Искусственный голеностопный сустав

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к протезостроению и протезированию на основе модульного принципа создания протеза. Искусственный голеностопный сустав содержит корпус со сферическим гнездом и упруго сочлененный с ним шаровой палец, адаптер голени и элементы крепления стопы. Корпус выполнен в виде цилиндрической втулки с фланцем, к которой с одной стороны присоединено выпуклое донышко, охватывающее сегмент сферического гнезда, с противоположной стороны на фланце в зоне контактов адаптера и втулки выполнен дополнительный ограничитель ротационной подвижности в виде буртика с прорезями, в которых расположены внутренние ребра адаптера, а наружная поверхность втулки имеет гладкий и резьбовой со стопорным уступом участки для крепления стопы. Технический результат заключается в обеспечении модульной конструкции и минимизации габаритов путем совмещения функциональной нагрузки элементов конструкции. 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к протезостроению и протезированию на основе модульного принципа создания протеза.

Ставший общепризнанным в мировом протезостроении, этот принцип в последнее десятилетие внедряется и в России (см. ГОСТ Р51191-98 "Узлы протезов нижних конечностей". Общие технические требования).

Вместе с тем, наметились тенденции развития его на уровне модульного подхода к разработке самих модулей (см., например, статью по результатам работ РКК "Энергия" в сборнике трудов "Протезирование и протезостроение", ЦНИИПП, выпуск 96, М., 2000, с.137-143).

Предлагаемое изобретение - пример такого подхода и связано с созданием модуля трехстепенного голеностопного сустава, предназначенного для применения в различных стопах. Оно основывается на опыте разработки и эксплуатации резино-металлических шарниров по российским патентам RU 2062074, 2102942, A 61 F 2/60. Однако в этих и последующих разработках авторами патентов рассматривались встроенные в корпус стопы шарниры, ориентированные на те или иные особенности конкретных конструкций.

Несколько более автономный аналог трехстепенного искусственного голеностопного сустава разработки МПО "Металлист" представлен в Каталоге "Полуфабрикаты, сборочные узлы, инструменты и оборудование протезного производства", Техснабэкспорт, М., 1988, с. 61-63. Конструкция выполнена в виде пластинчатого амортизатора и состоит из двух металлических пластинок и привулканизированной резиновой прокладки с соотношением высоты и поперечных размеров, близким к единице.

Пластинки оснащены элементами болтового крепления, однако конструкция функционирует как искусственный сустав все-таки только при дооснащении ее ограничителями подвижности в виде ремней и буферов, связанных с искусственными стопой и голенью. При этом стендовые испытания показали, что в условиях циклического нагружения подобная конструкция искусственного сустава не обладала достаточной прочностью в желаемом диапазоне возможных масс пациентов.

Наиболее близким модулем-аналогом предлагаемого изобретения является устройство искусственного голеностопного сустава по патенту Великобритании 2161390, A 61 F 2/66, которое принимается далее за прототип.

Согласно этому патенту искусственный голеностопный сустав представляет сочленение шарового с эластичным покрытием, если таковое предусмотрено, и гнездового элемента, имеющего две последовательно расположенные основные корпусные и вспомогательную части, причем первая основная представляет собой зажимной адаптер голени и включает часть гнезда, а вторая как продолжение первой охватывает вспомогательную часть гнезда с фиксацией ее соединительным элементом и простирается далее как ограничитель подвижности в виде срезанной с одного бока юбки с дополнительным кольцевым амортизатором и контактирующего с ними хвостовика шарового элемента, причем для крепления к стопе служат элементы торца хвостовика.

Описанное устройство нашло применение в основном в протезах "Blatchford" (Великобритания). Оно не имеет регулировки в стыке с искусственной голенью и потребовало специального зубчатого соединения в стыке со стопой.

Техническим результатом предлагаемого конструктивного решения является существенное расширение возможной применяемости трехстепенных голеностопных суставов за счет придания им свойств модуля путем дальнейшей минимизации габаритов, совмещения функциональной нагрузки элементов конструкции, использования типового регулируемого стыка.

