ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОТЕЗ ПАЛЬЦА РУКИ
FUNCTIONAL FINGER PROSTHESIS

Изобретение относится к области протезирования, в частности к функциональным протезам, то есть к таким, которые воспроизводят функции имитируемого органа или конечности.
Из уровня техники широко известны различные конструкции функциональных протезов пальцев рук, в том числе предназначенные для использования с по меньшей мере частично сохранившейся проксимальной фалангой и воспроизводящие движение сгибания/разгибания средней и дистальной фаланг. Некоторые из таких конструкций имеют механический привод, а именно приводятся в действие исключительно системой рычагов и/или тяг. В таких конструкциях зачастую имеется управляющая тяга с приемной гильзой для проксимальной фаланги, при этом под «управляющей» следует понимать такую тягу, воздействуя на которую посредством движения помещенной в приемную гильзу проксимальной фаланги, приводят в соответствующее движение весь рычажный механизм.
Конструкции подобных протезов раскрыты, например, в патентах КНР №209933083, США №10327920, РФ №190504, а также в международной заявке №2005025462.
В патенте РФ №190504, выбранном в качестве прототипа заявляемого изобретения, раскрыта конструкция протеза пальца руки с по меньшей мере частично сохранившейся проксимальной фалангой, содержащего запястный фиксатор и рычажный механизм, закрепленный на запястном фиксаторе с тыльной стороны ладони. Рычажный механизм, в свою очередь, содержит последовательно шарнирно соединенные между собой управляющую тягу с приемной гильзой для проксимальной фаланги и каркасы средней и дистальной фаланги. Недостатком указанной конструкции, как и многих других, известных из уровня техники, является то, что управляющая тяга с приемной гильзой крепится к запястному фиксатору (непосредственно или опосредовано) при помощи шарнирного соединения. Такое соединение, независимо от того, где оно расположено (в конструкции прототипа оно расположено над пястно-фаланговым суставом) не может обеспечить полноценного удобства использования протеза. Указанная проблема возникает ввиду того, что тяга, имея фиксированную длину, в том числе фиксированное расстояние от приемной гильзы до центра вращения тяги, при движении проксимальной фаланги пальца, помещенной в приемную гильзу, совершает движение по траектории, не совпадающей с траекторией движения самой проксимальной фаланги, ведь вращение последней осуществляется вокруг центра пястно-фалангового сустава. Совершенно очевидно, что ввиду того, что центры вращения двух предметов фиксированной длины (тяги с приемной гильзой и проксимальной фаланги) не совпадают, траектории их движения при вращении тоже не будут совпадать. Из этого явным образом следует, что взаимоположение проксимальной фаланги пальца и приемной гильзы, в которую она помещена, в разогнутом состоянии будет отличаться от их взаимоположения в согнутом состоянии. Таким образом, приемная гильза будет скользить по фаланге пальца, создавая существенное неудобство при использовании протеза такой конструкции.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание такого функционального протеза пальца руки с по меньшей мере частично сохранившейся проксимальной фалангой, конструкция которого позволила бы достичь технический результат, заключающийся в том, чтобы обеспечить максимальное соответствие траектории движения управляющей тяги с приемной гильзой траектории движения помещенной в гильзу проксимальной фаланги пальца и, таким образом, нивелировать нежелательные перемещения гильзы относительно фаланги пальца в процессе использования протеза, а следовательно, повысить удобство его использования.
Поставленная задача решается тем, что разработан функциональный протез пальца руки с по меньшей мере частично сохранившейся проксимальной фалангой, содержащий запястный фиксатор и рычажный механизм, закрепленный на запястном фиксаторе с тыльной стороны ладони, включающий последовательно шарнирно соединенные между собой управляющую тягу с приемной гильзой для проксимальной фаланги и каркасы средней и дистальной фаланги, при этом протез содержит дугообразную направляющую, огибающую пястно-фаланговый сустав, а управляющая тяга зафиксирована на направляющей с возможностью перемещения вдоль нее.
