Бессуставная искусственная стопа - RU2168962C2

Чертежи

Описание

Изобретение касается бессуставной искусственной стопы для протеза ноги, которая содержит установленный внутри стопной фасонной детали упругий вкладыш, имеющий в продольном сечении приблизительно C-образную форму с расположенным сзади отверстием, воспринимающий нагрузку протеза своей верхней ветвью C-профиля и передающий ее через свою нижнюю ветвь C-профиля на соединенную с ней плоскую пружину, которая простирается примерно параллельно зоне подошвы вперед за вкладыш стопы и своим передним концом достигает зоны носка стопы.

Первые предложения по техническому решению искусственной стопы предусматривали жесткую конструкцию, например из дерева, которая позднее была снабжена шарниром для имитации функционирования лодыжки. В ходе дальнейшего усовершенствования уже предусматривался упругий, состоящий из плоских пружин вкладыш стопы, обтянутый пенопластолом (см., например, заявку US-A-4959073).

Патент ФРГ DE 4038063 C2 раскрывает бессуставную протезную стопу с цельным, допускающим по меньшей мере подошвенное сгибание и сгибание сзади, а также осевое сжатие вкладышем, имеющим в продольном сечении стопы приблизительно S-образное выполнение. Верхняя ветвь образует с примыкающей к ней под тупым углом передней наклонной ветвью общий жесткий угловой элемент, к нижнему концу которого присоединяется средняя, выполненная наподобие плоской пружины ветвь, связанная на своем заднем конце приблизительно полукруглым соединением с нижней ветвью. При этом нижний конец жесткого углового элемента простирается вперед примерно в зону проксимальных шарниров.

Заявка Франции FR-A-1640499 раскрывает описанную вначале бессуставную искусственную стопу, в которой средняя часть приблизительно C-образного вкладыша расположена примерно в передней трети длины подошвы, а верхняя ветвь C-профиля образует соединение с протезом ноги. C-образный вкладыш стопы выполняет функцию пружины, дополняемую проложенной между обеими ветками C-профиля упругой амортизирующей прокладкой, предназначенной для создания определенной эластичности при наступлении на стопу. Однако практика показала, что и эта искусственная стопа не обеспечивает естественного процесса ходьбы.

Подобная бессуставная искусственная стопа раскрыта, далее, в полезной модели Германии G 93156650. Здесь предусмотрена стопная фасонная деталь из пенопласта с металлическим телом жесткости, образуемым U-образным профилем, соответствующие ветви которого под нагрузкой движутся навстречу друг другу. К своим свободным концам ветви уменьшаются по толщине, а сами концы ветвей снабжены утолщениями. Нижняя ветвь U-профиля на своем свободном конце свинчена с плоской пружиной, а верхняя ветвь U-профиля соединена с гнездом присоединительной детали ноги. Плоская пружина может быть выполнена из углеродного волокна или титана. Промежуток между свободными ветвями U-профиля может быть заполнен мягким пенополиуретаном. Этот пружинный элемент должен допускать движение стопы в смысле просубинации вокруг ее продольной оси и обеспечивать естественный процесс передвижения.

В основу изобретения положена задача усовершенствовать описанную выше бессуставную искусственную стопу в части амортизации при наступании на пятку, упругой деформации, перекатывания и боковой устойчивости, что обеспечивало бы обладателю протеза естественную ходьбу и позволяло ему не только нормально ходить, но и заниматься физическими упражнениями и спортом.

Эта задача решается согласно изобретению следующими признаками:
а) вкладыш стопы образован, в основном, трубчатым цилиндрическим сегментом, расположенным горизонтально, имеющим горизонтальную ось цилиндра и осевую прорезь для образования указанного заднего отверстия,
б) нижняя сторона плоской пружины в зоне между вкладышем стопы и свободным концом плоской пружины выполнена преимущественно выпуклой,
в) верхняя сторона плоской пружины в ее задней концевой зоне образует седловину для опорной установки и фиксирования участка нижней ветви C-профиля вкладыша стопы,
г) верхняя ветвь C-профиля снабжена переходным устройством стопы для разъемного соединения с протезом ноги.

