RU2345736C2 - Foot prosthesis with adjustable characteristics - Google Patents
Foot prosthesis with adjustable characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2345736C2 RU2345736C2 RU2006138501/14A RU2006138501A RU2345736C2 RU 2345736 C2 RU2345736 C2 RU 2345736C2 RU 2006138501/14 A RU2006138501/14 A RU 2006138501/14A RU 2006138501 A RU2006138501 A RU 2006138501A RU 2345736 C2 RU2345736 C2 RU 2345736C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foot
- keel
- leg
- lower leg
- prosthetic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится протезу стопы, имеющему хорошие рабочие показатели, улучшенные возможности динамических характеристик в связи с тем, что эти возможности соответствуют механике действующих усилий.The invention relates to a prosthetic foot having good performance, improved dynamic performance due to the fact that these capabilities correspond to the mechanics of the current efforts.
Уровень техникиState of the art
Искусственная безшарнирная стопа ножного протеза описывается в патенте США №5897594, Martin и др. В противоположность прошлым техническим решениям, в которых искусственная стопа имеет жесткую конструкцию с шарниром для имитации функции лодыжки, безшарнирная искусственная стопа согласно Martin и др. использует упругую вставку стопы, установленную внутри выполненной формованием стопы. Эта вставка имеет приблизительно С-образную конструкцию в продольном сечении, открытую назад, и воспринимает нагрузку протеза своего верхнего С-образного конца, и посредством своего нижнего С-образного конца передает нагрузку на пластинчатую пружину, соединенную с ним. Эта пластинчатая пружина, при виде снизу, имеет выпуклую конструкцию и проходит приблизительно параллельно области подошвы вперед за пределы вставки стопы в область оконечности стопы. Это изобретение согласно Martin и др. имеет своей целью усовершенствование безшарнирной искусственной стопы в отношении амортизации ударной нагрузки пятки, упругости, ходьбы с пятки на пальцы и в отношении поперечной устойчивости, чтобы пользователь мог ходить естественной походкой; также цель упомянутого изобретения заключается в обеспечении пользователю возможности нормальной ходьбы и выполнения физических упражнений, участия в спортивных играх. Но динамические характеристики этой искусственной стопы известного уровня техники ограничены и не копируют биомеханические функции стопы человека, лодыжки, голени, мягкой опорной ткани. Искусственная стопа согласно Martin и др. и прочие протезные стопы известного уровня техники, которые используют эту конструкцию лодыжки и жесткий пилон как голень, не могут аккумулировать достаточное количество упругой энергии, чтобы создавать кинетическую энергию в сагиттальной плоскости нормального голеностопного сустава во время ходьбы. Испытания показали, что протезы стопы известного уровня техники таких конструкций дают только около 25% кинетической энергии в сагиттальной плоскости от нормального голеностопного сустава во время ходьбы.An articulated jointless foot of a foot prosthesis is described in US Pat. inside molded foot. This insert has an approximately C-shaped structure in longitudinal section, open back, and takes the load of the prosthesis of its upper C-shaped end, and through its lower C-shaped end transfers the load to the leaf spring connected to it. This leaf spring, when viewed from below, has a convex design and extends approximately parallel to the sole area forward beyond the insertion of the foot into the area of the tip of the foot. This invention, according to Martin et al., Aims to improve the articulated artificial foot in terms of shock absorption of the heel, elasticity, walking from heel to toes and in terms of lateral stability, so that the user can walk with a natural gait; also the purpose of the aforementioned invention is to provide the user with the possibility of normal walking and performing physical exercises, participating in sports games. But the dynamic characteristics of this artificial foot of the prior art are limited and do not copy the biomechanical functions of the human foot, ankle, lower leg, soft supporting tissue. An artificial foot according to Martin et al. And other prior art prosthetic feet that use this ankle design and a rigid pylon as a shin cannot accumulate enough elastic energy to create kinetic energy in the sagittal plane of the normal ankle while walking. Tests have shown that foot prostheses of the prior art of such structures provide only about 25% of kinetic energy in the sagittal plane from the normal ankle joint during walking.
Другие искусственные стопы предлагались Ван. Л. Филлипсом; эти стопы направлены на обеспечение подвижности человеку с ампутированной конечностью, чтобы тот смог заниматься разнообразной деятельностью, которая в прошлом была невозможной из-за конструкционных ограничений и соответствующих рабочих показателей протезов известного уровня техники. Эти известные искусственные стопы будто бы обеспечивают возможность бега и прыжков и других видов активности и согласно сообщениям ими можно пользоваться как обычной естественной стопой. Например, см. патенты США №6071313; 5993488; 5899944; 5800569; 5800568; 5728177; 5728176; 5824112; 5593457; 5514185; 5181932 и 4822363. Эти протезы имеют стопу, лодыжку и голень, выполненные из композитного материала, при этом механическая форма лодыжки обращена назад и имеет выпуклую изогнутость. Испытания показали, что протезы известного уровня техники этой конструкции дают приблизительно 40% кинетической энергии в сагиттальной плоскости нормального голеностопного сустава во время ходьбы. Существует необходимость обеспечения протеза с более высокими рабочими показателями, которые смогут обеспечить человеку с ампутированной конечностью улучшение таких действий, как ходьба, бег, прыжки, спринт, старт, остановка и резкая остановка.Other artificial feet were offered by Wang. L. Phillips; these feet are aimed at providing mobility to an amputee, so that he can engage in a variety of activities that in the past were impossible due to structural limitations and the corresponding performance indicators of prostheses of the prior art. These well-known artificial feet seem to provide the possibility of running and jumping and other types of activity, and according to reports they can be used as a normal natural foot. For example, see US Pat. Nos. 6,071,313; 5,993,488; 5,899,944; 5,800,569; 5,800,568; 5,728,177; 5,728,176; 5,824,112; 5,593,457; 5,514,185; 5181932 and 4822363. These prostheses have a foot, ankle and lower leg made of composite material, while the mechanical shape of the ankle is turned back and has a convex curvature. Tests have shown that prior art prostheses of this design provide approximately 40% kinetic energy in the sagittal plane of the normal ankle joint during walking. There is a need to provide a prosthesis with higher performance indicators that can provide an amputee with an improvement in such actions as walking, running, jumping, sprinting, starting, stopping and stopping abruptly.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Для обеспечения человеку с ампутированной конечностью более высокого уровня действий и функций необходима протезная стопа с высокими рабочими показателями, с улучшенной прикладной механикой, рабочие показатели которой смогут превысить показатели естественной стопы человека и превзойти показатели протезной стопы известного уровня техники. Люди с ампутированной конечностью заинтересованы в том, чтобы иметь протезную стопу с высокими рабочими показателями, с усовершенствованной прикладной механикой, с высокими и низкими динамическими реакциями, с регулируемым выравниванием взаимного положения компонентов с точной настройкой для улучшения горизонтальных и вертикальных составляющих движений, которые могут быть настроены в соответствии со спецификой движений.To provide a person with an amputated limb with a higher level of actions and functions, an orthopedic foot with high performance, with improved applied mechanics is needed, the performance of which can exceed the performance of the human natural foot and surpass the performance of the prosthetic foot of the prior art. Amputee people are interested in having a prosthetic foot with high performance, advanced applied mechanics, high and low dynamic responses, with adjustable alignment of the relative positions of the components with fine tuning to improve horizontal and vertical components of movements that can be customized in accordance with the specifics of the movements.