Таким образом, посредством использования в конструкции протеза дугообразной направляющей, огибающей пястно-фаланговый сустав и заменяющей, по сути, шарнирный способ крепления управляющей тяги в конструкции протеза-прототипа, обеспечивается задание центра вращения управляющей тяги, максимально приближенного к оси вращения проксимальной фаланги пальца. Указанное обеспечивается ввиду того, что центр кривизны дуги направляющей при огибании ею пястно-фалангового сустава оказывается приближенным к оси вращения проксимальный фаланги. Из этого следует, что приемная гильза, закрепленная на управляющей тяге, будет двигаться по траектории, максимально приближенной или полностью совпадающей с траекторией вращения проксимальной фаланги пальца, и, таким образом, не будет совершать нежелательные перемещения относительно фаланги в процессе использования протеза.  При этом должно быть понятно, что полное устранение указанного недостатка конструкции прототипа может быть достигнуто в случае, если дугообразная направляющая имеет такую кривизну и такое расположение относительно пястно-фалангового сустава, что центр ее кривизны совпадает с осью вращения проксимальной фаланги пальца.
Также должно быть понятно, что дугообразная направляющая в предпочтительном варианте реализации должна иметь такую конфигурацию, в частности, длину, чтобы обеспечивать полноценный поворот проксимальной фаланги пальца, а рычажный механизм в целом должен иметь такую конфигурацию, чтобы движение разгибания/сгибания протеза было равномерно распределено на движение полного разгибания/сгибания проксимальной фаланги пальца соответственно.
Также должно быть понятно, что возможны различные варианты реализации заявляемого протеза, в частности в отношении того, как приводятся в движение различные его конструктивные элементы.
Так  в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения приведение в движение протеза, а именно его рычажного механизма, обеспечивается в целом благодаря использованию рычага, противодействующего управляющей тяге. В предпочтительном варианте реализации рычажный механизм содержит тягу дистальной фаланги, первым концом шарнирно соединенную с каркасом дистальной фаланги дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение каркасов средней и дистальной фаланги, и противодействующий управляющей тяге двуплечий рычаг, шарнирно установленный на каркасе средней фаланги дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение управляющей тяги с каркасом средней фаланги, при этом первое плечо двуплечего рычага от места установки на каркасе средней фаланги шарнирно соединено с направляющей, а второе – шарнирно соединено со вторым концом тяги дистальной фаланги.
В такой ситуации указанное противодействие рычага основывается на том, что при сгибании/разгибании проксимальной фаланги пальца и соответствующем движении управляющей тяги последняя движется по отличной от данного рычага траектории. Следовательно, происходит изменение взаимоположения управляющей тяги и указанного рычага, обеспечивающее привод всего рычажного механизма.
Таким образом, противодействующий управляющей тяге двуплечий рычаг в составе конструкции протеза выполняет одновременно две функции. Во-первых, будучи шарнирно установленным на каркасе средней фаланги дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение управляющей тяги с каркасом средней фаланги, противодействуя толкающему движению управляющей тяги при сгибании проксимальной фаланги пальца, двуплечий рычаг способствует повороту каркаса средней фаланги вокруг его шарнирного соединения с управляющей тягой. Таким образом осуществляется воссоздание движения сгибания средней фаланги пальца относительно проксимальной. Во-вторых, за счет шарнирного соединения второго плеча двуплечего рычага с тягой дистальной фаланги изменение положения двуплечего рычага относительно каркаса средней фаланги при повороте приводит к тому, что второе плечо двуплечего рычага тянет тягу дистальной фаланги в направлении от дистальной фаланги, и ввиду того, что шарнирное соединение тяги дистальной фаланги находится дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение каркасов средней и дистальной фаланги, происходит поворот каркаса дистальной фаланги относительно каркаса средней фаланги. Таким образом осуществляется воссоздание движения сгибания дистальной фаланги пальца относительно средней.