Сущность изобретения заключается в том, что в искусственном голеностопном суставе, содержащем корпус со сферическим гнездом и упруго сочлененный с ним шаровой палец, адаптер голени и элементы крепления стопы, корпус выполнен в виде цилиндрической втулки с фланцем, к которой с одной стороны присоединено выпуклое донышко, охватывающее сегмент сферического гнезда, с противоположной стороны на фланце в зоне контактов адаптера и втулки выполнен дополнительный ограничитель ротационной подвижности в виде буртика с прорезями, в которых расположены внутренние ребра адаптера, а наружная поверхность втулки имеет гладкий и резьбовой со стопорным уступом участки для крепления стопы.

Предлагаемое конструктивное решение показано на фиг.1 в общем виде и фиг.2, 3 на местном виде и в разрезе. Основные варианты крепления устройства к стопе показаны на фиг.4, 5, 6, 7.

Искусственный голеностопный сустав содержит корпус 1 со сферическим гнездом 2, помещенный в него шаровой палец 3, сочлененный с корпусом 1 через слой резины 4 адаптер голени 5 и элементы крепления стопы 6.

Корпус 1 выполнен в виде цилиндрической втулки 7 с фланцем 8, к которой со стороны 9 присоединено выпуклое донышко 10, установленное, например, на резьбе 11. При этом выпуклое донышко 10 охватывает сегмент 12 сферического гнезда 2.

С противоположной стороны 13 на фланце 8, в зоне контактов 14 установленного на шаровом пальце 3 адаптера 5 и втулки 7, выполнен дополнительный ограничитель ротационной подвижности 15 в виде буртика 16 с прорезями 17, в которых расположены внутренние ребра 18 адаптера 5. На эти ребра установлены накладки 19.

Наружная поверхность 20 втулки 7 имеет гладкий 21 и резьбовой 22 со стопорным уступом 23 участки. При этом гладкий участок 21 используется для крепления стоп, оснащенных ответной частью в виде зажимного втулочного соединителя 24, а резьбовое крепление предусматривает оснащение стоп ответной резьбой 25 и стопорным винтом 26 либо зажимным втулочным соединителем 24. Адаптер 5 имеет типовую пирамидку 27 общепринятого модульного соединения с искусственной голенью.

Основные составляющие устройства - шаровой палец 3 и адаптер 5 - выполнены из сплава титана, а корпус 1 - из сплава титана или высокопрочного сплава алюминия. Резина 4 подобрана из рецептур с HSh=40-60. Накладки 19 выполнены звукопоглощающими из армированной резины.

Зазоры между адаптером 5 и фланцем 8 в зоне контактов 14, а также по элементам ограничителя ротационной подвижности 15 выбраны обеспечивающими лимитируемые значения величин угловой подвижности относительно трех осей устройства.

Устройство выполняется единым по габаритам для стоп наиболее употребляемых размеров 220÷280 и имеет разновидности, отличающиеся материалом корпуса 1, а также твердостью и упругими свойствами резины 4, в зависимости от массы и индивидуальных особенностей пользователя.

Прочностные характеристики устройства подтверждаются автономными прочностными статическими и циклическими испытаниями в двух вариантах крепления его на основаниях, имитирующих ответную часть стоп. Функциональные свойства, связанные с подвижностью и моментными характеристиками, подтверждаются как стендовыми жесткостными, так и эксплуатационными испытаниями с разными стопами, в том числе биомеханическими на специальных стендах.

Сборку предлагаемого устройства со стопой после выбора требуемой разновидности его проводят в зависимости от исполнения посадочных мест в стопе в следующей последовательности: - для стоп с зажимным втулочным соединителем 24 устанавливают сустав в соединитель 24 до упора фланца 8 в кромку 28 с ориентацией пирамидки 27 адаптера 5 в сагиттальной плоскости, затягивают винт 29, обеспечивая неподвижное телескопическое соединение по гладкому участку 21 наружной поверхности 20 втулки 7 корпуса 1 сустава; - для стоп с резьбовым креплением вворачивают сустав резьбовым участком 22 в резьбу 25 в ответной части стопы до упора, затем выворачивают сустав (в пределах одного витка) до соответствующей ориентации пирамидки 27 адаптера 5 в сагиттальной плоскости, что обеспечивается также ориентацией стопорного уступа 23 относительно стопорного винта 26, и затягивают этот винт; - для стоп с резьбовым креплением и зажимным втулочным соединителем 24 выполняют те же операции, что и в предыдущем варианте вплоть до ориентации пирамидки 27, а затем затягивают винт 29.