При этом целесообразно, чтобы седловина плоской пружины к ее заднему концу была поднята кверху в виде кругового сегмента, причем вкладыш стопы предпочтительно закрепить на этой седловине с возможностью разъема. Такое крепление может быть осуществлено посредством резьбового болта или зажимного соединения. При этом существенно, чтобы указанное крепление располагалось с просветом позади вертикали, проведенной через ось цилиндра. Тем самым перед местом крепления между передним участком нижней ветви C-профиля и лежащей ниже плоской пружиной создается зазор, клиновидно сужающийся к месту крепления. Созданная при этом зона прогиба существенно способствует достижению естественного процесса передвижения.

Предусмотрено что крепление нижней ветви 24 C-профиля цилиндрического сегмента 1 на седловине 14 плоской пружины 10 осуществляется посредством резьбового болта 26 или зажимного соединения, который или которое находится на расстоянии Θ за вертикалью В, проведенной через ось О' цилиндра.

При использовании резьбового болта 26 его ось 15 составляет с вертикалью В, проведенной через ось О' цилиндра, угол Θ, приблизительно равный 40^o.

При плоском опирании искусственной стоп на примерно горизонтальную опорную поверхность РP' общая плоскость свободного конца 24' нижней ветви 24 C-профиля вкладыша 20 стопы и его оси О' лежит приблизительно горизонтально.

Вкладыш 20 стопы предпочтительно имеет постоянную толщину стенок, а плоская пружина 10 имеет участки различной толщины и/или ширины.

Обе торцевые стороны C1, C2 вкладыша 20 стопы могут быть расположены, если смотреть сбоку, зеркально наискось к оси О' цилиндра и сходятся радиально наружу, в результате чего верхняя ветвь 23 C-профиля является более узкой, чем смонтированная на седловине 14 нижняя ветвь C-профиля.

Альтернативно, обе торцевые стороны C1, C2 вкладыша 20 стопы могут быть расположены параллельно наискось к оси О' цилиндра.

Верхняя ветвь 23 C-профиля в зоне перед переходным устройством 30 предпочтительно выполнена более узкой.

В искусственной стопе предполагается наличие связующего элемента 50, перекрывающего осевой вырез 22 цилиндрического сегмента 21 и связывающего обе ветви 23, 24 C-профиля между собой.

Предусмотрено, что в зоне осевого выреза 22 установлен амортизатор 40, а переходное устройство 30 стопы выполнено с возможностью перемещения относительно верхней ветви 23 C-профиля вкладыша 20 стопы в его окружном направлении г1 и фиксирования в нужном положении на верхней ветви 23 C-профиля или с возможностью юстирования относительно вкладыша 20 стопы в радиальном направлении, или с возможностью поворота относительно вкладыша 20 стопы вокруг вертикальной оси D и фиксирования в нужном положении, причем крепление переходного устройства 30 стопы, выполненного в случае необходимости составным, на вкладыше 20 стопы осуществляется посредством резьбового болта 33, радиально ориентированного к цилиндрическому сегменту 21 и по длине стопы расположенного на расстоянии перед креплением 26 вкладыша 20 стопы на плоской пружине 10, а резьбовой болт 33 проходит через удлиненное отверстие 35 в верхней ветви 23 C-профиля, простирающееся в окружном направлении.

Плоская пружина 10 на своей нижней стороне 10a преимущественно снабжена пяточным клином 61, который закреплен на заднем выступе 11 плоской пружины 10.

Плоская пружина 10 на своей нижней стороне 10a преимущественно снабжена подошвой 60 носка стопы, а подошва 60 носка стопы и пяточный клин 61 преимущественно выполнены заодно с подошвой 80, соединяющей оба этих участка друг с другом.