Что касается реализации двуплечего рычага, он предпочтительно содержит вилку и Г-образный элемент, с которым ножками жестко соединена вилка, при этом угол Г-образного элемента является местом установки двуплечего рычага на каркасе средней фаланги, первое плечо двуплечего рычага образовано вилкой и первым плечом Г-образного элемента, проходящим в направлении сгибания пальца при разогнутой проксимальной фаланге, при этом первое плечо двуплечего рычага соединено с направляющей основанием вилки, второе плечо двуплечего рычага образовано вторым плечом Г-образного элемента и соединено со вторым концом тяги дистальной фаланги его свободным концом. Такая составная конструкция двуплечего рычага (вилка и Г-образный элемент) обусловлена тем, что часть его является внешней (вилка) и огибает каркас средней фаланги с боковых сторон, а другая – внутренней, расположенной «внутри» каркаса средней фаланги. В таких условиях конструктивно целесообразным является описанное составное исполнение двуплечего рычага, обеспечивающее, таким образом, не только возможность осуществления возлагаемых на него функций, но и, в целом, удобство сборки заявляемого протеза.
Очевидно, что для обеспечения корректного функционирования протеза необходимо такое его конструктивное исполнение, которое бы обеспечивало ограничение его движения в крайних согнутом и разогнутом положениях. В отношении данного аспекта предпочтительным является вариант реализации заявляемой конструкции, при котором тяга дистальной фаланги содержит пологую выемку и пологий выступ, расположенные с возможностью ограничения ее движения посредством упора в шарнирное соединение каркасов средней и дистальной фаланги при движении каркаса дистальной фаланги в направлении сгибания/разгибания соответственно. Необходимость наличия именно выемки и выступа обусловлена тем, что при движении разгибания/сгибания тяга дистальной фаланги совершает движение по дуге (вокруг шарнирного соединения двуплечего рычага с каркасом средней фаланги), следовательно, в одном из крайних положений неподвижное относительно нее шарнирное соединение каркасов средней и дистальной фаланги будет утапливаться в указанную выемку и упираться в ее края, а в другом – находясь относительно выше выемки, упираться в край выступа. Кроме того, в предпочтительном варианте реализации управляющая тяга содержит по меньшей мере один пологий выступ, расположенный с возможностью ограничения ее движения в направлении сгибания/разгибания посредством упора в направляющую. Должно быть понятно, что пологие края указанных выступов и выемки необходимы для того, чтобы соответствующие детали стопорились плавно, без жесткого удара, что является важным не только с точки зрения аспектов конструкции как таковой, но и с точки зрения ощущений пользователя при ее использовании. Следует понимать, что наличие указанных элементов, выступающих в конструкции протеза в качестве ограничителей движения, является неисключительным, и возможно наличие других элементов, прямо или косвенно ограничивающих движение тех или иных подвижных элементов заявляемой конструкции.
В предпочтительном варианте реализации заявляемый протез содержит корпусы средней и дистальной фаланги, закрывающие каркасы средней и дистальной фаланги соответственно. Наличие таких корпусов, с одной стороны, обеспечит защиту рычажного механизма от воздействия извне, с другой – обеспечит возможность придания протезу любого желаемого визуального исполнения. Так, указанные корпусы могут иметь форму, минимально достаточную для сокрытия деталей рычажного механизма, или же могут иметь форму, имитирующую соответствующие фаланги пальцев. Также должно быть понятно, что данные каркасы могут быть выполнены из различных материалов, более того, могут содержать несколько элементов из отличных материалов, например, иметь жесткую основу, надевающуюся на каркас соответствующей фаланги, и покрытие из эластичного материала, визуально подобного человеческой коже.