Протезная стопа согласно настоящему изобретению решает эти задачи. Согласно раскрываемому здесь, приводимому в качестве примера осуществления протезная стопа согласно изобретению содержит продольно проходящий киль стопы, имеющий передний отдел стопы на одном конце, задний отдел стопы на противоположном конце и относительно длинный средний отдел стопы, проходящий между передним отделом стопы и задним отделом стопы и вверх от них. Также обеспечена стойка голени, содержащая изогнутый выпуклостью вниз нижний конец. Регулируемое крепление прикрепляет искривленный нижний конец стойки голени к выгнутому вверх среднему отделу стопы киля и образует область голеностопного сустава протезной стопы. Стойка голени представляет собой упругий элемент, формирующий лодыжку и голень протеза, и упомянутый упругий элемент проходит вверх от киля стопы в виде обращенной вперед выпукло-изогнутой части этого элемента. За счет этой ориентации механической формы угловая скорость механической формы увеличивается при реагировании на сжимающее усилие при нагрузке на поздней стадии средней позиции стопы. Вследствие этого, при использовании этого протеза повышается кинетическая энергия протеза в сагиттальной плоскости во время ходьбы.The prosthetic foot according to the present invention solves these problems. According to an exemplary embodiment disclosed herein, the prosthetic foot according to the invention comprises a longitudinally extending keel of the foot having an anterior foot at one end, a rear foot at an opposite end and a relatively long middle foot extending between the forefoot and hindfoot and up from them. A shank post is also provided comprising a lower end curved downwardly convex. An adjustable mount attaches the curved lower end of the calf to the middle portion of the keel that is curved upwards and forms the ankle of the prosthetic foot. The tibia is an elastic element forming the ankle and lower leg of the prosthesis, and said elastic element extends upward from the keel of the foot in the form of a convex-curved part of the element facing forward. Due to this orientation of the mechanical form, the angular velocity of the mechanical form increases when responding to compressive force under load at a late stage of the midfoot position. As a result of this, when using this prosthesis, the kinetic energy of the prosthesis in the sagittal plane increases during walking.
Регулируемое крепление обеспечивает возможность регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении киля стопы для настройки рабочих показателей протезной стопы. За счет регулирования выравнивания противостоящих выгнутого вверх среднего отдела киля стопы и направленного вниз выпукло искривленного нижнего конца стойки голени по отношению друг к другу характеристики динамической реакции и образуемое движение стопы изменяются сообразно конкретной необходимости по отношению к нужным/желательным горизонтальным и вертикальным линейным скоростям. Данное изобретение обеспечивает протезную стопу многоцелевого использования, с возможностями обеспечения высоких и низких динамических характеристик, и также характеристик движения в двух плоскостях, которые улучшают функциональные возможности людей с ампутированной конечностью в повседневных движениях, в спорте и/или развлечениях. Также предусмотрена стопа специально для спринта.An adjustable mount provides the ability to adjust the alignment of the calf and foot keel relative to each other in the longitudinal direction of the keel of the foot to adjust the performance of the prosthetic foot. Due to the adjustment of the alignment of the opposing upward middle part of the keel of the foot and the convex curved lower end of the lower leg of the leg pointing downwards with respect to each other, the characteristics of the dynamic reaction and the formed foot movement vary according to the specific need with respect to the desired / desired horizontal and vertical linear speeds. This invention provides a multi-use prosthetic foot, with the ability to provide high and low dynamic characteristics, as well as two-plane motion characteristics, which improve the functionality of people with amputated limbs in everyday movements, in sports and / or entertainment. A foot specifically for sprinting is also provided.
Согласно некоторым осуществлениям в стойке голени ее нижний конец обращенно изогнут в виде спирали, и при этом стойка голени проходит вверх в направлении вперед от спирали к ее вертикальному верхнему концу. За счет этого обеспечена стойка голени с выполненной заодно лодыжкой на ее нижнем конце, когда стойка голени прикреплена к килю стопы, причем создаваемое движение в результате реагирования согласно изменяющимся радиусам аналогично движениям, создаваемым имеющей форму параболы стойкой голени согласно изобретению. Стойка голени со спиральным нижним концом прикреплена к килю стопы соединительным элементом. Этот соединительный элемент может содержать стопор, чтобы ограничивать сгибание назад стойки голени во время ходьбы. В некоторых осуществлениях соединительный элемент выполнен заодно с передним отделом киля стопы. Согласно еще одному признаку изобретения соединительный элемент проходит в направлении назад в виде консоли над средним отделом стопы и частью заднего отдела стопы киля. Элемент связи может быть реверсно изогнут вверх, чтобы образовывать обращенную вперед вогнутость, в которой располагается нижний конец стойки голени; при этом реверсно изогнутый нижний конец стойки голени своим концом опирается на соединительный элемент. Получаемый при этом протез имеет повышенную эффективность.According to some embodiments, in the tibial position, its lower end is turned in a helical direction, and the tibial position extends upward from the helix to its vertical upper end. Due to this, the tibia is provided with an ankle made at the same time at its lower end when the tibia is attached to the keel of the foot, and the generated movement as a result of reaction according to varying radii is similar to the movements created by the parabola-shaped tibia according to the invention. The lower leg with a spiral lower end is attached to the keel of the foot with a connecting element. This connecting element may include a stopper to limit the bending of the tibia post back while walking. In some implementations, the connecting element is made integral with the front of the keel of the foot. According to another feature of the invention, the connecting element extends in a rearward direction in the form of a cantilever over the midfoot and a portion of the back of the keel. The communication element may be reversed upward to form a forward concavity in which the lower end of the tibia is located; wherein the reverse curved lower end of the tibial leg rests with its end on the connecting element. The resulting prosthesis has increased efficiency.
Эти и другие признаки и преимущества изобретения поясняются в приводимом ниже подробном описании раскрываемых примеров его осуществления и на прилагаемых чертежах.These and other features and advantages of the invention are explained in the following detailed description of the disclosed examples of its implementation and the accompanying drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг.1 схематически показывает два примыкающих друг к другу радиуса кривизны R1 и R2, один напротив другого, киль стопы и стойку голени протезной стопы согласно изобретению, которые создают характеристики динамической реакции и результирующее движение стопы при ходьбе в направлении стрелки В, перпендикулярной к касательной А, соединяющей эти два радиуса.Figure 1 schematically shows two adjacent radii of curvature R 1 and R 2 , one opposite to the other, the keel of the foot and the tibia of the prosthetic foot according to the invention, which create dynamic response characteristics and the resulting foot movement when walking in the direction of arrow B, perpendicular to tangent A connecting these two radii.
Фиг.2 - вид, аналогичный Фиг.1, но показывающий расположение двух радиусов, которое изменено в протезной стопе согласно изобретению в целях увеличения горизонтальной составляющей и уменьшения вертикальной составляющей динамической реакции и результирующего движения стопы во время ходьбы, при этом стрелка, перпендикулярная касательной линии А1, имеет более горизонтальное направление, чем в случае, иллюстрируемом на чертеже Фиг.1.Figure 2 is a view similar to Figure 1, but showing the location of two radii, which is changed in the prosthetic foot according to the invention in order to increase the horizontal component and reduce the vertical component of the dynamic reaction and the resulting foot movement while walking, with the arrow perpendicular to the tangent line A1 has a more horizontal direction than in the case illustrated in the drawing of Figure 1.