Искусственная стопа также характеризуется наличием косметической оболочки 1, 1', простирающейся вплоть до зоны 2, 2' лодыжки и охватывающей плоскую пружину 10 полностью, а вкладыш 20 стопы - по меньшей мере значительно, причем передний конец 12 плоской пружины 10 входит в передний участок 81 скольжения полости 70, охваченной косметической оболочкой Г, таким образом, что между концом 12 плоской пружины и косметической оболочкой Г остается еще зона скольжения.

Фиг.1 показывает бессуставную искусственную стопу в продольном разрезе в сагиттальной плоскости,
фиг. 2 - в сильно уменьшенном схематичном изображении сечение по линии II-II на фиг. 1,
фиг. 3 - показанный на фиг.1 вкладыш стопы в уменьшенном масштабе, вид сверху,
фиг. 4 - измененную форму выполнения вкладыша стопы в изображении согласно фиг.3,
фиг. 5 - вариант выполнения бессуставной искусственной стопы в изображении согласно фиг.1.

Показанная на фиг.1 бессуставная искусственная стопа снабжена косметической оболочкой 1 из подходящего материала, определяющей зону 2 лодыжки, зону 3 носка стопы, зону и пятки 4 и зону 5 подошвы.

Далее предусмотрена плоская пружина 10, которая проходит примерно параллельно зоне 5 подошвы и своим передним концом достигает области 3 носка стопы. Плоская пружина 10 может быть выполнена из различных материалов, предпочтительно из пропитанного стекловолокна в матрице из полимерной синтетической смолы. Плоская пружина 10 предпочтительно имеет асимметричную форму и приспособлена к конфигурации левой или правой стопы с продольной осью AA', лежащей в сагиттальной плоскости, показанной на фиг.1. В принципе возможно и симметричное выполнение плоской пружины 10 относительно оси AA'. Нижняя сторона 10a плоской пружины 10 на большей части длины плоской пружины 10 выполнена выпуклой, причем кривизна образована обозначенным на фиг.1 радиусом R с постоянным центром O или сочетанием такого радиуса с перемещаемым центром.

В обоих примерах выполнения, показанных на фиг.1 и 2, плоская пружина 10 снабжена задним выступом 11, от которого толщина плоской пружины 10 равномерно уменьшается к переднему ее концу 12. Задний выступ 11 образует упор 13 и переходит вперед и в седловину 14, определяемую верхней стороной 10b плоской пружины 10 и имеющую кривизну, которая может представлять собой круговой сегмент с центром в точке О'. В зоне этой седловины 14 плоская пружина 10 имеет примерно постоянную толщину, уменьшение которой начинается только от седловины 14 в направлении переднего конца 13 плоской пружины.

В дополнение к плоской пружине 10 искусственная стопа имеет вкладыш 20, опирающийся на седловину 14 и разъемно соединенный с ней. Вкладыш 20 стопы представляет собой по существу цилиндрический сегмент 21 из композиционного материала, обеспечивающего жесткость конструкции, упругость и незначительный удельный вес. Материал может состоять из слоев стекловолокна, уложенных в полимерную матрицу. Цилиндрический сегмент 21 определяет ось О' цилиндра, имеет постоянную толщину стенок и снабжен с задней стороны относительно широкой осевой прорезью 22, благодаря которой цилиндрический сегмент 21 приобретает в поперечном сечении примерно форму открытой назад буквы C, состоящей из верхней, охватывающей угол α ветви 23 C-профиля, нижней, охватывающей угол β ветви 24 C-профиля и из перемычки 25, соединяющей обе ветви 23, 24, охватывающей угол γ.

