 6 и малый рычаг 4. Отверстия выполнены попарно, в двух осях 9, 10, расположение которых определяет кинематику протеза коленного сустава.
Верхняя опора 2 протеза коленного сустава также имеет две пары отверстий, в которых установлены игольчатые подшипники (на фиг. 1, 2, 3 не показаны) для сопряжения с рычагами: малым 4 и большими 5, 6.
Верхняя часть опоры 2 плоская и служит для установки адаптера «пирамидка» 3, с помощью которого протез коленного сустава надежно, жестко и быстро крепится к приемной чаше культи ноги.
Адаптер «пирамидка» 3 выполнен в составе головки пирамидки и основания пирамидки, закреплен к верхней опоре 2. Головка пирамидки вставлена в основание пирамидки и закреплена на верхней опоре 2 протеза коленного сустава с помощью винта 14 и шайбы самоконтрящейся 15, для предотвращения самоотвинчивания резьбы.
Съемный хомут 12 выполнен с зазором для стягивания, со стягивающим винтом 13, шайбой 16 и гайкой 17 цилиндрической формы. Съемный хомут 12 расположен в нижней части центральной опоры 1 протеза коленного сустава.
Большие рычаги 5, 6 испытывают небольшую нагрузку при работе протеза коленного сустава и поэтому имеют облегченную конструкцию, слегка изогнутой формы, которые располагаются по внешней ртороне центральной 1 и верхней 2 опор. Малый рычаг 4 цельный, симметричный, располагается в центральной части опоры 1 и воспринимает на себя основную нагрузку протеза коленного сустава. Имеет специальную площадку (на фиг. 1, 2, 3 не показана), которой малый рычаг 4 упирается в верхнюю опору 2, тем самым ограничивая разгибательное движение протеза коленного сустава, выполняет функцию геометрического замка. Ограничение сгибания протеза коленного сустава обеспечивается упором больших рычагов 5, 6 в специальные ограничители (на фиг. 1, 2, 3 не показаны), выполненные в центральной опоре 1. Эти ограничители выполнены на самих больших рычагах 5, 6, а в центральной опоре 1 для них предусмотрены сопрягающие с ними площадки (на фиг. 1, 2, 3 не показаны), в которые могут устанавливаться дополнительные замковые устройства.
Пневматический демпфер 11 в протезе коленного сустава представляет собой самостоятельное покупное изделие. Он имеет два винта регулировки (на фиг. 1, 2, 3 не показаны): один управляет усилием сжатия, второй - скоростью разгибания протеза коленного сустава в фазе переноса. Пневматический демпфер 11 сам по себе имеет классическую конструкцию и содержит подвижный поршень (на фиг. 1, 2, 3 не показан) с уплотнительной манжетой и шток (на фиг. 1, 2, 3 не показаны), соединенный с верхней опорой 2 протеза коленного сустава. При сгибании протеза коленного сустава шток давит на поршень и движет его вниз, создавая давление воздуха под поршнем. Часть воздуха стравливается через первый регулировочный винт (на фиг. 1, 2, 3 не показан), облегчая сгибание протеза коленного сустава. Обратное движение протеза коленного сустава движет поршень вверх, создавая разряжение под поршнем. Через второй регулировочный винт (на фиг. 1, 2, 3 не показан) наружный воздух проникает в полость под поршнем, позволяя ему подниматься вверх под действием пружины (на фиг. 1, 2, 3 не показана), находящейся внутри пневматического демпфера 11.
Внутри пневматического демпфера 11 стоит пружина (на фиг. 1, 2, 3 не указана) для фиксирования протеза в крайних положениях. Воздушные полости - штоковая (над поршнем) и рабочая (под поршнем) сообщаются между собой посредством каналов (на фиг. 1, 2, 3 не указаны), проходное сечение которых может меняться с помощью двух регулировочных винтов "FLEXION" - сгибание и "EXTENSION" -разгибание. Зажимая канал перетока (на фиг. 1, 2, 3 не указан) из рабочей полости в штоковую, при сгибании протеза коленного сустава в воздушной полости под поршнем формируется избыточное давление, увеличивая силу сжатия (сопротивление сгибанию) пневматического демпфера 11.
В обоих перепускных каналах (на фиг. 1, 2, 3 не указан) пневматического демпфера 11 в самом низу, выполнены технологические отверстия диаметром порядка 1,5 мм для проникновения воздуха из рабочей полости в перепускные каналы. Снаружи цилиндра эти отверстия глушатся специальными алюминиевыми заклепками.
В конструкции протеза коленного сустава имеются два вала (на фиг. 1, 2, 3 не указаны), которые фиксируются стопорными винтами (на фиг. 1, 2, 3 не указаны). Эти винты на торце имеют углубление под 6-гранный ключ, которые защищаются от загрязнения специальными грибовидными резиновыми заглушечками (на фиг. 1, 2, 3 не показаны).
Предлагаемая полезная модель «Протеза коленного сустава» работает следующим образом.