Фиг.3 - боковая проекция протезной стопы согласно приводимому в качестве примера осуществлению изобретения: с адаптером пилона с соединенным с ним пилоном для прикрепления стопы к низу ноги человека с ампутированной конечностью;Figure 3 is a side view of the prosthetic foot according to an exemplary embodiment of the invention: with a pylon adapter with a pylon connected to it for attaching the foot to the lower leg of an amputee;
Фиг.4 - вид спереди протезной стопы с адаптером пилона с соединенным с ним пилоном согласно Фиг.3.Figure 4 is a front view of the prosthetic foot with a pylon adapter with a connected pylon according to Figure 3.
Фиг.5 - вид сверху осуществления, показанного на фиг.3 и 4.5 is a top view of the implementation shown in figure 3 and 4.
Фиг.6 - боковая проекция еще одного киля стопы согласно изобретению, в частности для спринта, который можно использовать в протезной стопе согласно настоящему изобретению.6 is a side view of another keel of the foot according to the invention, in particular for a sprint that can be used in the prosthetic foot according to the present invention.
Фиг.7 - вид сверху киля стопы, показанного на Фиг.6.Fig.7 is a top view of the keel of the foot shown in Fig.6.
Фиг.8 - вид снизу киля стопы в протезной стопе согласно Фиг.3, который обеспечивает высокие и низкие динамические характеристики, а также возможность двухплоскостного движения.Fig. 8 is a bottom view of the keel of the foot in the prosthetic foot according to Fig. 3, which provides high and low dynamic characteristics, as well as the possibility of two-plane movement.
Фиг.9 - боковая проекция еще одного киля стопы согласно изобретению для протезной стопы, особо целесообразной для спринта, выполняемого человеком, у которого стопа ампутирована по Сайму.Fig.9 is a side view of another keel of the foot according to the invention for the prosthetic foot, especially suitable for a sprint performed by a person whose foot is amputated along the Saimaa.
Фиг.10 - вид сверху киля стопы, показанного на Фиг.9.Figure 10 is a top view of the keel of the foot shown in Figure 9.
Фиг.11 - еще один вариант киля стопы протезной стопы согласно изобретению для человека с ампутацией по Сайму; киль стопы обеспечивает протезной стопе высокие и низкие динамические характеристики, а также возможности двухплоскостного движения.11 is another version of the keel of the foot of the prosthetic foot according to the invention for a person with Saima amputation; keel of the foot provides the prosthetic foot with high and low dynamic characteristics, as well as the possibility of two-plane movement.
Фиг.12 - вид сверху киля стопы, показанного на чертеже Фиг.11.Fig - top view of the keel of the foot shown in the drawing of Fig.11.
Фиг.13 - боковая проекция киля стопы согласно изобретению, в котором толщина киля уменьшается, например, равномерно уменьшается от среднего отдела стопы к заднему отделу стопы киля.Fig - lateral projection of the keel of the foot according to the invention, in which the thickness of the keel is reduced, for example, uniformly decreases from the middle section of the foot to the hindfoot of the keel.
Фиг.14 - боковая проекция еще одной формы киля стопы, в котором толщина уменьшается от среднего отдела стопы к переднему отделу стопы и к заднему отделу стопы киля.Fig - lateral projection of another shape of the keel of the foot, in which the thickness decreases from the middle part of the foot to the forefoot and to the rear foot of the keel.
Фиг.15 - вид сбоку и немного сверху имеющей форму параболы стойки голени протезной стопы согласно изобретению; толщина стойки голени уменьшается к ее верхнему концу.Fig. 15 is a side view and a little top view of a parabola-shaped shank post of the prosthetic foot according to the invention; the thickness of the tibia is reduced to its upper end.
Фиг.16 - боковая проекция, аналогичная Фиг.15, но показана другая стойка голени, суживающаяся от середины и к ее верхнему, и к ее нижнему концам.Fig. 16 is a side view similar to Fig. 15, but another tibia is shown tapering from the middle to both its upper and lower ends.
Фиг.17 - боковая проекция С-образной стойкой голени для протезной стопы; толщина стойки голени уменьшается от середины к ее верхнему и ее нижнему концам.Fig - lateral projection of a C-shaped resistant leg for the prosthetic foot; the thickness of the tibial strut decreases from the middle to its upper and lower ends.
Фиг.18 - боковая проекция еще одного примера С-образной стойки голени протезной стопы; толщина стойки голени равномерно уменьшается от ее центра к ее верхнему концу.Fig. 18 is a side view of another example of a C-shaped leg support of the prosthetic foot; the thickness of the tibia is evenly reduced from its center to its upper end.
Фиг.19 - боковая проекция S-образной стойки голени для протезной стопы; толщина обоих концов равномерно уменьшается от ее середины.Fig. 19 is a side view of an S-shaped tibia for the prosthetic foot; the thickness of both ends evenly decreases from its middle.
Фиг.20 - еще один пример S-образной стойки голени, толщина которой уменьшается только на ее верхнем конце.FIG. 20 is another example of an S-shaped tibia, the thickness of which decreases only at its upper end.
Фиг.21 - боковая проекция J-образной стойки голени, сужающейся на каждом конце, для протезной стопы согласно изобретению.Fig. 21 is a side view of a J-shaped tibial leg tapering at each end for a prosthetic foot according to the invention.
Фиг.22 - вид, аналогичный Фиг.21, но толщина J-образной стойки голени равномерно уменьшается только к ее верхнему концу.Fig. 22 is a view similar to Fig. 21, but the thickness of the J-shaped leg of the tibia evenly decreases only to its upper end.
Фиг.23 - вид сбоку и немного сверху соединительного элемента из металлического сплава или пластмассы, используемого в регулируемом креплении согласно изобретению, для прикрепления стойки голени к килю стопы, показанному на Фиг.3.FIG. 23 is a side view and a little top view of a metal alloy or plastic connecting member used in the adjustable mount according to the invention for attaching a calf stand to the keel of the foot shown in FIG. 3.
Фиг.24 - вид сбоку и немного спереди адаптера пилона, используемого в протезе стопы согласно Фиг.3-5, и также применимого со стопой согласно Фиг.28 и 29 для соединения стопы с пилоном, прикрепляемым к ноге человека с ампутированной конечностью.Fig is a side view and a little front view of the adapter of the pylon used in the prosthesis of the foot according to Fig.3-5, and also applicable to the foot according to Fig.28 and 29 for connecting the foot with a pylon attached to the leg of an amputee.
Фиг.25 - боковая проекция еще одной протезной стопы согласно изобретению, аналогичной протезной стопе согласно Фиг.3, но показывающей использование соединительного элемента с двумя отсоединяемыми крепежными деталями, расположенными с интервалом в продольном направлении, соединяющими элемент со стойкой голени киля стопы, соответственно.Fig - side view of another prosthetic foot according to the invention, similar to the prosthetic foot according to Fig.3, but showing the use of a connecting element with two detachable fasteners spaced in the longitudinal direction connecting the element with the leg keel of the foot, respectively.
Фиг.26 - увеличенная боковая проекция соединительного элемента, показанного на чертеже Фиг.25.Fig. 26 is an enlarged side view of the connecting member shown in Fig. 25.
