ПРОТЕЗ КОЛЕННОГО СУСТАВА
KNEE JOINT PROSTHESIS

Изобретение касается протезного коленного сустава, содержащего верхнюю часть, которая имеет верхние средства соединения, и установленную с возможностью поворота на верхней части нижнюю часть, которая имеет нижние средства соединения. Верхние и нижние средства соединения служат для крепления протезного коленного сустава к дистально и проксимально присоединяющимся компонентам. Нижние средства соединения служат, как правило, для крепления к стволу голени, на котором, в свою очередь, закреплен протез ступни. Верхние средства соединения служат, или верхнее средство соединения служит, как правило, для крепления ствола бедра, который служит для помещения культи бедра.
Чтобы обеспечить человеку, носящему протез, достаточную уверенность во время ношения протеза, необходимо, чтобы протез был надежно и прочно установлен на культе. Крепления посредством ремней, петель и застежек обладают тем недостатком, что культя может пережиматься и что во время ходьбы не могут учитываться колебания объема культи. Поэтому зарекомендовало себя применение так называемых вакуумных стволов, которые, как правило, состоят из мягкого, воздухонепроницаемого внутреннего ствола, который установлен или зафиксирован на наружном стволе устойчивой формы. На наружном стволе находятся устройства соединения для крепления протезного коленного сустава, то есть гнезда для верхнего средства соединения. Внутренний ствол или лайнер по всей поверхности прилегает к культе бедра и, по существу, воздухонепроницаемо заканчивается наружным стволом.
Промежуточное пространство между лайнером и наружным стволом вакуумируется, так что за счет разрежения достигается фиксация лайнера на наружном стволе. За счет силы сцепления лайнера с культей бедра достигается, таким образом, стабильное соединение между протезным коленным суставом и культей.
В DE 102004036669 А1 описан насос, имеющий по меньшей мере одни гибкие стенки замкнутого объема текучей среды, которые посредством первой силы могут деформироваться в направлении уменьшения объема, а посредством второй силы после предшествующего уменьшения объема - в направлении увеличения объема. Насос имеет впускной клапан, снабженный впускным трубопроводом, и выпускной клапан, снабженный выпускным трубопроводом объема текучей среды. На гибких стенках плоско уложен эластичный материал, который при деформации гибких стенок сжимается посредством одной из сил и восстанавливающая сила которого по окончании действия силы смещает стенки обратно. Насос может применяться как вакуумный насос, который при нажатии ногой под действием веса тела создает вакуум. В качестве области применения указывается вакуумная поддержка вакуумного ствола.
В DE 60126154 Т2 описан вакуумный насос в амортизаторе, который активируется за счет веса.
Работающие за счет веса вакуумные насосы часто имеют небольшой путь смещения, так как осевое смещение во время ходьбы или стояния желательно или допустимо только в ограниченной мере, во избежание оседания тела во время ходьбы. Соединение вакуумного насоса с амортизатором может приводить к трудностям в управлении инерционными фазами.
Задачей настоящего изобретения является предоставить протезный коленный сустав, который имеет улучшенные средства для фиксации на культе бедра.
В соответствии с изобретением эта задача решается с помощью протезного коленного сустава с признаками основного пункта формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения, описании и на фигурах.
Предлагаемый изобретением протезный коленный сустав, содержащий верхнюю часть, которая имеет верхние средства соединения, и установленную с возможностью поворота на верхней части нижнюю часть, которая имеет нижние средства соединения, предусматривает, что протезный коленный сустав снабжен имеющим вход и выход вакуумным насосом, который приводится в действие за счет относительного движения верхней части относительно нижней части, причем вакуумный насос снабжен выпускным трубопроводом с обратным клапаном, при этом вакуумный насос интегрирован в верхнюю часть и соединен с вакуумным стволом. При передаче на вакуумный насос относительного движения верхней части относительно нижней части, то есть вращательного движения, можно обеспечить относительно длинный путь перестановки, так чтобы в вакуумном насосе мог двигаться большой объем. Кроме того, в коленном суставе во время движения действуют большие силы, которые легко могут использоваться для создания вакуума. Благодаря этому можно также использовать большую трансформацию относительного движения между верхней частью и нижней частью через передачу, так чтобы даже при небольших углах сгибания или разгибания могли достигаться большое смещение и большой путь перестановки вакуумного насоса.