Что касается конструктивного исполнения управляющей тяги, дугообразной направляющей и их взаимосвязи, в предпочтительном варианте реализации протеза управляющая тяга по бокам содержит пальцы скольжения, а дугообразная направляющая содержит два параллельных отстоящих друг от друга продольных элемента, по бокам которых выполнены прорези, при этом управляющая тяга установлена между продольными элементами дугообразной направляющей, а пальцы скольжения входят в прорези продольных элементов. При этом предпочтительно наличие двух пар пальцев скольжения, причем пальцы скольжения, входящие в одну прорезь продольного элемента, предпочтительно отстоят друг от друга на расстояние, обеспечивающее совершение полноценного рабочего хода управляющей тяги с приемной гильзой. Под полноценным рабочим ходом следует понимать такой, при котором полноценному движению проксимальной фаланги пальца из крайнего разогнутого в крайнее согнутое положение соответствует полноценное движение управляющей тяги с приемной гильзой от одного ее крайнего положения в другое и, соответственно, от одного конца направляющей к другому.
Что касается конструктивного исполнения приемной гильзы, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения она образована нижним и боковым держателями, установленными на управляющей тяге с возможностью фиксации проксимальной фаланги пальца в направлении сгибания и боковых направлениях соответственно, а управляющая тяга установлена с возможностью фиксации проксимальной фаланги пальца в направлении разгибания. Следует понимать, что управляющая тяга с приемной гильзой с точки зрения функционирования рычажного механизма протеза представляется единым элементом ввиду того, что приемная гильза является, по сути, элементом, обеспечивающим удобство воздействия проксимальной фаланги пальца на управляющую тягу. Следовательно, должно быть понятно, что приемная гильза может быть как отдельным элементом, закрепляемым на управляющей тяге, так и, как было описано выше касательно предпочтительного варианта реализации, может образовывать с управляющей тягой единое целое. Под этим имеется в виду, что некоторые конструктивные элементы, составляющие «управляющую тягу с приемной гильзой», могут одновременно выполнять функции приемной гильзы, обеспечивая фиксацию проксимальной фаланги пальца в соответствующем направлении, и выполнять функции управляющей тяги, передавая управляющее воздействие на рычажный механизм. Таким образом, термины «приемная гильза», «управляющая тяга» и, соответственно, «управляющая тяга с приемной гильзой» в составе данной конструкции следует понимать максимально широко.
Что касается конструктивного исполнения запястного фиксатора, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения он содержит пластину, расположенную на тыльной стороне запястья, имеющую прямую прорезь, проходящую в поперечном запястью направлении, и по меньшей мере одну дугообразную прорезь, расположенную ближе к пальцам от прямой прорези, при этом ее наибольшая хорда является параллельной прямой прорези, а рычажный механизм закреплен на запястном фиксаторе посредством соединителя, установленного с возможностью перемещения в прорезях пластины. Такое конструктивное исполнение, с одной стороны, обеспечит фиксацию рычажного механизма на запястном фиксаторе, с другой – посредством возможности перемещения соединителя по дугообразной прорези обеспечит возможность изменения положения рычажного механизма относительно запястного фиксатора в плоскости, параллельной ладони, в пределах угла, ограниченного дугообразной прорезью. Таким образом обеспечивается свобода в движении проксимальной фаланги в плоскости, параллельной ладони, в требуемой для такого движения степени. Кроме того, должно быть понятно, что указанный запястный фиксатор может обеспечивать возможность установки нескольких рычажных механизмов одновременно, в случае если необходимо использование протезов для нескольких пальцев, причем предпочтительно, чтобы соединитель каждого из рычажных механизмов был установлен в отдельной дугообразной прорези. При этом не исключается одновременное использование конструктивно отличных друг от друга рычажных механизмов, например, в случае если у одного пальца отсутствуют средняя и дистальная фаланги, а у другого – только дистальная. Кроме того, в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения запястный фиксатор также содержит соединительный элемент с прорезями, зафиксированный на вышеописанной пластине, и ремешок, продеваемый в прорези соединительного элемента и выполненный с возможностью фиксации на запястье.