Фиг.27 - увеличенная боковая проекция стойки голени протезной стопы согласно Фиг.25.Fig. 27 is an enlarged side view of the prosthetic calf of the prosthetic foot according to Fig. 25.
Фиг.28 - боковая проекция еще одного осуществления протезной стопы, в которой стойка голени находится внутри декоративного футляра.Fig. 28 is a side view of another embodiment of the prosthetic foot, in which the tibia is located inside the decorative case.
Фиг.29 - вид сверху протезной стопы, показанной на Фиг.28.Fig.29 is a top view of the prosthetic foot shown in Fig.28.
Фиг.30 - поперечное сечение протезной стопы, показанной на Фиг.28 и 29 по линии 30-30, показанной на Фиг.29.Fig. 30 is a cross section of the prosthetic foot shown in Figs. 28 and 29 along line 30-30 shown in Fig. 29.
Фиг.31А и 31В - сечения клиньев разной толщины, которые можно использовать в стопоре тыльного сгибания соединительного элемента, показанного на Фиг.30.Figa and 31B are sections of wedges of different thicknesses, which can be used in the stopper rear bending of the connecting element shown in Fig.30.
Фиг.32 - боковая проекция еще одного осуществления протезной стопы, согласно которому нижний конец стойки голени имеет реверсное искривление в виде спирали и помещен в соединительный элемент, сформированный как одно целое с передним отделом стопы киля стопы, и опирается на этот элемент.Fig. 32 is a side view of another embodiment of the prosthetic foot, according to which the lower end of the tibial leg has a reverse curvature in the form of a spiral and is placed in a connecting element formed integrally with the front part of the foot of the keel of the foot and rests on this element.
Фиг.33 - вертикальная проекция протеза согласно Фиг.32.Fig.33 is a vertical projection of the prosthesis according to Fig.32.
Фиг.34 - вид сзади протеза согласно Фиг.32.Fig. 34 is a rear view of the prosthesis according to Fig. 32.
Фиг.35 - боковая проекция еще одного осуществления протеза, в котором задний компонент киля стопы соединен с реверсно искривленным верхним концом соединительного элемента, сформированного как одно целое с передним отделом стопы киля.Fig. 35 is a side view of yet another embodiment of a prosthesis in which the posterior component of the keel of the foot is connected to a reverse curved upper end of the connecting member formed integrally with the forefoot of the keel.
Фиг.36 - боковая проекция еще одного вида изобретения, где соединительный элемент выполнен как одно целое с килем стопы.Fig - side view of another view of the invention, where the connecting element is made integrally with the keel of the foot.
Фиг.37 - боковая проекция еще одного варианта протеза согласно изобретению, причем соединительный элемент соединен на его заднем конце с килем стопы крепежной деталью.Fig. 37 is a side view of yet another embodiment of a prosthesis according to the invention, the connecting element being connected at its rear end to the keel of the foot with a fastener.
Фиг.38 - боковая проекция еще одного осуществления протеза, в котором соединительный элемент соединен с килем стопы на заднем конце киля стопы.Fig. 38 is a side view of yet another embodiment of a prosthesis in which a connecting element is connected to the keel of the foot at the trailing end of the keel of the foot.
Фиг.39 - боковая проекция стойки голени и расположенного сзади голени устройства согласно осуществлениям Фиг.35-38, показанного отсоединенным от киля стопы и его соединительного элемента.Fig. 39 is a side view of the tibial leg and the posterior tibia of the device according to the embodiments of Figs. 35-38, shown disconnected from the keel of the foot and its connecting member.
Фиг.40 - изображение в перспективе слева и сзади протезной стопы еще одного осуществления изобретения, в котором скомбинированы признаки нескольких других осуществлений.FIG. 40 is a perspective view of the left and back of the prosthetic foot of yet another embodiment of the invention in which the features of several other embodiments are combined.
Оптимальный вариант осуществления изобретенияOptimum Embodiment
Обращаясь к чертежам, протезная стопа 1 согласно приводимому в качестве примера осуществлению в соответствии с Фиг.3-5 содержит проходящий в продольном направлении киль 2 стопы, имеющий передний отдел 3 стопы на одном конце, задний отдел 4 стопы на противоположном конце и выгнутый вверх средний отдел 5 стопы между передним и задним отделами стопы. Средний отдел 5 стопы искривлен выпукло вверх по всей его продольной протяженности между передним и задним отделами стопы в приводимом в качестве примера осуществлении.Turning to the drawings, the
Вертикальная стойка 6 голени стопы 1 прикреплена на части ее направленного вниз выпукло-изогнутого нижнего конца 7 к проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля отсоединяемой крепежной деталью 8 и соединительным элементом 11. Крепежная деталь 8 в этом приводимом в качестве примера осуществлении представляет собой один болт с гайкой и шайбами, но она также может быть и съемным зажимом или другой крепежной деталью для закрепляющего позиционирования и фиксирования стойки голени на киле стопы при затягивании крепежной детали.The vertical leg 6 of the foot of the
Продольное отверстие 9 сформировано на проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля - Фиг.8. Продольное отверстие 10 также сформировано в изогнутом нижнем конце 7 стойки 6 голени, например, согласно Фиг.15. Съемная крепежная деталь 8 проходит через отверстия 9 и 10 и обеспечивает возможность регулирования выставления стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении А-А на чертеже Фиг.5 при ослаблении или съеме крепежной детали 8 в целях точного регулирования рабочих показателей протезной стопы для ее настройки на конкретную задачу. Таким образом, крепежная деталь 8, соединительный элемент 11 и продольные отверстия 9 и 10 образуют регулируемое крепление для прикрепления стойки голени к килю стопы для образования области голеностопного сустава протезной стопы.A
Результаты регулирования выравнивания стойки 6 голени и киля стопы 2 относительно друг друга представлены на чертежах Фиг.1 и 2, где два соседних радиуса R1 и R2 представляют примыкающие друг к другу, обращенные друг к другу куполообразные или выпукло искривленные поверхности среднего отдела 5 стопы киля и стойки 6 голени. Если эти два радиуса рассматривать рядом друг с другом, то способность к движению имеет место перпендикулярно к касательной линии А на Фиг.1, А1 на Фиг.2 между двумя радиусами. Взаимосвязь этих двух радиусов определяет направление результирующего движения. Поэтому в стопе 1 сила динамической реакции зависит от этой взаимосвязи. Чем больше будет радиус вогнутости, тем больше будет возможность динамической реакции. Но чем меньше будет радиус вогнутости, тем быстрее будет его реакция.The results of adjusting the alignment of the shank rack 6 of the lower leg and keel of the
Возможность выравнивания стойки голени и киля стопы в протезной стопе относительно друг друга позволяет смещать радиусы, чтобы изменять горизонтальные или вертикальные линейные скорости сообразно спортивным движениям стопы. Например, для повышения горизонтальной линейной скорости протезной стопы 1 выравнивание можно изменить, чтобы повлиять на взаимосвязь между радиусом стойки голени и радиусом киля стопы. То есть для улучшения характеристики горизонтальной линейной скорости нижний радиус R2 киля стопы смещают дистальнее от его исходного положения: Фиг.2 по сравнению с Фиг.1. За счет этого изменяются динамические реакции, и результирующее движение стопы 1 теперь направлено более горизонтально, и за счет этого можно обеспечить увеличение горизонтальной линейной скорости при тех же прилагаемых силах.The ability to align the tibia and keel of the foot in the prosthetic foot relative to each other allows you to shift the radii to change horizontal or vertical linear speeds in accordance with the sports movements of the foot. For example, to increase the horizontal linear speed of the