Протез коленного сустава с пневматическим демпфером 11 управления фазой переноса с раздельной регулировкой сопротивления сгибанию и разгибанию, применяется в протезах бедра при различных уровнях ампутаций выше колена, а так же при вычленении в тазобедренном суставе.
Предлагаемый протез коленного сустава полицентрической кинематики с геометрическим замком обеспечивает повышенную безопасность, с контролем фазы опоры, и предназначен для использования в условиях как низкого, так и среднего и высокого уровня активности: сидение, стояние, ходьба, быстрая ходьба. За счет применения пневматического демпфера 11, протез коленного сустава точно адаптируется к изменению темпа ходьбы в расширенном диапазоне скоростей движения - от медленного до ускоренного шага без изменения начальных регулировок. Кроме этого, протез коленного сустава может дооснащаться дополнительным замковым устройством (на фиг. 1, 2, 3 не указан), что обеспечивает полную безопасность и исключает падение при движении по пересеченной местности или при первичном протезировании при первом уровне активности.
Во время прямого стояния (прямостояния) протез коленного сустава обеспечивает полное замыкание за счет геометрического замка (на фиг. 1, 2, 3 не указан), что позволяет безопасно и равномерно нагрузить обе конечности, что в значительной степени сказывается на биомеханической стабилизации в положении стоя. Чтобы согнуть ногу в коленном суставе (присесть), необходимо нагрузить носковую часть протезной стопы и согнуть протез коленного сустава. Тем самым реализуется контроль фазы опоры протеза коленного сустава. При наличии дополнительного замкового устройства его нужно перед сгибанием колена разблокировать и осуществить посадку.
При ходьбе требуется от протеза коленного сустава обеспечение динамической составляющей, чтобы ходьба выполнялась с минимальными физическими затратами. Возврат протеза коленного сустава в прямое состояние за счет применения пневматического демпфера 11 из согнутого в прямое происходит плавно, точно подстраиваясь под темп передвижения на протезе. Кроме этого, присутствует возможность настройки пневматического демпфера 11 под индивидуальные особенности пациента - скорость, активность.
Установка и фиксация протеза коленного сустава в протезе осуществляется через адаптер «пирамидку» 3.
Пневматический демпфер 11 в протезе коленного сустава обеспечивает пневматическое управление фазой переноса с раздельной регулировкой сопротивления сгибанию и разгибанию. Внутри пневматического демпфера 11 стоит пружина (на фиг. 1, 2, 3 не указана), задача которой - фиксировать протез в крайних положениях. Воздушные полости - штоковая (над поршнем) и рабочая (под поршнем) сообщаются между собой посредством каналов (на фиг. 1, 2, 3 не указаны), проходное сечение которых может меняться с помощью двух регулировочных винтов "FLEXION" - сгибание и "EXTENSION" - разгибание. Таким образом, можно варьировать скорость возврата протеза коленного сустава из согнутого положения в выпрямленное (задавая темп ходьбы) и усилие сгибания протеза, подстраиваясь под массу конкретного человека. Зажимая канал перетока (на фиг. 1, 2, 3 не указан) из рабочей полости в штоковую, при сгибании протеза коленного сустава в воздушной полости под поршнем формируется избыточное давление, увеличивая силу сжатия (сопротивление сгибанию) пневматического демпфера 11. В обоих перепускных каналах (на фиг. 1, 2, 3 не указан) пневматического демпфера 11, в самом низу, делаются технологические отверстия диаметром порядка 1,5 мм. Через эти отверстия воздух проникает из рабочей полости в перепускные каналы. Снаружи цилиндра эти отверстия глушатся специальными алюминиевыми заклепками.
В конструкции протеза коленного сустава имеются два вала (на фиг. 1, 2, 3 не указаны), которые фиксируются стопорными винтами (на фиг. 1, 2, 3 не указаны). Эти винты на торце имеют углубление под 6-гранный ключ, которые защищаются от загрязнения специальными грибовидными резиновыми заглушечками (на фиг. 1, 2, 3 не показаны).
Предлагаемая полезная модель «Протез коленного сустава» по сравнению с прототипом (патент РФ на изобретение №2592248, МПК A61F 2/64, опубл. 10.04.2016, Бюл. №10) обеспечивает следующие преимущества:
- простой и более удобный способ крепления протеза бедра к верхней части протеза коленного сустава за счет уменьшения числа деталей в конструкции адаптера «пирамидки»;
- простой и более удобный способ крепления протеза голени к нижней части протеза коленного сустава с помощью съемного хомута со стягивающим винтом;
- уменьшение веса протеза коленного сустава;
- снижение стоимости изготовления;
- применение в протезах бедра при различных уровнях ампутаций выше колена, а так же при вычленении в тазобедренном суставе;
- повышение безопасности с контролем фазы опоры с использованием в условиях как низкого, так и среднего и высокого уровня активности: сидение, стояние, ходьба, быстрая ходьба;
- расширение диапазона скоростей движения - от медленного до ускоренного шага без изменения начальных регулировок;
- дооснащение дополнительным замковым устройством для полной безопасности и исключения падения при движении по пересеченной местности или при первичном протезировании при первом уровне активности.