Согласно примеру выполнения фиксирование цилиндрического сегмента 21 на седловине 14 производится резьбовым болтом 26, который установлен так, что его ось 15 пересекает определяемый осью О' цилиндра центр цилиндрического сегмента 21. На фиг.1, кроме того, видно, что определяемое резьбовым болтом 26 соединение цилиндрического сегмента 21 с седловиной 14 плоской пружины 10 расположено по отношению к проходящей через О' вертикали D со смещением назад на угол Θ, причем угол Θ составляет предпочтительно 35-45^o, в частности около 40^o. Отсюда ясно, что место соединения между цилиндрическим сегментом 21 и плоской пружиной 10 по отношению к вертикали D явно смещено назад, что существенно отличает предложенное согласно изобретению решение от всех известных форм выполнения. При этом целесообразно, чтобы при плоском опирании искусственной стопы на примерно горизонтальную поверхность PP' общая плоскость свободного конца 24' нижней ветви 24 C-профиля цилиндрического сегмента 21 и его оси О' проходила приблизительно горизонтально. Верхняя ветвь 23 C-профиля связана с переходным устройством 30, которое в варианте выполнения согласно фиг.1 имеет трубный удлинитель 31, определяющий голень или же большеберцовую кость. Переходное устройство 30 насадком 32 опирается на наружный периметр верхней ветви 23 C-профиля и фиксируется относительно нее резьбовым болтом 33, который проходит через опорный клин 34, упирающийся в нижнюю сторону верхней ветви 23 C-профиля, через удлиненное отверстие 35, выполненное в верхней ветви 23 C-профиля в ее окружном направлении, и ввинчен в донную поверхность патрубка 36. Последний для его центрирования входит цилиндрическим выступом 37 в соответствующую выемку 38 в верхней стороне переходного насадка 32. После ослабления резьбового болта 33 переходной насадок 32 может быть смещен по отношению к верхней ветви 23 C-профиля в пределах угла f₁ и зафиксирован в нужном положении затяжкой резьбового болта 33. При ослаблении резьбового болта 33 возникает, кроме того, определенный зазор между переходным насадком 32 и верхней ветвью 23 C-профиля. Это дает возможность осуществлять установку искусственной стопы по азимуту на вертикали D между патрубком 36 и переходным насадком 32. В целом такое выполнение переходного устройства 30 стопы позволяет производить юстирование протеза в отношении "конской" стопы или таранной кости, а также благодаря упомянутой установке по азимуту - боковое выпуклое (положение О) или боковое вогнутое (положение X) регулирование сустава. Кроме того, при затяжке резьбового болта 33 одновременно в позиции над верхней ветвью 23 C-профиля фиксируются все важные детали переходного устройства 30 стопы.

Далее из фиг.1 видно, что свободный край 24' нижней ветви 24 C-профиля снабжен амортизатором 40, который взаимодействует со свободным краем 23' верхней ветви C-профиля, если цилиндрический сегмент 21 подвергается соответствующей нагрузке.

В примере выполнения согласно фиг.1 осевая прорезь 22 цилиндрического сегмента 21 перекрыта связующим элементом 50, который соединяет обе ветви 23, 24 C-профиля между собой со стороны, противоположной перемычке 25. Этот связующий элемент 50 может представлять собой, например, матерчатую ленту и служит в первую очередь для предотвращения чрезмерного раздвигания обеих ветвей 23, 24 C-профиля.

В примере выполнения согласно фиг.1 плоская пружина 10 на своей нижней стороне снабжена подошвой 60 носка стопы и пяточным клином 61, которые могут быть, например, приклеены. При этом целесообразно подогнать пяточный клин 61 заподлицо к заднему концу 13 плоской пружины 10, чтобы обеспечить в этой части эффективное крепление и одновременно создать опору для заднего конца 13 плоской пружины.