Человек с ампутированной конечностью может на практике определить необходимое положение для каждого вида нужных ему/ей движений в отношении горизонтальных и вертикальных линейных скоростей. Для прыжков или баскетбола, например, нужен подъем, более вертикальный, чем для спринтерского бега. Соединительный элемент 11 является выравнивающим соединением, выполненным из пластмассы или металлического сплава (Фиг.3, 4 и 23) и расположенным между прикрепленными килем стопы 2 и стойкой 6 голени. Отсоединяемая крепежная деталь 8 проходит через отверстие 12 в соединительном элементе. Соединительный элемент проходит по прикрепленной части стойки голени и по проксимальной задней поверхности среднего отдела 5 стопы киля.An amputee can, in practice, determine the necessary position for each kind of movements he / she needs with respect to horizontal and vertical linear speeds. For jumping or basketball, for example, you need a lift that is more vertical than for sprinting. The connecting
Изогнутый нижний конец 7 стойки 6 голени имеет форму параболы, и наименьший радиус кривизны этой параболы находится на нижнем конце и проходит вверх, и первоначально вперед в форме параболы. Обращенная назад вогнутость образована кривизной стойки голени, как показано на Фиг.3. Параболическая форма имеет то преимущество, что обеспечивает повышенные динамические характеристики с точки зрения создания увеличенной горизонтальной линейной скорости, что обусловлено относительно большими радиусами ее проксимального конца, и при этом она имеет меньший радиус кривизны на своем нижнем конце, который обеспечивает более быстрое реагирование. Благодаря большим радиусам кривизны на верхнем конце параболы касательная А согласно Фиг.1 и 2 остается более горизонтально ориентированной при изменениях выравнивания, за счет чего повышается горизонтальная линейная скорость.The curved lower end 7 of the lower leg 6 has a parabolic shape, and the smallest radius of curvature of this parabola is at the lower end and extends upward and initially forward in the shape of a parabola. The backward concavity is formed by the curvature of the tibia, as shown in FIG. 3. The parabolic shape has the advantage that it provides increased dynamic characteristics in terms of creating an increased horizontal linear velocity, which is due to the relatively large radii of its proximal end, and it has a smaller radius of curvature at its lower end, which provides a faster response. Due to the large radii of curvature at the upper end of the parabola, the tangent A according to FIGS. 1 and 2 remains more horizontally oriented with alignment changes, thereby increasing the horizontal linear velocity.
Параболическая стойка голени реагирует на силы первоначального контакта с землей при ходьбе тем, что сжимается или спирально сворачивается. При этом радиусы кривой параболы уменьшаются, и вследствие этого снижается сопротивление к сжатию. Напротив, поскольку параболическая стойка голени реагирует расширением на силы реакции опоры для отрыва пятки от земли во время ходьбы, это делает радиусы кривой параболы больше, и вследствие этого сопротивление намного возрастает по сравнению с упомянутым сопротивлением сжатию. Эти сопротивления относятся к функции передней мышцы и задней мышцы икры человека во время ходьбы. При первоначальном контакте с плоскостью стопы во время ходьбы на силы реакции опоры реагирует меньшая передняя группа мышц икры - эксцентрически сокращается для опускания стопы на землю, и при этом создается момент тыльного сгибания. С момента плоской подошвы до момента отрыва пальцев более крупная группа задних мышц икры реагирует на силы реакции опоры тоже эксцентрическим сокращением, и при этом создается более сильный момент подошвенного сгиба. Величина этого момента относится к разнице между размерами передней и задней групп мышц икры. Как следствие, имитируется сопротивление протезной стойки голени моментам тыльного и подошвенного сгибания во время ходьбы, и при этом обеспечивается нормальная походка. Изменяемое сопротивление параболических кривых имитирует функцию мускулатуры икры человека во время ходьбы, бега и прыжков, и вследствие этого повышается эффективность протеза. Испытания показали, что протезная стопа согласно изобретению дает 86% генерирования кинетической энергии нормального голеностопного сустава человека, больше, чем в два раза по сравнению с результатами испытаний обычной протезной стопы упомянутого выше типа, имеющего обращенные назад, выпукло-искривленные лодыжку и голень. Предполагается, что по меньшей мере один фактор этого значительного увеличения кинетической энергии в сагиттальной плоскости, генерируемой протезом данного изобретения, заключается в том, что за счет выпукло-изогнутой вперед упругой лодыжки и выполненной как одно целое с ней упругой голени угловая скорость повышается при реагировании на сжимающее усилие при нагрузке на поздней стадии средней позиции стопы, в то время как угловая скорость протеза известного уровня техники при реагировании на эту нагрузку уменьшается. Это усовершенствование согласно настоящему изобретению снижает затраты энергии пользователя при ходьбе, повышает скорость ходьбы и обеспечивает более нормальную походку.The parabolic stance of the tibia responds to the forces of the initial contact with the ground when walking with the fact that it contracts or spirals. In this case, the radii of the parabola curve decrease, and as a result, the resistance to compression decreases. On the contrary, since the parabolic stance of the lower leg responds by expanding to the reaction forces of the support to lift the heel off the ground while walking, this makes the radii of the curve of the parabola larger, and as a result, the resistance increases much compared to the mentioned compression resistance. These resistances relate to the function of the anterior muscle and the posterior muscle of a person’s calf while walking. At initial contact with the plane of the foot while walking, the smaller front group of calf muscles reacts to the reaction forces of the support - it eccentrically contracts to lower the foot to the ground, and this creates a moment of back flexion. From the moment of the flat sole to the moment the fingers are torn off, the larger group of the posterior calf muscles responds to the reaction forces of the support with an eccentric contraction, and a stronger moment of the plantar bend is created. The magnitude of this moment refers to the difference between the size of the front and rear muscle groups of the calf. As a result, the resistance of the prosthetic leg shank is simulated by the moments of dorsal and plantar flexion during walking, and a normal gait is ensured. The variable resistance of the parabolic curves imitates the muscle function of the human calf during walking, running and jumping, and as a result, the effectiveness of the prosthesis increases. Tests have shown that the prosthetic foot according to the invention provides 86% of the kinetic energy generation of a normal human ankle joint, more than twice as compared to the test results of a conventional prosthetic foot of the above type, having a convex-curved ankle and lower leg, which are turned back. It is assumed that at least one factor of this significant increase in kinetic energy in the sagittal plane generated by the prosthesis of the present invention is that due to the ankle convexly bent forward and executed as a single elastic shin, the angular velocity increases when responding to compressive force under load in the late stage of the midfoot position, while the angular speed of the prior art prosthesis decreases in response to this load. This improvement according to the present invention reduces the user's energy expenditures when walking, increases walking speed and provides a more normal gait.
