Торсионное устройство экзопротеза

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезам ног. Торсионное устройство экзопротеза содержит проксимальную часть, установленную с возможностью вращения против действия пружинисто-упругого торсионного элемента относительно дистальной части в положительном и отрицательном направлениях вращения. Причем торсионный элемент в положительном направлении вращения имеет торсионную характеристику, отличающуюся от торсионной характеристики в отрицательном направлении вращения. При этом торсионный элемент включает в себя два отдельных торсионных пружинящих элемента, имеющих разную характеристику пружины и помещенных с предварительным натягом между расположенными между ними опорами так, что только соответственно один из обоих торсионных пружинящих элементов действует в одном из обоих направлений вращения. Изобретение позволяет повысить функциональность использования протеза. 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к торсионному устройству экзопротеза, содержащему проксимальную часть, установленную с возможностью вращения против действия пружинисто-упругого торсионного элемента относительно дистальной части в положительном и отрицательном направлениях вращения, причем торсионный элемент в положительном направлении вращения имеет торсионную характеристику, отличающуюся от торсионной характеристики в отрицательном направлении вращения.

Амортизаторы используют в экзопротезировании для подпружинивания и демпфирования сил реакции земли. Силы реакции земли действуют во время ходьбы, бега или прыжков за счет контакта с землей через протез и стержень на культю и остальное тело. Подпружинивание и демпфирование этой нагрузки на чувствительную культю и тело может помочь уменьшить проблемы с культей, избежать перегрузок на мышечный и костный аппарат и улучшить комфорт для пациента. Вращательная способность устройства компенсирует у людей с ампутацией бедра отсутствующую вращательную способность тазобедренного сустава за счет жесткого соединения культя-стержень с тазом. При этом внутреннему вращению стопы относительно таза на фазе стояния цикла хождения придается особое значение. Повышенная вращательная неподвижность (остановочный или начальный момент) для небольших отклонений амортизатора воспринимается пациентом по время полевых испытаний как очень приятное и стабилизирующее.

Описанное выше торсионное устройство приведено в DE 19637173 А1. Раскрыт протезодержатель с заключенным в нем объемом сжимаемой жидкости для поддержки веса пациента. Этот держатель включает в себя первый, закрепляемый на культе ноги пациента концевой участок и второй концевой участок, противоположный первому концевому участку, присоединяемый к протезу ступни и установленный с возможностью вращения относительно первого концевого участка вокруг продольной оси держателя. Первый и второй концевые участки соединены торсионной пружиной, которая первой частью противодействует вращению по часовой стрелке, а второй частью - вращению против часовой стрелки, причем вторая часть выбрана отличной от первой части в зависимости от того, является ли культя ноги пациента правой или левой.

В основе изобретения лежит задача усовершенствования описанного выше торсионного устройства в отношении его функциональности.

Исходя из описанного выше торсионного устройства эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что торсионный элемент включает в себя два отдельных торсионных пружинящих элемента, имеющих разную характеристику пружины и помещенных с предварительным натягом между расположенными между ними опорами так, что только соответственно один из обоих торсионных пружинящих элементов действует в одном из обоих направлений вращения, а именно только в положительном или только в отрицательном направлении вращения.

При таком определении изобретения, а также в последующем описании проксимальная часть может представлять собой также дистальную часть, а дистальная часть - проксимальную; один торсионный пружинящий элемент может включать в себя также группу торсионных пружинящих элементов.

Термином “пружинисто-упругий” должны быть обозначены упругие и/или вязкоупругие и/или фрикционные пружинящие элементы, а также вязкопластичность.

В одной особой форме выполнения оба торсионных пружинящих элемента могут быть образованы двумя состоящими из эластомера кольцевыми сегментами, которые, если смотреть в направлении вращения, непосредственно или косвенно опираются каждый на поводок проксимальной части, а также на неподвижно фиксированную на дистальной части опору.

Для достижения компактной формы выполнения и надежной функции предпочтительно, если оба торсионных пружинящих элемента своим первым концом опираются каждый на противоположные в направлении окружности стороны опоры, а своим вторым концом - на соответственно вторую опору, причем эти вторые опоры установлены на дистальной части с возможностью перемещения каждая в направлении окружности, по меньшей мере, на несколько окружных градусов по направлению к упирающемуся в них торсионному пружинящему элементу.

При этом для согласования характеристики с требованиями пациента целесообразно, если торсионные пружинящие элементы выполнены с возможностью замены.

В другом варианте выполнения целесообразно, если вторые опоры установлены с возможностью перемещения в направлении окружности так, что только одна из этих опор имеет возможность перемещения по направлению к опирающемуся на нее торсионному пружинящему элементу, тогда как другая вторая опора остается под предварительным натягом посредством дополнительной опоры. Это решение приводит к выраженной высокой начальной жесткости.