Описанная выше искусственная стопа особенно проста в изготовлении и обеспечивает естественную ходьбу, причем на упругие свойства позитивное влияние, в частности, оказывает то, что крепление цилиндрического сегмента 21 перенесено на задний участок плоской пружины 10. Давление, передаваемое через пяточный клин 61 или через пятку косметической оболочки 1, приводит к сжатию цилиндрического сегмента 21, в результате чего осевая прорезь 22 частично или полностью закрывается. За этим следует опускание протезной структуры вокруг оси, лежащей вблизи физиологической оси лодыжки, эта ось изображена в примере выполнения согласно фиг.1 как ось O' цилиндра. В результате ступание получается натуральным, способствуя мягкой ходьбе, благодаря чему движение, в частности при ходьбе вниз, упрощается и обеспечивается естественное перекатывание, когда стопа после ступания пяткой полностью наступает на опору и перекатывается. Эти последовательные фазы гармонизируют друг с другом благодаря действию плоской пружины 10, большая длина которой и легкая кривизна в направлении перекатывания благоприятствуют упругой деформации и смещают ее от пяточной подошвы к опорной поверхности, амортизируя тем самым смещение веса идущего человека. Сразу по завершении фазы разгибания начинается фаза перекатывания на уровне плоской пружины 10, которая постепенно разгружается от сжатия. Эта разгрузка приводит к отдаче энергии, накопленной цилиндрическим сегментом 21, а затем к соединению с реакциями плоской пружины, чтобы затем завершиться одной единственной упругой реакцией плоской пружины при одновременном натяжении связующего элемента 50. Сочетание последовательных упругих реакций вызывает пластичную и легкую походку, весьма близкую к естественной.

Такие конструктивные детали как длина и толщина плоской пружины 10, толщина материала и диаметр цилиндрического сегмента 21, и также величина осевой прорези 22 будут учтены специалистом для конкретного обладателя протеза и, в частности, приведены в соответствие с его весом.

Упругая деформируемость цилиндрического сегмента 21 за счет его осевой прорези 22 обеспечивает проворот верхней ветви 23 C-профиля относительно перемычки 25 или же нижней ветви 24 C-профиля, благодаря чему возможны поворотные движения стопы вокруг оси ноги, например, при движении вперед.

С целью создания благоприятных условий для таких движений цилиндрический сегмент 21 может быть выполнен в соответствии с фиг.4. Здесь обе торцевые стороны C1, C2 вкладыша 20 стопы расположены, если смотреть сбоку, наискось к оси O' цилиндра и сходятся радиально наружу, в результате чего верхняя ветвь 23 C-профиля выполнена более узкой, чем смонтированная на седловине 14 нижняя ветвь 24 C-профиля.

В измененной форме выполнения согласно фиг.5 подошва 60 носка стопы и пяточный клин 61 образованы непосредственно оболочкой 1', охватывающей полость 70, которая вмещает как плоскую пружину 10, так и цилиндрический сегмент 21. Последний установлен по отношению к оболочке 1' с просветом, который при деформациях цилиндрического сегмента 21 и/или проворотах его верхней ветви 23 C-профиля исключает любое касание или трение в зоне лодыжки 2'. В этом варианте выполнения оболочка 1' образуют также подошву 80, соединяющую подошву 60 носка стопы с пяточным клином 61. Далее на фиг. 5 видно, что передний конец 12 плоской пружины 10 входит в передний участок 81 скольжения полости 70, охваченной косметической оболочкой 1', таким образом, что между концом 12 плоской пружины и косметической оболочкой 1' еще остается зона скольжения.

Пяточный клин 61 косметической оболочки 1' с помощью средства 82 крепления, показанного лишь схематично, соединен с задним концом 13 плоской пружины 10 так, что оболочка 1' не может совершать относительно плоской пружины 10 никакого относительного движения скольжения вдоль сагиттальной плоскости.

Изобретение не ограничивается примерами выполнения, показанными на фигурах и описанными выше, возможны различные модификации, не выходящие за рамки изобретения.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезированию, и может быть использовано при протезировании инвалидов при помощи бессуставной искусственной стопы с упругим вкладышем. Для улучшения комфорта при ходьбе вкладыш стопы соединен с горизонтально расположенным трубчатым цилиндрическим сегментом с горизонтальной осью цилиндра и предусмотренным сзади осевым вырезом. Нижняя ветвь С-профиля закреплена в задней концевой зоне плоской пружины, простирающейся вперед за вкладыш стопы, а верхняя ветвь С-профиля снабжена переходным устройством для разъемного соединения с протезом ноги. Технический результат заключается в обеспечении амортизации при наступлении на пятку, естественной ходьбы и возможности заниматься спортом. 23 з.п.ф-лы, 5 ил.

Формула