Человек ходит со скоростью приблизительно три мили в час. Человек, пробегающий одну милю за четыре минуты, пробегает 12 миль за 1 час и 10 сек; спринтер на 100-метровке бежит со скоростью 21 миля/час. То есть получается отношение 1:4:7. Горизонтальная составляющая каждого из этих видов движения увеличивается с увеличением скорости данного вида движения. Поэтому величину радиусов стойки голени протеза можно определять заранее. Для ходока нужна параболически искривленная стойка голени с меньшими радиусами, чем для бегуна на длинные дистанции и для спринтера. Для спринтера нужна параболически искривленная стойка голени, которая в семь раз больше. Эта взаимосвязь показывает, как определять радиусы параболы для ходоков, бегунов и спринтеров. Это важно, т.к. для спринтеров требуется соблюдение более широкого диапазона требований к движению, и их стойки голени должны быть прочнее, чтобы воспринимать повышенные нагрузки этого вида движения. Более широкая или большая параболическая стойка голени будет иметь относительно более плоскую кривую, соответственную повышенной конструкционной прочности для более широкого диапазона движения.A person walks at a speed of approximately three miles per hour. A person running one mile in four minutes runs 12 miles in 1 hour and 10 seconds; a 100-meter sprinter runs at 21 mph. That is, the ratio is 1: 4: 7. The horizontal component of each of these types of movement increases with increasing speed of this type of movement. Therefore, the magnitude of the radii of the leg of the prosthesis can be determined in advance. A walker needs a parabolic curved tibia with shorter radii than a long-distance runner or sprinter. For a sprinter, you need a parabolic curved stance of the lower leg, which is seven times larger. This relationship shows how to determine the radii of a parabola for walkers, runners and sprinters. This is important because sprinters need to comply with a wider range of motion requirements, and their calf shafts must be stronger to absorb the increased loads of this type of movement. A wider or larger parabolic tibia will have a relatively flatter curve corresponding to increased structural strength for a wider range of motion.
Адаптер 13 пилона соединен с верхним концом стойки 6 голени крепежными деталями 14. В свою очередь адаптер 13 прикреплен к нижнему концу пилона 15 крепежными деталями 16. Пилон 15 закреплен на нижней конечности человека с ампутированной конечностью при помощи опорной конструкции (не показана), прикрепленной к культе ноги.The
В приводимом в качестве примера осуществлении передний, средний и задний отделы стопы киля 2 сформированы из цельного упругого материала. Например, можно использовать сплошной пластмассовый материал, сохраняющий форму при изгибе под действием силы реакции опоры. В частности, киль стопы и также стойку голени можно выполнить из слоистого материала с упрочняющим волокном в слоях полимерного основного материала. Например, для формирования киля стопы и стойки голени можно использовать высокопрочный графит, ламинированный эпоксидными термоотверждающимися смолами, либо экструдированную пластмассу с товарным обозначением Delran, или дегазированные полиуретановые сополимеры. Функциональные качества этих материалов обеспечивают высокую прочность с низким весом и с минимальной пластической деформацией. Термоотверждающиеся эпоксидные смолы ламинируют в вакууме в соответствии с промышленными нормами изготовления протезов. Полиуретановые сополимеры можно лить в негативные формы, а экструдированную пластмассу можно подвергать механической обработке. Каждый из этих используемых материалов имеет свои преимущества и недостатки. Обнаружено, что слоистый композитный материал для киля стопы и стойки голени может также преимущественно быть формуемым листовым термоформованным слоистым композитным материалом (препрегом), изготавливаемым по промышленным нормам, с упрочняющим волокном и с термопластным полимерным материалом матрицы для обеспечения хороших характеристик механического растяжения. Соответствующий выпускаемый промышленностью композитный материал такого вида известен под названием CYLON, который выпускает компания Cytec Fiberite Inc., г.Хавр-де-Грас, шт.Мэриленд. Альтернативно, киль стопы и стойка голени в соответствии с этим и другими осуществлениями согласно этому описанию можно выполнить из упругого металлического сплава, например, из титанового сплава сорта 5 с термической обработкой на твердый раствор и с последующим старением (STOA), и с дробеструйной обработкой в соответствии с техническими условиями, повышающими усталостную стойкость за счет введения сжимающих напряжений на поверхности.In an exemplary embodiment, the forefoot, middle and hindfoot sections of the
Все физические свойства упругого материала в отношении жесткости, гибкости и прочности определяются толщиной материала. Более тонкий материал изгибается легче, чем более толстый материал той же плотности. Применяемые материалы, как и их физические свойства, связаны с характеристиками жесткости в зависимости от гибкости протезного киля стопы и стойки голени. Толщина киля стопы и стойки голени единообразная или симметричная в осуществлении согласно Фиг.3-5, но толщина по длине этих компонентов может изменяться согласно приводимому ниже описанию, например, задний и передний отделы стопы можно сделать более тонкими и в большей степени реагирующими на изгиб среднего отдела стопы.All the physical properties of an elastic material with respect to stiffness, flexibility and strength are determined by the thickness of the material. Thinner material bends more easily than thicker material of the same density. The materials used, as well as their physical properties, are related to the stiffness characteristics depending on the flexibility of the prosthetic keel of the foot and lower leg. The thickness of the keel of the foot and lower leg is uniform or symmetrical in the embodiment according to FIGS. 3-5, but the thickness along the length of these components can vary according to the description below, for example, the back and front sections of the foot can be made thinner and more responsive to the average bend department of the foot.
Для обеспечения протезной стопы 1 высокими и низкими характеристиками динамической реакции средний отдел 5 стопы формируют в виде продольной дуги, таким образом, чтобы срединный аспект продольной дуги имел относительно более высокие характеристики динамической реакции, чем фланговый аспект продольной дуги. Для этой цели в этом осуществлении срединный аспект вогнутости продольной дуги имеет больший радиус, чем ее фланговый аспект.To provide the
Взаимосвязь значений срединного радиуса и флангового радиуса вогнутости продольной дуги среднего отдела 5 стопы также определяется как несущие вес области поверхности передней и задней подошвенной поверхности киля 2 стопы. Линия Т1-Т2 на передней секции 5 на Фиг.8 представляет несущую вес область передней подошвенной поверхности. Линия Р1-Р2 представляет заднюю подошвенную несущую вес поверхность секции 5. Подошвенные несущие вес поверхности на латеральной стороне стопы представлены расстоянием Т1-Р1. Подошвенные несущие вес поверхности на медиальной стороне стопы 2 представлены расстоянием Р2-Т2. Расстояния, представленные Т1-Р1 и Р2-Т2, определяют величину радиусов, и поэтому соотношение высоких и низких динамических реакций определяется и зависит от схождения или расхождения этих двух линий Т1-Т2 и Р1-Р2. Таким образом, высокие и низкие динамические реакции могут быть определены при проектировании структуры.The relationship between the values of the median radius and the flank radius of concavity of the longitudinal arch of the middle section of the 5th foot is also defined as bearing the weight of the surface area of the front and rear plantar surface of the keel of the 2nd foot. The T 1 -T 2 line on the front section 5 of FIG. 8 represents the weight-bearing region of the front plantar surface. Line P 1 -P 2 represents the rear plantar weight bearing surface of section 5. The plantar weight bearing surfaces on the lateral side of the foot are represented by the distance T 1 -P 1 . Sole weight-bearing surfaces on the medial side of the