Вакуумный насос может быть выполнен так, чтобы во время сгибания создавалось разрежение, во время разгибания происходило выталкивание из камеры насоса. Во время сгибания действуют, как правило, более высокие силы, так что движение сгибания лучше пригодно для того, чтобы создавать вакуум, чем движение разгибания.
Предпочтительным образом в вакуумном насосе расположен всасывающий поршень, который вследствие относительного движения между верхней частью и нижней частью смещается внутри цилиндра насоса или в поршневой камере. Всасывающий поршень может быть при этом выполнен в виде поворотного поршня или линейного поршня. При исполнении в виде линейного поршня происходит преобразование вращательного движения в линейное движение, при применении поворотного поршня вращательное движение верхней части относительно нижней части может сохраняться. Между верхней частью и нижней частью предпочтительно расположено устройство силовой передачи, чтобы передавать относительное движение нижней части относительно верхней части на вакуумный насос. При необходимости трансформация может происходить посредством зубчатой передачи или посредством рычажной передачи, так чтобы можно было получать увеличение силы или пути. Также возможно, чтобы для силовой передачи было предусмотрено зубчатое колесо или несколько зубчатых колес, так чтобы могла применяться зубчатая передача или зубчато-рычажная передача для привода насоса. Протезный коленный сустав может быть выполнен в виде моноцентрического или в виде полицентрического коленного сустава. В обоих вариантах осуществления может применяться вакуумный насос, привод которого осуществляется за счет относительного движения верхней части относительно нижней части.
Предусмотрен обратный клапан, который препятствует обратному оттоку воздуха во всасывающий трубопровод или в камеру всасывания, так чтобы откачанный из промежуточного пространства между лайнером и наружным стволом воздух не мог течь обратно в промежуточное пространство. Благодаря этому поддерживается разрежение. Выпускной трубопровод тоже снабжен обратным клапаном, так чтобы вакуумный насос всегда мог отсасывать воздух из предусмотренного для этого пространства между лайнером и наружным стволом. Для глушения шумов выталкивания перед выпуском или в выпуске расположен глушитель.
Соединение между подлежащим вакуумированию промежуточным пространством и вакуумным насосом может быть выполнено жестким, так как не возникает никакого относительного движения между наружным стволом и вакуумным насосом. Если по конструктивным причинам целесообразнее расположить вакуумный насос в нижней части, предусмотрен всасывающий трубопровод от нижней части к наружному стволу.
Один из вариантов предусматривает, что вакуумный насос закреплен на верхней части или нижней части в виде отдельного конструктивного элемента. Например, вакуумный насос может быть предусмотрен в виде адаптерного устройства, которое закреплено на верхней части. Адаптер имеет тогда верхние средства соединения, например крепежный пилон. Благодаря этому можно, на выбор, оснащать протезный коленный сустав вакуумным насосом или нет, так что при остальном одинаковом исполнении протезного коленного сустава необходимо удалить или добавить только один модуль, чтобы можно было осуществить адаптацию к желаемой конфигурации ствола. Вакуумный насос может быть, однако, выполнен в любом расположении и исполнении, при котором его привод осуществляется за счет относительного движения верхней части относительно нижней части. Он может быть, в частности, расположен впереди или позади верхней части или, соответственно, нижней части, соединять друг с другом верхнюю часть и нижнюю часть или сам образовывать сустав. Он может быть, в частности, также соединен с частью устройства силовой передачи или образовывать часть этого устройства силовой передачи.
Ниже примеры осуществления изобретения поясняются подробнее с помощью фигур. Показано:
фиг. 1: фронтальный вид протезного коленного сустава;
фиг. 2а: вид сечения верхней части во фронтальной плоскости;
фиг. 2b: один из вариантов фиг. 2а во время вакуумирования;
фиг. 2с: один из вариантов фиг. 2а во время выталкивания;
фиг. 3: схематичное изображение конструкции;
фиг. 4: схематичное изображение принципа действия во время эксплуатации;
фиг. 5: изображение сечения верхней части в сагиттальной плоскости;
фиг. 6: один из вариантов фиг. 5 в закрытом положении;
фиг. 7а: протезный коленный сустав в соответствии с фиг. 1 на виде сбоку в разогнутом положении;
фиг. 7b: протезный коленный сустав в соответствии с фиг. 1 на виде сбоку в согнутом положении;
фиг. 8: один и вариантов протезного коленного сустава на виде сбоку;
фиг. 9: вид сечения фиг. 8 в сагиттальной плоскости;
фиг. 10: детальный вид, изображенный в сечении;
фиг. 11: детальный вид сзади.
