КОЛЕННЫЙ ШАРНИР

Предлагаемое техническое решение относится к медицинской технике для протезирования, в частности, к конструкции коленного шарнира протеза нижней конечности.
Существует конструкция «Протез нижней конечности» (А.С. №1391642, А61F 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 (см. «Протезирование и протезирование», 1986, вып.75, с.95-105).
Известные конструкции коленных модулей не обеспечивают в полном объеме эту функцию. Например, близкий по технической сущности к заявляемому модуль коленный по патенту ФРГ №2228391, А61F 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 ½ 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.
Эти задачи решены в «Модуле коленном к протезу нижней конечности» (А.С. №2071300, А61F 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 и, 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.
Наиболее близкой конструкцией к предложенному техническому решению является «Коленный узел протеза нижней конечности» (А.С. №2086212, А61F 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 несушим корпусом и опирается в своей средней части на амортизирующее устройство.
Конструкция имеет то преимущество, что обеспечивает функцию подгибания протеза в фазе опоры, увеличивая антропоморфность походки уменьшает энергозатраты на ходьбу.
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.
Целью предложенного технического решения является обеспечение плавной, биологически правильной ходьбы со сниженными энергозатратами.
Предложенное техническое решение осуществляется тем, что в коленном шарнире, содержащим бедренную и голенную части, соединительную часть связанные между собой передним и задним звеньями с помощью шарниров, верхнюю корпусную опору, в которой установлен регулируемый по длине упор, амортизатор, нижнюю корпусную опору, в которой размещено голенно-откидное устройство, связанное через шарик с задним звеном, амортизатор со сферическим верхом установлен на упоре, выполненном в виде цилиндра с гнездом, а гнездо имеет вогнутую форму.
Поставленная цель-обеспечение плавной, биологически правильной ходьбы со сниженными энергозатратами достигается тем, что амортизатор установлен на упоре, выполнен в виде цилиндра с гнездом со сферическим верхом, а гнездо имеет вогнутую конусную форму.
Расположение амортизатора на упоре, а не на заднем звене, как в известных конструкциях, позволяет при сохранении геометрических размеров повысить его нагрузочную способность, а установка амортизатора на упоре, выполненном в виде цилиндра с гнездом со сферическим верхом и с гнездом вогнутой конусообразной формой позволяет осуществлять эффективную амортизацию при ходьбе, увеличить ее плавность со снижением энергозатрат и погасить удар при полном выпрямлении.
На фиг.1. Изображен коленный шарнир в разрезе.
На фиг.2. Изображен упор в разрезе без внешнего давления.
На фиг.3. Изображен упор в разрезе со слабым давлением давления.
На фиг.4. Изображен упор в разрезе с большим давления.
Коленный шарнир, содержит бедренную 1 и голенную 2 части, соединительную 3 часть, содержащую переднее 4 и заднее 5 звенья бедренная часть 1 и голенная часть 2 связаны между собой с помощью
шарниров 6, 7, 8, 9, верхнюю корпусную опору 10, в которой установлен регулируемый по длине упор 11, амортизатор 12, нижнюю корпусную опору 13, в которой размещено голенно-откидное устройство 14, связанное через шарик 15 с задним 5 звеном. Амортизатор 12, со сферическим верхом, установлен на упоре 11, выполненном в виде цилиндра с гнездом 16, а гнездо 16 имеет вогнутую конусообразную форму.
Коленный шарнир используют следующим образом.
Бедренная 1 часть при изготовлении протеза соединяются с приемной гильзой культи бедра, а голенную 2 часть соединяют с искусственной голенью.
При ходьбе под действием веса инвалида и сгибательного момента культи бедра происходит разворот переднего 4 и, соответственно, заднего 5 звеньев, приводящий к сгибанию коленного шарнира. Устойчивость коленного шарнира обеспечивается до тех пор, пока результирующая сила находится впереди центра вращения. Положение начального центра вращения регулируется индивидуально при помощи выкручивания упора 11 из верхней корпусной опоры 10. Чем больше кзади и выше находится начальный центр вращения, тем больший запас устойчивости обеспечивается.
Перед постановкой протеза на опору в конце фазы переноса коленный шарнир полностью разогнут. В момент полного разгибания ударные нагрузки гасятся амортизатором 12. Расположение амортизатора 12 на упоре 11, а не на заднем звене 5, как в известных конструкциях, позволяет при сохранении косметичности коленного шарнира увеличить тело заднего звена 5, повысив его нагрузочную способность и в результате выполнить его из алюминиевого сплава тем самым, облегчив конструкцию при сохранении нагрузочных характеристик.