Протез бедра с внешним источником энергии

 

Использование: в медицине для протезирования нижних конечностей. Сущность: протез бедра с внешним источником энергии содержит механизм фиксации, выполненный в виде двухступенчатого цилиндрического барабана, установленного на оси коленного шарнира, и охватывающих лент, причем набегающая ветвь ленты, охватывающая цилиндрический барабан большего диаметра, прикреплена к гильзе голени, сбегающая ветвь ленты прикреплена к одному из концов равноплечего двуплечего рычага, установленного на опоре в гильзе голени, к противоположному плечу рычага прикреплен набегающий конец ленты, охватывающий цилиндрический барабан меньшего диаметра, сбегающий конец которого соединен с рычагом, соединенным с сердечником соленоида, установленным в гильзе голени, причем масса и местоположение соленоида с сердечником эквивалентны характеристикам балансировочного груза, при этом перпендикулярно оси основного соленоида установлен дополнительный соленоид с впадиной, а в его сердечнике имеется выступ, не превышающий размер впадины. 2 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию и протезостроению.

Известен также протез бедра, содержащий искусственную стопу, приемную гильзу бедра, гильзу голени, тормозной барабан, разжимной клин, соединенный с приемной гильзой посредством рычагов с системой звеньев, опорную чашу и упругий элемент, причем тормозной барабан контролирует с клином и размещен в проксимальной части гильзы голени. В этом протезе, при нажатии на опорную чашу, лежащий на ней упругий элемент сжимается, а рычаги, связанные шарниром с опорной чашей, поворачиваются вокруг оси на угол, соответствующий перемещению опорной чаши, а другой конец рычага через систему звеньев перемещает клин, фиксируя барабан [1] .

Недостатком устройства является невозможность использования его для длинной культи бедра (вследствие того, что механизм фиксации расположен в дистальной части приемной полости бедра и занимает значительный объем), невозможность рационального распределения масс протеза (т. к. механизм фиксации вследствие своих конструктивных особенностей жестко связан с дистальной частью гильзы бедра), а также недостаточная управляемость.

Наиболее близким к изобретению является протез бедра с управляемым коленным шарниром, содержащий искусственную стопу, голеностопный шарнир, трубку голени, одноостный коленный шарнир, блок управления протезом, два управляющих электромагнита и приемную гильзу бедра [2] .

К недостаткам протеза следует отнести следующее: невозможно использование его для длинной культи бедра; отсутствие подгибания и снижение подкосоустойчивости в фазу опоры на протезированную конечность; разная длина протезированной и здоровой конечностей.

Целью изобретения является протезирование инвалидов с длинной культей бедра, уменьшение энергозатрат при ходьбе на протезе бедра.

Поставленная цель достигается тем, что механизм фиксации выполнен в виде двухступенчатого цилиндрического барабана, установленного на оси коленного шарнира, и охватывающих лент, причем набегающая ветвь ленты, охватывающая цилиндрический барабан большего диаметра, прикреплена к гильзе голени, сбегающая ветвь ленты прикреплена к одному из концов равноплечего двуплечего рычага, закрепляемого в гильзе голени, к противоположному плечу рычага прикреплен набегающий конец ленты, охватывающий цилиндрический барабан меньшего диаметра, сбегающий конец которого соединен с рычагом, соединенным с сердечником соленоида, установленным в гильзе голени, причем масса и месторасположение соленоидов с сердечниками эквивалентна характеристикам балансировочного груза. Таким образом, значительная часть массы функционального механизма фиксации выполняет также и функцию балансировочного груза.

На фиг. 1 схематически изображена часть протеза бедра с коленным механизмом в сагиттальной плоскости и блок-схема управления коленным механизмом; на фиг. 2 - вид части механизма фиксации во фронтальной плоскости.