На фиг. 1 на фронтальном виде показан протезный коленный сустав 1, содержащий верхнюю часть 2, которая имеет верхние средства 3 соединения в виде крепежного пилона. Верхние средства 3 соединения служат для крепления верхней части 2 и вместе с тем всего протезного коленного сустава 1 на не изображенном стволе бедра, посредством которого протезный коленный сустав 1 фиксируется на теле человека, использующего протез. Ствол бедра служит, как правило, для помещения культи бедра, могут быть также предусмотрены другие возможности крепления. Как правило, ствол бедра представляет собой, по существу, закрытую, открытую вверху гильзу, в которую вводится культя. Перед вводом культи на культю натягивается так называемый лайнер, как правило, силиконовый лайнер. Затем лайнер вводится в наружный ствол и отгибается на верхнем крае наружного ствола, так что образуется, по существу, воздухонепроницаемая камера между наружной стороной лайнера и внутренней стороной наружного ствола. При приложении разрежения можно осуществлять или улучшать фиксацию лайнера и вместе с тем культи бедра в наружном стволе.
Верхняя часть 2 установлена шарнирно-подвижно относительно нижней части 4. На нижней части 4 предусмотрены нижние средства 5 соединения для крепления, например, ствола голени и протеза ступни. Также в нижней части 4 могут быть предусмотрены демпфирующие устройства, приводы и/или устройства управления для воздействия на относительное движение между верхней частью 2 и нижней частью 4. Нижняя часть 4 может быть установлена с возможностью поворота посредством одной единственной поворотной оси 16 относительно нижней части 4, альтернативно при полицентрическом коленном суставе может осуществляться комплексное поворотное движение со смещающимися мгновенными полюсами, так чтобы поворотное движение верхней части 2 относительно нижней части 4 было задано не вокруг жестко расположенной на нижней части 4 поворотной оси, а подвижной мгновенной поворотной осью.
Сбоку рядом с верхней частью 2 и нижней частью 4 расположены рычаги 17, функция которых поясняется подробнее ниже.
На верхней части 2 предусмотрен боковой патрубок 6 для отсасывания воздуха и ориентированный вниз выпуск 8. Патрубок 6 для отсасывания воздуха служит для подключения вакуумного насоса 20, который в изображенном примере осуществления интегрирован в верхнюю часть 2, к вакуумному стволу, выпуск 8 служит при возвратном движении всасывающего поршня для того, чтобы заставлять сжатый воздух выходить из цилиндра вакуумного насоса 20.
На фиг. 2а верхняя часть 2 показана на изображении в сечении. Сечение проходит через фронтальную плоскость верхней части 2. Верхнее средство 3 соединения в виде крепежного пилона либо привернуто к верхней части 2, либо выполнено цельно с ней. В верхней части 2 выполнены также патрубок 6 для отсасывания воздуха и выпуск 8. Патрубок 6 для отсасывания воздуха ввернут в отверстие 61. Отверстие 61 служит каналом для передачи воздуха, отсасываемого из не изображенного ствола бедра, к вакуумному насосу 20 по тупиковому трубопроводу 68. Виден всасывающий поршень 14 вакуумного насоса 20, который совершает обратное движение внутри верхней части 2, чтобы во время сгибания или разгибания выполнять возвратно-поступательное движение. От отверстия 61 всасываемый воздух направляется через обратный клапан 7 к всасывающему поршню 14. Обратный клапан 7 препятствует при возвратном движении всасывающего поршня 14 обратному оттоку сжатого воздуха в вакуумный ствол. Чтобы не блокировать обратное движение всасывающего поршня 14, предусмотрен обратный клапан 9 перед выпуском 8, через который может вытекать сжатый воздух.
На фиг. 2b изображено положение клапана во время всасывания воздуха, верхний обратный клапан 7 открыт, так что от патрубка 6 для отсасывания воздуха через отверстие 61 воздух может втекать в камеру всасывания. Обратный клапан 9 препятствует втеканию окружающего воздуха через выпуск 8.
На фиг. 2с предусмотренный для выпуска 8 обратный клапан 9 открыт, воздух, сжатый всасывающим поршнем 9, может вытекать в окружающую среду.