Согласно изобретению вращательные свойства торсионного устройства можно дифференцированно и индивидуально согласовать, например, в отношении внутреннего и внешнего вращения. Устанавливаемая по-разному торсионная жесткость дает, таким образом, возможность обеспечить “мягкое” внутреннее вращение и достичь за счет “жесткого” внешнего вращения большей стабильности во время толчка пяткой и отталкивания пальцами стопы. Важным для ощущения стабильности пациентом является при этом то, что при незначительных торсионных моментах не наступает заметного вращения. Достигаемое, согласно изобретению, зависимое от направления вращения действие торсионных пружинящих элементов обеспечивает в связи с их предварительным натягом создание также зависимого от направления вращения остановочного момента.

Поскольку помимо нагрузки за счет торсионных элементов на экзопротез и двигательный аппарат человека толчкообразно действуют также осевые усилия, предпочтительно, если торсионное устройство комбинируют с амортизационной системой, содержащей осевой пружинящий элемент, который своим дистальным концом опирается на дистальную часть, а своим проксимальным концом - на проксимальную часть, телескопически направляемую в дистальную часть.

Другие признаки изобретения являются объектом зависимых пунктов формулы и более подробно поясняются в сочетании с другими преимуществами изобретения с помощью примера выполнения.

Служащая примером форма выполнения изобретения изображена на чертежах, на которых изображают:

- фиг.1 - торсионное устройство в продольном разрезе;

- фиг.2 - торсионное устройство по фиг.1 в сечении по линии В-В на фиг.1.

Изображенное торсионное устройство включает в себя проксимальную часть 1, телескопически аксиально перемещаемую в дистальной части 2. Обе части 1, 2 установлены с возможностью вращения по отношению друг к другу против действия пружинисто-упругого торсионного элемента в положительном и отрицательном направлениях вращения. При использовании этого торсионного устройства, например, в протезе голени проксимальная часть 1 может быть соединена с культей протезодержателя, тогда как дистальная часть 2 соединена со стопой протеза.

В изображенном примере выполнения торсионный элемент включает в себя два отдельных торсионных пружинящих элемента 3, 4, имеющих разную характеристику пружины, и из которых только соответственно один торсионный пружинящий элемент действует в одном из обоих направлений вращения, а именно только в положительном 5 или только в отрицательном 6 направлении вращения. При этом оба торсионных пружинящих элемента 3, 4 образованы двумя состоящими из эластомера кольцевыми сегментами, которые своим соответственно первым концом опираются на противоположные в направлении окружности стороны 7а, 7b неподвижно фиксированной на дистальной части 2 опоры 7, тогда как своим соответственно вторым концом они опираются на соответственно вторую опору 8, 9. Эти вторые опоры 8, 9 установлены каждая на дистальной части 2 с возможностью перемещения каждая в направлении окружности, по меньшей мере, на несколько окружных градусов по направлению к упирающемуся в них торсионному пружинящему элементу 3 или 4. Обе перемещаемые вторые опоры 8, 9 опираются на нагружающий их при относительном вращении поводок 10, закрепленный на проксимальной части 1.

Торсионные пружинящие элементы 3, 4 помещены с предварительным натягом на противоположных сторонах окружности между соответствующими им опорами 7, 8 и 7, 9. При этом в одной особой форме выполнения вторые опоры 8, 9 могут быть установлены с возможностью перемещения в направлении окружности так, что соответственно только одна из этих опор имеет возможность перемещения по направлению к опирающемуся на нее торсионному пружинящему элементу 3, 4, тогда как другая вторая опора остается удерживаемой с предварительным натягом дополнительной опорой 11, 12. Эти обе дополнительные опоры 11, 12 выполнены на фиг.2 каждая в виде штифта, который прочно размещен в дистальной части 2 и одним свободным концом входит внутрь в канавку 8а, 9а перемещения второй опоры 8, 9.

Торсионные пружинящие элементы 3, 4 выполнены с возможностью замены, так что, в принципе, существует также возможность замены одного из этих торсионных пружинящих элементов, в основном, жестким элементом, который почти блокирует тогда поворот обеих частей 1, 2 в одном из обоих направлений 5, 6 вращения.

Торсионные пружинящие элементы 3, 4 состоят в изображенном примере выполнения из, в основном, несжимаемого эластомера и при торсионной нагрузке выпучиваются за счет поводка 10 в конструктивно предусмотренное для этого свободное пространство 13, 14, которое может быть рассчитано так, что плоский подъем характеристики пружины торсионных пружинящих элементов 3, 4 к концу торсионного вращения переходит в сильно прогрессирующий подъем.

В принципе, существует возможность того, чтобы обе перемещаемые опоры 8, 9 образовали одновременно подшипниковые вкладыши для проксимальной части 1, вставленной трубообразным патрубком в дистальную часть 2.

Поводок 10 вставлен точно или с натягом между обеими перемещаемыми опорами 8, 9.

Изображенное торсионное устройство оснащено также амортизационной системой, содержащей осевой пружинящий элемент 15, который своим дистальным концом опирается на головку ввинченного в проксимальную часть 1 натяжного винта 16, а своим проксимальным концом - на ввинченный в проксимальную часть 1 запорный винт 17.

В предпочтительном варианте запорный винт 17 одновременно образует натяжной винт 16, при этом осевой пружинящий элемент 15 своим дистальным концом опирается на дистальную часть 2, а своим проксимальным концом на проксимальную часть 1, телескопически перемещаемую в дистальной части 2.