Протез бедра содержит приемную гильзу бедра 1 и гильзу голени 2, соединенные осью 3. Ось 3 установлена в подшипниках 4 голени 2 и жестко соединена с гильзой бедра 1. На ось 3 насажен тормозной барабан, содержащий две цилиндрические ступени: большего диаметра - 5 и меньшего диаметра 6. Большую цилиндрическую ступень барабана 5 охватывает лента 7, набегающая ветвь которой 8, жестко прикреплена к гильзе голени 2, сбегающая ветвь ленты 7 прикреплена к двуплечему рычагу 9, имеющему одинаковые плечи по обе стороны от оси качания 10, опоры 11, закрепленной в гильзе голени 2. К другому плечу рычага 12 прикреплен набегающий конец ленты 13, охватывающей меньший барабан 6, сбегающая ветвь которой укреплена на рычаге 14 на таком же плече относительно оси поворота 10. Конец рычага 14, с помощью регулировочного винта 15, соединен с сердечником 16 соленоида 17, установленного в гильзе голени 2. Под прямым углом к оси соленоида 17 установлен соленоид 18 с сердечником 19. В сердечнике 16 имеется углубление, в которое может входить сердечник 19. Сердечники 16 и 19 подпружинены демпфирующими элементами 20 и 21. В гильзе голени 2 имеется прорезь 22, по которой можно передвигать соленоид и фиксировать относительно гильзы голени 2 с помощью винта 23 с шайбой 24. Внутри барабанов 5 и 6 уложена токопроводящая обмотка 25, а сами барабаны и охватывающая их лента выполнены из магнитомягкого материала. Управление коленным механизмом протеза бедра осуществляется от датчика импульсов I, источника питания II и усилителя III.

Устройство работает следующим образом.

В фазу переноса протезированной конечности обмотки соленоидов 17 и 18 разъединены от источника тока II, сердечник 16 выдвинут из соленоида 17, а сердечник 19 расположен позади углубления сердечника 16, ленты 7 и 13 не натянуты и гильза голени 2 свободно поворачивается в подшипниках 4 относительно приемной гильзы бедра 1. В фазу опоры на протезированную конечность, при угле между осями гильзы голени 2 и приемной гильзы бедра 1 протезированной конечности 8-20^o на обмотку соленоида 17 поступает импульс тока от датчика 1, усиленный усилителем III. (Датчик I выполнен в виде контактного датчика, установленного в стопе, в виде датчика угла в коленном шарнире либо в виде датчика биоэлектрических импульсов). При этом сердечник 16 втягивается в соленоид 17 и поворачивает рычаг 14 вокруг оси 11 по часовой стрелке вниз. Натягивается сбегающая ветвь ленты меньшего барабана 6, другое плечо рычага 12 поворачивается по часовой стрелке вверх, а конец рычага 9 опускается вниз по часовой стрелке, натягивая сбегающую ветвь ленты 7. Происходит фиксация барабана 5, следовательно, и приемной гильзы бедра 1 относительно гильзы голени 2 при требуемом угле. Для лучшего барабана 5,6, лента 7 и барабан 5,6 выполнены из магнитомягкого материала, и при пропускании тока по токопроводящей обмотке 25 увеличивается сила притяжения ленты 7 к поверхности тормозного барабана 5,6. Для расфиксации коленного механизма достаточно подать управляющий импульс на обмотку соленоида 18, при этом сердечник 19, втягиваясь, выходит из углубления сердечника 16 и пружина 20 выталкивает сердечник 16 из соленоида 17, рычаг 14 поворачивается против часовой стрелки и обе ветви ленты 7 ослабляются.

Преимущества предлагаемого протеза перед базовым объектом следующие. Осуществление подгибания повышения подкосоустойчивости в фазу опоры на протезированную конечность, частично нормализовать характеристики ходьбы в фазу переноса; расположение оси коленного шарнира на естественной анатомической оси для нормализации функциональной длины протезированной конечности; уменьшение энергозатрат при ходьбе на 15-20% . (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 645649, кл. А 61 F 1/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР N 1351599, кл. А 61 F 2/60, 1987.

Формула изобретения

ПРОТЕЗ БЕДРА С ВНЕШНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ, содержащий искуственную стопу, голеностопный шарнир, трубку голени, одноосный коленный шарнир, блок управления протезом, два управляющих электромагнита и приемную гильзу бедра, отличающийся тем, что механизм фиксации выполнен в виде двухступенчатого цилиндрического барабана, установленного на оси коленного шарнира, и охватывающих лент, причем набегающая ветвь ленты, охватывающая цилиндрический барабан большего диаметра, прикреплена к гильзе голени, сбегающая ветвь ленты прикреплена к одному из концов равноплечего двуплечего рычага, установленного на опоре в гильзе голени, к противоположному плечу рычага прикреплен набегающий конец ленты охватывающий цилиндрический барабан меньшего диаметра, сбегающий конец которого соединен с рычагом, соединенным с сердечником соленоида, установленным в гильзе голени, причем перпендикулярно оси основного соленоида установлен дополнительный соленоид со впадиной, в сердечнике дополнительного соленоида содержится выступ, линейные размеры которого не превышают размеров впадины, а сердечники соленоидов подпружинены, при этом барабан и лента выполнены из магнитомягкого материала, а внутри полого барабана уложена токопроводящая обмотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2