Схематичная конструкция насоса 20 изображена на фиг. 3. На верхней части 2 на патрубке 6 для отсасывания воздуха расположен всасывающий трубопровод 62, который ведет к патрубку для отсасывания воздуха на не изображенном стволе бедра. Также изображены обратные клапаны 7 и 9 для ограничения протока в соответствующем направлении течения. На выходе выпуска 8 расположен шумоглушитель 10 для глушения шума вытесняемого воздуха. Глушитель 10 может быть также расположен в выпуске 8. Внутри верхней части 2 расположен вакуумный насос 20, который имеет всасывающий поршень 14, соединенный с зубчатой рейкой 13. Зубчатая рейка 13 находится в зацеплении с зубчатым колесом 12, которое установлено на валу 11. При движении сгибания протезного коленного сустава и смещении верхней части 2 относительно нижней части 4 при относительном движении зубчатой рейки 13 относительно зубчатого колеса 12 происходит смещение всасывающего поршня 14, благодаря чему создается разрежение, так что воздух всасывается через всасывающий трубопровод 62 и патрубок 6 для отсасывания воздуха в освобождаемое всасывающим поршнем 14 пространство. Движение сгибания, которое указывается стрелкой, приводит к смещению всасывающего поршня 14 на фиг. 3 влево. Относительное движение может осуществляться за счет того, что вал 11 остается вращательно неподвижным, в то время как верхняя часть 2 вращается вокруг вала 11.
На фиг. 4 изображены три положения всасывающего поршня 14, которые соотносятся с положением протезного коленного сустава. На верхнем изображении всасывающий поршень 14 полностью вдвинут. Протезный коленный сустав находится в вытянутом положении. Оба обратных клапана 7, 9 закрыты.
На среднем изображении показано, что протезный коленный сустав находится в положении сгибания, так что всасывающий поршень 14 выдвигается из цилиндра 15 насоса 20. Благодаря этому освобождается объем всасывания, так что воздух из ствола через первый обратный клапан 7 может втекать в цилиндр 15. Когда начинается движение разгибания, так что нижняя часть 4 движется в направлении вперед, всасывающий поршень 14 также смещается в направлении стрелки и уменьшает объем всасывания, так что сжатый при этом воздух внутри цилиндра 15 выходит через обратный клапан 9, 10 из выпуска 8.
На фиг. 5 на изображении в сечении в сагиттальной плоскости показана верхняя часть 2 с ввернутым верхним средством 3 соединения в виде адаптера. Ниже адаптера на валу 11 смонтировано зубчатое колесо 12. Вал 11 установлен с возможностью поворота внутри верхней части 2 и вращается относительно верхней части 2 посредством рычагов 17, которые показаны на фиг. 1, при поворотном движении верхней части 2 вокруг поворотной оси 16. Это достигается за счет того, что вал 1 установлен на рычагах 17 без возможности вращения.
Кроме того, внутри верхней части 2 расположена зубчатая рейка 13, которая находится в зацеплении с зубчатым колесом 12. Для зубчатой рейки 13 предусмотрен всасывающий поршень 14, в изображенном примере осуществления всасывающий поршень 14 ввернут в зубчатую рейку 13. Всасывающий поршень 14 посредством уплотнения 14 уплотнен относительно цилиндра 15. Заглушка 150 образует окончание камеры всасывания на противолежащей всасывающему поршню 14 стороне. Тупиковый канал 68 к не изображенной клапанной системе впадает в камеру всасывания. Всасывающий поршень 14 изображен на расстоянии от заглушки 150, то есть в цилиндре 15 при движении всасывающего поршня 14 от заглушки 150 образовался вакуум, благодаря чему воздух из вакуумного ствола был всосан через патрубок 6 для отсасывания воздуха, отверстие 61 и тупиковый канал 68. Зубчатая рейка 13 и всасывающий поршень 14 еще не находятся в максимально удаленном положении от заглушки 150, что, в свою очередь, означает, что не произошло максимальное сгибание протезного коленного сустава и максимальное смещение верхней части относительно нижней части.
На фиг. 6 показан вариант в соответствии с фиг. 5 в максимально вытянутом положении. Всасывающий поршень 14 примыкает к заглушке 150. Весь воздух вытолкнут из цилиндра 15 через тупиковый трубопровод 68 и не изображенный обратный клапан 8.
На фиг. 7а на виде сбоку показан полицентрический протезный коленный сустав в разогнутом положении. Изображен патрубок 6 для отсасывания воздуха, выпуск 8, а также крепление рычага 17, так называемого переднего водила, на валу 11, на котором, в свою очередь, установлено зубчатое колесо 12 фиг. 6. Рычаг 17 без возможности вращения соединен с валом 11 и с возможностью поворота установлен своим нижним концом на нижней части 4. На нем установлен второй рычаг 18, так называемое заднее водило, которое посредством оси 36 установлено на верхней части 2. При сгибании верхней части 2 относительно нижней части 4 вращательное движение верхней части преобразуется во вращательное движение зубчатого колеса 12 относительно верхней части 2 и вместе с тем относительно зубчатой рейки 13.