За счет натяжного винта 16 можно плавно прикладывать к осевому пружинящему элементу 15 предварительное натяжение. Запорный винт 17 служит для запирания отверстия, через которое возможна замена осевого пружинящего элемента 15.

Осевой пружинящий элемент 15 образован эластомерным стержнем, который состоит из, в основном, несжимаемого эластомера и при осевой нагрузке выпучивается в конструктивно предусмотренное для этого свободное пространство, которое может быть рассчитано так, что плоский подъем характеристики пружины эластомерного стержня к концу осевого пружинения переходит в сильно прогрессирующий подъем.

Максимальное осевое пружинение ограничено нелинейным концевым упорным пружинящим элементом 19, который образован фиксированным в дистальной части 2 эластомерным кольцом. У свободного от осевого усилия торсионного устройства проксимальная часть 1 прилегает кольцевым заплечиком 1а к ограничивающему ход верхнему упорному пружинящему элементу 20. Предусмотрен далее резьбовой колпачок 21, который навинчен на проксимальный конец дистальной части 2 и образует часть телескопической направляющей для проксимальной части 1.

1. Торсионное устройство экзопротеза, содержащее проксимальную часть, установленную с возможностью вращения против действия пружиняще-упругого торсионного элемента относительно дистальной части в положительном и отрицательном направлениях вращения, причем торсионный элемент в положительном направлении вращения имеет торсионную характеристику, отличающуюся от торсионной характеристики в отрицательном направлении вращения, отличающееся тем, что торсионный элемент включает в себя два отдельных торсионных пружинящих элемента, имеющих разную характеристику пружины и помещенных с предварительным натягом между расположенными между ними опорами так, что только соответственно один из обоих торсионных пружинящих элементов действует в одном из обоих направлений вращения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что торсионные пружинящие элементы выполнены с возможностью замены.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оба торсионных пружинящих элемента образованы двумя состоящими из эластомера кольцевыми сегментами, которые непосредственно или косвенно опираются на поводок проксимальной части в направлении вращения, а также на неподвижно фиксированную на дистальной части опору.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оба торсионных пружинящих элемента своим первым концом опираются на противоположные в направлении окружности стороны опоры, а своим вторым концом на соответственно вторую опору, причем указанные вторые опоры установлены на дистальной части с возможностью перемещения каждая в направлении окружности, по меньшей мере, на несколько градусов окружности к упирающемуся в них торсионному пружинящему элементу.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вторые опоры установлены с возможностью перемещения в направлении окружности так, что только одна из этих опор имеет возможность перемещения по направлению к опирающемуся на нее торсионному пружинящему элементу, тогда как другая вторая опора остается под предварительным натягом посредством дополнительной опоры.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на проксимальной части фиксирован поводок для нагрузки на обе перемещаемые опоры.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что торсионные пружинящие элементы состоят из, в основном, несжимаемого эластомера и выполнены с возможностью прогиба в конструктивно предусмотренное для этого свободное пространство за счет поводка при торсионной нагрузке.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что свободное пространство выполнено так, что плоский подъем характеристики пружины к концу торсионного вращения переходит в сильно прогрессирующий подъем.

9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что обе перемещаемые опоры образуют одновременно подшипниковые вкладыши для проксимальной части, вставленной трубообразным патрубком в дистальную часть.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между обеими перемещаемыми опорами поводок вставлен точно или с натягом.

11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно оснащено амортизационной системой, содержащей осевой пружинящий элемент, который своим дистальным концом опирается на дистальную часть, а своим проксимальным концом на проксимальную часть, телескопически перемещаемую в дистальной части.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит натяжной винт, посредством которого можно плавно прикладывать к осевому пружинящему элементу предварительное натяжение.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что осевой пружинящий элемент выполнен с возможностью замены.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что проксимальная часть имеет запираемое запорным винтом отверстие для замены осевого пружинящего элемента.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что запорный винт одновременно образует натяжной винт.

16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что максимальное действие осевого пружинящего элемента ограничено концевым упорным пружинящим элементом.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что концевой упорный пружинящий элемент выполнен нелинейным.

18. Устройство по п.16, отличающееся тем, что концевой упорный пружинящий элемент образован фиксированным в дистальной части эластомерным кольцом.

19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что у свободного от осевого усилия торсионного устройства проксимальная часть прилегает кольцевым заплечиком к ограничивающему ход верхнему упорному пружинящему элементу.

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что оно содержит резьбовой колпачок, навинченный на проксимальный конец дистальной части и образующий телескопическую направляющую для проксимальной части.

21. Устройство по п.11, отличающееся тем, что упорный пружинящий элемент образован эластомерным стержнем.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что эластомерный стержень состоит из, в основном, несжимаемого эластомера и выполнен с возможностью прогиба при осевой нагрузке в конструктивно предусмотренное для этого свободное пространство, которое выполнено так, что плоский подъем характеристики пружины к концу осевого пружинящего действия переходит в сильно прогрессирующий подъем.