Задний конец 17 заднего отдела 4 стопы имеет форму изогнутой вверх дуги, которая реагирует на силы реакции опоры, когда пятка опускается на землю, своим сжатием для амортизации. Пятка, образуемая задним отделом 4 стопы, сформирована задним боковым углом 18, расположенным дальше назад и более латерально, чем медиальный угол 19, чтобы содействовать вывороту заднего отдела стопы во время фазы первоначального контакта при ходьбе. Передний конец 20 переднего отдела 3 стопы имеет форму изогнутой вверх дуги, моделируя пальцы стопы человека, сгибаемые тыльно в положении поднятия пятки в последней фазе позиции стопы при ходьбе. Снизу переднего и заднего отделов стопы в качестве подушек установлены резиновые или пенопластовые прокладки 53 и 54.The
Характеристика улучшенного двухплоскостного движения протезной стопы создается медиальным и латеральным компенсационными отверстиями 21 и 22, проходящими сквозь передний отдел 3 стопы, расположенными между его дорсальной и подошвенной поверхностями. Компенсационные стыки 23 и 24 проходят вперед от соответствующих отверстий к переднему краю переднего отдела стопы, формируя медиальную, среднюю и латеральную плоскости 25-27 продольного изгиба, за счет которых улучшается способность к двухплоскостному движению переднего отдела стопы киля стопы. Компенсационные отверстия 21 и 22 расположены по линии В-В на Фиг.5 в поперечной плоскости, которая проходит под углом α 35° к продольной оси А-А киля стопы, и при этом компенсационное медиальное отверстие 21 смещено вперед далее латерального компенсационного отверстия 22.The characteristic of the improved two-plane movement of the prosthetic foot is created by the medial and
Угол α линии В-В к продольной оси А-А на Фиг.5 может составлять 15° и все же обеспечивать высокие и низкие динамические характеристики. При изменении этого угла α должен также изменяться угол Z линии Т1-Т2, показанный на Фиг.8. Компенсационные отверстия 21 и 22 в проекции на сагиттальную плоскость наклонены под углом 45° к поперечной плоскости, причем дорсальный аспект этих отверстий смещен вперед по отношению к подошвенному аспекту. При этом расстояние от отсоединяемой крепежной детали 8 до компенсационного латерального отверстия 22 короче расстояния от отсоединяемой крепежной детали до медиального компенсационного отверстия 21, и поэтому латеральная часть протезной стопы 1 имеет более короткий рычаг пальцев, чем медиальная, тем самым обеспечивая высокие и низкие динамические характеристики среднего отдела стопы. Помимо этого, расстояние от отсоединяемой крепежной детали 8 до латеральной подошвенной несущей вес поверхности, представленное линией Т1, короче расстояния от отсоединяемой крепежной детали до представленной линией Т2 несущей вес поверхности медиальной подошвенной поверхности, в результате чего латеральная часть протезной стопы 1 имеет более короткий рычаг пальцев, чем медиальная, обеспечивая высокие и низкие динамические характеристики среднего отдела стопы.The angle α of line B-B to the longitudinal axis AA in FIG. 5 can be 15 ° and still provide high and low dynamic characteristics. When this angle α is changed, the angle Z of the line T 1 -T 2 shown in FIG. 8 must also change. The
Передняя часть заднего отдела 4 стопы киля 2 также имеет компенсационное отверстие 28, проходящее сквозь заднего отдела 4 стопы между его дорсальной и подошвенной поверхностями. Компенсирующий стык 29 проходит назад от отверстия 28 к заднему краю заднего отдела стопы, формируя компенсирующие плоскости 30 и 31 продольного изгиба. За счет этого повышается способность к двухплоскостному движению заднего отдела стопы.The front of the rear section 4 of the foot of the
Дорсальный аспект среднего отдела 5 стопы и переднего отдела 3 стопы киля 2 формирует обращенную вверх вогнутость 32, Фиг.3, в результате чего имитируется функция пятилучевой оси движения стопы человека. То есть вогнутость 32 имеет продольную ось С-С, ориентированную под углом β в 15°-35° к продольной оси А-А киля стопы, при этом медиальная часть выдается вперед далее латеральной, содействуя пятилучевому движению во время ходьбы как в наклонной оси поворота «низшей передачи» плюсен со второй по пятую в стопе человека.The dorsal aspect of the middle section 5 of the foot and the anterior section 3 of the foot of the
Способность к двухплоскостному движению имеет важное значение, когда человеку с ампутированной конечностью приходится идти по неровной местности или когда спортсмен ставит ногу медиально или латерально. Направление вектора силы реакции опоры изменяется от сагиттально ориентированного к направлению, имеющему составляющую во фронтальной плоскости. Сила реакции опоры будет действовать медиально в противоположном направлении к стопе, отталкивающейся латерально. Вследствие этого стойка голени наклоняется медиально, и вес прилагается к медиальной структуре киля стопы. Реагируя на эти давления, медиальные плоскости 25-31 продольного изгиба компенсационного стыка киля 2 стопы тыльно сгибаются (выгибаются вверх) и обратно, и латеральные компенсационные плоскости 27 и 30 подошвенно изгибаются (изгибаются вниз) и выворачиваются. Это движение ставит подошвенную поверхность стопы плоско на землю (подошвенная стадия).The ability to move in two planes is important when an amputee has to walk on rough terrain or when an athlete puts his foot medially or laterally. The direction of the support reaction force vector changes from sagittally oriented to a direction having a component in the frontal plane. The reaction force of the support will act medially in the opposite direction to the foot, repelling laterally. As a result of this, the tibia stance is tilted medially, and weight is applied to the medial structure of the keel of the foot. In response to these pressures, the medial planes 25-31 of the longitudinal bend of the compensating joint of the
В протезной стопе еще одного варианта выполнения согласно изобретению можно использовать еще один киль стопы 33 согласно изобретению, особенно для спринта, см. Фиг.6 и 7. Центр тяжести тела в спринте становится почти исключительно ориентированным в сагиттальной плоскости. Для протезной стопы не требуется иметь низкую динамическую реакцию. Поэтому не нужна наружная поворотная ориентация в пределах 15°-35° продольной оси вогнутости переднего, среднего отделов стопы как в киле стопы 2. Напротив, продольная ось D-D ориентации вогнутости должна стать параллельной фронтальной плоскости согласно Фиг.6 и 7. В результате этого стопа в спринте реагирует только в сагиттальном направлении. При этом ориентация компенсационных отверстий 34 и 35 в переднем и среднем отделах стопы по линии Е-Е параллельна фронтальной плоскости, т.е. латеральное отверстие 35 смещено в направлении вперед и находится на одной линии с медиальным отверстием 34 и параллельно вертикальной плоскости. Передний конец 36 киля стопы 33 также стал параллельным фронтальной плоскости. Задняя оконечная область 37 пятки киля стопы также параллельна фронтальной плоскости. Эти модификации отрицательно сказываются на многоцелевом характере протезной стопы. Тем не менее, эти рабочие показатели соответствуют специальной настройке. Еще одно изменение киля стопы 33 при беге на короткую дистанцию происходит в области пальцев в лучевой области переднего отдела стопы, где 15° тыльного изгиба в киле стопы 2 увеличиваются до 25-40° тыльного изгиба в киле стопы 33.In the prosthetic foot of yet another embodiment according to the invention, another keel of the