Альтернативно вращательной фиксации вала 11 посредством рычагов 17 можно, например, при моноцентрическом суставе выполнить соединение с зубчатой рейкой 13 неподвижного зубчатого колеса, которое расположено вокруг поворотной оси, через зубчатую передачу. Также можно передавать вращательное движение не через зубчатую рейку 13 на осциллирующий всасывающий поршень 14 для создания разрежения, а непосредственно или через передачу на поворотный поршень, который совершает вращательное движение в верхней части 2.
На фиг. 7b показан полицентрический протезный коленный сустав, показанный на фиг. 7а, в согнутом положении. Нижняя часть 4 повернута относительно верхней части 2, причем это относительное движение было передано посредством рычага 17 через вал 11 на находящееся сзади зубчатое колесо 12 и вместе с тем на зубчатую рейку 13. Отчетливо видно, что верхняя часть 2, нижняя часть 4, заднее водило 18 и переднее водило 17 сместились относительно друг друга, и ось вращения коленного сустава не образует самостоятельного конструктивного элемента. Из фиг. 7а и 7b, таким образом, отчетливо видно, что речь идет здесь о полицентрическом протезном коленном суставе.
На фиг. 8 изображен один из вариантов полицентрического протезного коленного сустава 1 с фиг. 7. Вместо интеграции вакуумного насоса 20 в верхнюю часть 2 предусмотрено, что насадка, снабженная корпусом 30, надевается на верхнюю часть 2. В корпусе 30 интегрирован насосный механизм. Привод осуществляется при этом также за счет относительного движения верхней части 2 относительно нижней части 4. Соединенный с рычагом 17 вал 21 в верхней части 2 при этом оснащен устройством силовой передачи, которое передает относительное движение между вращательно жестко установленным на рычаге 17 валом и верхней частью 2 на приводной вал 11 насосного устройства в корпусе 30. Альтернативно расположению вала 21 на рычаге 17 передача вращательного движения может также осуществляться с помощью зубчатой передачи, которая расположена в верхней части 2.
На фиг. 9 на изображении в сечении в сагиттальной плоскости изображена конструкция протезного коленного сустава 1. Вал 21 соединен без возможности вращения с зубчатым колесом 19 в качестве устройства силовой передачи. Когда верхняя часть 2 смещается вокруг поворотной оси 16, вследствие вращательно жесткого крепления на рычаге 17 верхняя часть 2 вращается относительно вала 21. Это приводит к вращательному движению, которое передается на зубчатое колесо 12 вакуумного насоса 20 в корпусе 30. Здесь также вращательное движение передается от зубчатого колеса 12 через зубчатую рейку 13 на всасывающий поршень 14. Верхние средства соединения не изображены и могут крепиться на корпусе 20.
Детальный вид показан на фиг. 10. Видны поворотная ось 16, на которой закреплена верхняя часть 2, а также зубчатое колесо 19 и рычаг 17. Зубчатое колесо 19 в верхней части 2 внутри паза выступает за опорную поверхность, так что соответствующее зубчатое колесо 12 насоса 20 в корпусе 30 может вступать с ним в зацепление с геометрическим замыканием. Корпус 30 может надвигаться на верхнюю часть 2 и блокироваться там. Таким образом, можно выполнить насос в виде модуля, который по необходимости может надеваться на верхнюю часть 2 или сниматься с нее. Вместо корпуса 30 верхнее средство соединения в виде адаптера может устанавливаться в паз или сдвижную направляющую и блокироваться там. На верхней стороне корпуса 30 выполнено крепежное устройство соответственно конфигурации верхней стороны вращающейся части 2, так что адаптер без верхнего средства соединения может крепиться на верхней стороне корпуса 30. На фиг. 10 видны также цилиндр 15, всасывающий поршень 14, патрубок 6 для отсасывания воздуха, а также заглушка 150.
На фиг. 11 на виде сзади показан вариант осуществления в соответствии с фиг. 10. Видно выступающее за опорную поверхность 25 в направляющей 26 в форме ласточкина хвоста зубчатое колесо 19. Также видна соответствующая направляющая в форме ласточкина хвоста на верхней стороне корпуса 30, в которую может вводиться адаптер.