Для некоторых конструкций стоп не исключается применение сустава без адаптера 5 с установкой шарового пальца 3 в гнездо стопы, в которой посадочные места соответствуют внутренней поверхности адаптера 5. То есть сустав используют в перевернутом положении, которое принципиально по компоновке ближе к прототипу. Для таких вариантов стоп для упрощения соединения с голенью возможно применение выпуклого донышка 10 в дополнительном варианте с пирамидкой 27, аналогичной имеющейся на адаптере 5. Однако вероятность такого использования сустава представляется все-таки незначительной.

Регулировка подвижности устройства осуществляется путем осевого смещения адаптера 5 на шаровом пальце 3 и замены накладок 19 на такие же с большей или меньшей толщиной. При необходимости сустав может заменяться на сустав другой разновидности с иными свойствами резины 4.

При эксплуатации протеза на искусственный голеностопный сустав действуют нагрузки (силы и моменты), вызывающие линейные и, в основном, угловые перемещения адаптера 5, в том числе ротационные, приводящие к упругому сжатию, растяжению и сдвигу слоя резины 4 в пределах подвижности адаптера 5 в зоне контактов 14 и вплоть до упора ребер 18 с накладками 19 в буртик 16. При этом упругие деформации и напряжения в слое резины 4 не превышают допускаемых и обеспечена адгезия с поверхностью сферического гнезда 2 и шарового пальца 3. Прочностные характеристики изделия подтверждаются прочностными статическими и циклическими испытаниями.

Функциональные свойства, связанные с подвижностью и моментными характеристиками, подтверждаются эксплуатационными испытаниями, при этом резиновая прокладка 13 и U-образная накладка обеспечивают снижение уровня шумов при контактах адаптера 14 и кольцевого буртика 12 до приемлемого.

В целом предлагаемое изобретение создает предпосылки для создания модуля трехстепенного голеностопного сустава, поскольку: - изделие выполняется в минимальных габаритах корпуса 1 в виде компактной цилиндрической втулки 7 с минимальными толщинами стенок втулки 7 и донышка 10, исходя из требований прочности при эксплуатации, а прочность их при запрессовке и вулканизации слоя резины 4 обеспечивается оснасткой пресс-формы; - подвижность и регулировка подвижности адаптера 5 относительно втулки 7 в зоне их контактов 14 лимитированы в объеме, достаточном для большинства пользователей на основании биомеханических исследований и опыта эксплуатации резино-металлических шарниров-аналогов; - обеспечено совмещение функциональной нагрузки составляющих корпуса 1 и адаптера 5, которые помимо своего основного назначения обеспечивают задачи ограничения подвижности и регулировки ее; - предусмотрены типовой регулируемый стык адаптера 5 с голенью и сравнительно простые соединения корпуса 1 со стопой.

Создание такого модуля трехстепенного голеностопного сустава, находящегося сейчас в стадии изготовления опытной партии, должно существенно продвинуть отечественное протезирование в достижении еще более качественной реабилитации инвалидов-ампутантов.

Формула изобретения

Искусственный голеностопный сустав, содержащий корпус со сферическим гнездом и упруго сочлененный с ним шаровой палец, адаптер голени и элементы крепления стопы, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической втулки с фланцем, к которой с одной стороны присоединено выпуклое донышко, охватывающее сегмент сферического гнезда, с противоположной стороны на фланце в зоне контактов адаптера и втулки выполнен дополнительный ограничитель ротационной подвижности в виде буртика с прорезями, в которых расположены внутренние ребра адаптера, а наружная поверхность втулки имеет гладкий и резьбовой со стопорным уступом участки для крепления стопы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7