Указанные предпочтительные варианты реализации функционального протеза согласно настоящему изобретению приведены в качестве примера и не ограничивают объем притязаний по данной заявке, при этом заявляемый протез может быть выполнен в любом другом виде, характеризующемся заявляемой конструкцией.
Заявляемое изобретение поясняется при помощи графических материалов, приведенных ниже.
На фиг. 1 представлен вид протеза с разнесенными составными частями согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлен общий вид протеза в сборе согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлен вид снизу протеза в сборе согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения.
Представленный на фиг. 1 протез содержит запястный фиксатор, включающий ремешок, охватывающий запястье (на фигурах не изображен), и пластину 1, прикрепляемую к указанному ремешку и имеющую прямую прорезь 2 и дугообразные прорези 3, расположенные так, что наибольшая хорда каждой из них является параллельной прямой прорези 2, а также рычажный механизм, закрепляемый на запястном фиксаторе посредством соединителя 4, устанавливаемого с возможностью перемещения в прорези 2 и в одной из дугообразных прорезей 3. Рычажный механизм включает последовательно шарнирно соединяемые между собой управляющую тягу, образуемую элементами 5 и 6, с приемной гильзой  для проксимальной фаланги, образуемой нижним и боковым держателями 7 и 8 соответственно, устанавливаемыми на управляющей тяге, и каркасы 9 и 10 средней и дистальной фаланги соответственно. Протез также содержит дугообразную направляющую 11, образованную двумя параллельными отстоящими друг от друга продольными элементами 12, по бокам которых выполнены прорези, при этом элемент 5 управляющей тяги по бокам содержит пальцы 13 скольжения и устанавливается между продольными элементами 12 дугообразной направляющей 11 так, что пальцы 13 скольжения входят в прорези продольных элементов 12.
В представленном предпочтительном варианте реализации протеза рычажный механизм включает тягу 14 дистальной фаланги, первым концом 15 шарнирно соединяемую с каркасом 10 дистальной фаланги дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение каркасов 9 и 10 средней и дистальной фаланги, и противодействующий управляющей тяге двуплечий рычаг, содержащий вилку 16 и Г-образный элемент 17, с которым ножками 18 жестко соединяется вилка 16, при этом угол Г-образного элемента 17 является местом шарнирной установки двуплечего рычага на каркасе 9 средней фаланги, первое плечо двуплечего рычага образуется вилкой 16 и первым плечом 19 Г-образного элемента 17, проходящим в направлении сгибания пальца при разогнутой проксимальной фаланге, при этом первое плечо двуплечего рычага соединяется с направляющей 11 основанием 20 вилки 16 (посредством крепежного элемента 21), второе плечо двуплечего рычага образуется вторым плечом 22 Г-образного элемента 17 и соединяется со вторым концом 23 тяги 14 дистальной фаланги его свободным концом.
Тяга 14 дистальной фаланги содержит пологую выемку 24 и пологий выступ 25, расположенные с возможностью ограничения ее движения посредством упора в шарнирное соединение каркасов 9 и 10 средней и дистальной фаланги соответственно при движении каркаса 10 дистальной фаланги в направлении сгибания/разгибания соответственно. Элемент 5 управляющей тяги содержит два пологих выступа 26, расположенных с возможностью ограничения ее движения в направлении сгибания/разгибания посредством упора в направляющую 11.
В представленном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения протез также содержит корпус средней фаланги, образуемый элементами 27 и 28, и корпус 29 дистальной фаланги, закрывающие каркасы 9 и 10 средней и дистальной фаланги соответственно.
На фигуре также изображены различные соединительные элементы (оси, винты), обеспечивающие как подвижные шарнирные, так и неподвижные жесткие соединения соответствующих элементов. Указанные соединительные элементы на фигуре не обозначены.
На фиг. 2 и 3 описанная конструкция протеза представлена в сборе. Идентичные составные элементы протеза, изображенные на фигурах 1, 2 и 3, обозначены одинаково. Элементы, скрытые ввиду представления конструкции в сборе, на фигурах 2 и 3 не обозначены.
Заявляемый функциональный протез, выполненный согласно предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, представленному на фигурах, работает следующим образом.
Предварительно протез надевают на руку, вставляя проксимальную фалангу пальца в приемную гильзу, образованную нижним и боковым держателями 7 и 8 соответственно, и фиксируя запястный фиксатор на запястье посредством ремешка. Далее, совершая сгибание проксимальной фаланги, вставленной в приемную гильзу, воздействуют на управляющую тягу, образованную элементами 5 и 6, которая при этом совершает перемещение вдоль направляющей 11, скользя пальцами 13 по прорезям продольных элементов 12 направляющей 11. Таким образом управляющую тягу перемещают по дуге вокруг пястно-фалангового сустава из первого крайнего положения, соответствующего разогнутому положению проксимальной фаланги, при котором первый из выступов 26, расположенный ближе в проксимальном направлении, упирается в направляющую 11, во второе крайнее положение, при котором второй из выступов 26, расположенный дальше в дистальном направлении, упирается в направляющую 11.  Таким образом управляющей тягой оказывают толкающее усилие на каркас 9 средней фаланги. При этом двуплечий рычаг, образованный вилкой 16 и Г-образным элементом 17, будучи шарнирно установленным на каркасе 9 средней фаланги дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение управляющей тяги с каркасом 9 средней фаланги, а также шарнирно соединенным первым плечом, а именно основанием 20 вилки 16, с направляющей 11, противодействуя толкающему движению управляющей тяги при сгибании проксимальной фаланги пальца, способствует повороту каркаса 9 средней фаланги вокруг его шарнирного соединения с управляющей тягой. Таким образом осуществляют воссоздание движения сгибания средней фаланги пальца относительно проксимальной. При этом посредством шарнирного соединения второго плеча двуплечего рычага, а именно свободного конца второго плеча 22 Г-образного элемента 17, со вторым концом 23 тяги 14 дистальной фаланги, изменяя положение двуплечего рычага относительно каркаса 9 средней фаланги при повороте последнего, перемещают тягу 14 дистальной фаланги в направлении от дистальной фаланги. Посредством шарнирного соединения первого конца 15 тяги 14 дистальной фаланги с каркасом 10 дистальной фаланги, которое находится дальше по направлению сгибания пальца, чем шарнирное соединение каркасов 9 и 10 средней и дистальной фаланги соответственно, осуществляют поворот каркаса 10 дистальной фаланги относительно каркаса 9 средней фаланги. Так осуществляют перемещение тяги 14 дистальной фаланги из первого крайнего положения, при котором шарнирное соединение каркасов 9 и 10 средней и дистальной фаланги соответственно упирается в край выступа 25, во второе крайнее положение, при котором оно утоплено в выемку 24 и упирается в ее края. Таким образом осуществляют воссоздание движения сгибания дистальной фаланги пальца относительно средней. При совершении разгибания проксимальной фаланги пальца, установленной в приемной гильзе, описанная конструкция работает в обратном направлении.
Таким образом, заявляемая конструкция функционального протеза пальца руки с по меньшей мере частично сохранившейся проксимальной фалангой позволяет достичь технический результат, заключающийся в том, чтобы обеспечить максимальное соответствие траектории движения управляющей тяги с приемной гильзой траектории движения помещенной в гильзу проксимальной фаланги пальца и, таким образом, нивелировать нежелательные перемещения гильзы относительно фаланги пальца в процессе использования протеза, а, следовательно, повысить удобство его использования.
Должно быть понятно, что заявляемый функциональный протез, как он определен в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничен конкретными признаками и вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, конкретные признаки и варианты осуществления, описанные выше, раскрыты в качестве примеров, реализующих формулу, и другие эквивалентные признаки могут быть охвачены формулой настоящего изобретения.