Фиг.9 и 10 показывают еще один киль стопы 38 согласно настоящему изобретению для протезной стопы, особо применимой для спринта человеком с ампутированной по Сайму стопой. Для этого средний отдел стопы киля 38 имеет заднюю, обращенную вверх вогнутость 39, в которой искривленный нижний конец стойки голени прикреплен к килю стопы при помощи съемной крепежной детали. Этот киль стопы могут использовать все люди с ампутированной нижней конечностью. Киль стопы 38 соответствует более длинной оставшейся конечности у человека с ампутированной по Сайму конечностью. Его рабочие показатели явно более быстрые с точки зрения динамической реакции. Его использование не ограничивается этим уровнем ампутации. Его можно использовать на всех чрезбольшеберцовых и чрезбедренных ампутациях. Киль 40 стопы в осуществлении согласно Фиг.11 и 12 тоже имеет вогнутость 41 для человека с конечностью, ампутированной по Сайму, причем этот киль обеспечивает протезную стопу с высокой и низкой динамической реакцией и также со способностью к двухплоскостному движению, аналогично осуществлению согласно Фиг.3-5 и 8.Figures 9 and 10 show another keel of the
Функциональные характеристики нескольких килей стопы для протезной стопы 1 связаны с особенностями формы и конструкции, т.к. они относятся к вогнутостям, выпуклостям, размеру радиусов, растяжению, сжатию и к физическим свойствам материала, и все эти свойства относятся к силам противодействия опоры во время ходьбы, бега и прыжков и реагируют на эти силы.The functional characteristics of several keels of the foot for the
Киль 42 стопы согласно Фиг.13 аналогичен килю осуществления согласно Фиг.3-5 и 8, за тем исключением, что толщина киля стопы уменьшается от среднего отдела стопы к задней части заднего отдела стопы. Киль 43 стопы согласно Фиг.14 имеет единообразно уменьшающуюся толщину на его переднем и заднем концах. Аналогичные изменения толщины показаны в стойке 44 голени на Фиг.15 и в стойке 45 голени на Фиг.16, которые можно использовать в протезной стопе 1. Каждая конструкция киля стопы и стойки голени дают разные функциональные результаты, т.к. они относятся к горизонтальной и вертикальной линейным скоростям, улучшающим показатели по разным спортивным видам движения. Возможность многих конфигураций и регулировок в отношении стойки голени во взаимных настройках киля стопы и стойки голени создает взаимосвязь стойки голени протезной стопы, которая дает человеку с ампутированной конечностью и/или протезисту возможность точной регулировки протезной стопы для максимальных рабочих показателей в выбираемом одном действии из числа разнообразных действий ходьбы или активного отдыха.The keel of the
Прочие стойки голени для протезной стопы 1 показаны на Фиг.17-22 и включают в себя С-образные стойки 46 и 47 голени, S-образные стойки 48 и 49 голени и модифицированные J-образные стойки 50 и 51 голени. Верхний конец стойки голени может также иметь прямой вертикальный конец с пирамидальной крепежной пластиной, прикрепленной к этому проксимальному концу. Охватываемую пирамиду можно привинтить к этому вертикальному концу стойки голени и через него. В удлиненных отверстиях проксимального и дистального концов стойки голени можно также предусмотреть пластмассовые или алюминиевые наполнители для вмещения проксимальной охватываемой пирамиды и дистального киля стопы. Протезная стопа согласно изобретению является модульной системой, предпочтительно конструируемой унифицированными компонентами и с унифицированными габаритами для гибкости и разнообразия использования.Other lower leg racks for the
Все легкоатлетические виды бега происходят против часовой стрелки. Еще одна дополнительная особенность изобретения учитывает силы, воздействующие на стопу, двигающуюся по такой искривленной траектории. Центростремительное ускорение действует к центру вращения, когда объект двигается по искривленной траектории. Третий закон Ньютона применим для действия энергии. Имеется равная противодействующая сила. Т.е. для каждой «центростремительной» силы имеется «центробежная» сила. Центростремительная сила действует к центру вращения, а центробежная, т.е. противодействующая, сила действует от центра вращения. Если спортсмен бежит по дорожке по криволинейной траектории, то центростремительная сила притягивает бегуна к центру криволинейной траектории, а центробежная сила отталкивает его от центра криволинейной траектории. Чтобы противодействовать центробежной силе, которая выталкивает бегуна наружу, бегун наклоняется в направлении внутрь. Если направление вращения бегуна на дорожке всегда против часовой стрелки, то левая сторона является внутренней стороной дорожки. Поэтому согласно настоящему изобретению левую сторону правой и левой стоек голеней протезной стопы можно сделать тоньше, чем правую сторону, и улучшить показатели бега по криволинейной траектории у человека с ампутированной конечностью.All track and field athletics run counterclockwise. Another additional feature of the invention takes into account the forces acting on the foot moving along such a curved path. Centripetal acceleration acts toward the center of rotation when an object moves along a curved path. Newton’s third law applies to the action of energy. There is an equal opposing force. Those. for each “centripetal” force there is a “centrifugal” force. The centripetal force acts toward the center of rotation, while the centrifugal force, i.e. counteracting, the force acts from the center of rotation. If an athlete runs along a path along a curved path, then the centripetal force pulls the runner to the center of the curved path, and the centrifugal force pushes him away from the center of the curved path. To counteract the centrifugal force that pushes the runner out, the runner leans inward. If the direction of rotation of the runner on the track is always counterclockwise, then the left side is the inside of the track. Therefore, according to the present invention, the left side of the right and left racks of the legs of the prosthetic foot can be made thinner than the right side, and to improve the running performance on a curved path in a person with an amputated limb.
Кили 2, 33, 38, 42 и 43 стопы в нескольких осуществлениях все имеют длину 29 см с пропорциями стопы 1, показанными в масштабе на Фиг.3, 4 и 5, и в нескольких видах разных стоек голеней и килей стопы.The
Но специалисту, очевидно, что конкретные габариты протезной стопы можно изменять в зависимости от размера, веса и др. характеристик данного человека, пользующегося данным килем стопы. Стопа, лодыжка, голень и мягкие опорные ткани человека нагружаются кинетической энергией во время фазовых позиций стопы при ходьбе и во время бега. Более длинная протезная стойка голени аккумулирует большее количество энергии. Поэтому большее количество кинетической энергии голеностопного сустава используется для совершения работы при ходьбе, во время бега и прыжка. Поэтому протез стойки голени можно прикрепить к самым проксимальным участкам лунки культи, например, на высоте большеберцового бугра.But the specialist, it is obvious that the specific dimensions of the prosthetic foot can be changed depending on the size, weight and other characteristics of the person using this keel of the foot. The foot, ankle, lower leg and soft supporting tissues of a person are loaded with kinetic energy during the phase positions of the foot when walking and while running. A longer prosthetic leg stand stores more energy. Therefore, a greater amount of kinetic energy of the ankle joint is used to perform work when walking, while running and jumping. Therefore, the prosthesis of the tibia can be attached to the most proximal sections of the stump hole, for example, at the height of the tibial tubercle.
Ниже приводится описание действия протезной стопы 1 в циклах фазовых позиций стопы при ходьбе и во время бега. Три закона Ньютона о движении, которые относятся к закону инерции, ускорения и действия-противодействия, являются основой кинематики движения стопы 2. Из третьего закона Ньютона, закона действия и противодействия известно, что опора отталкивает стопу в направлении, которое аналогично и противоположно направлению, в котором стопа опускается на опору. Это отталкивание известно как силы реакции опоры. В области изучения ходьбы, бега и прыжка, совершаемых человеком, проведено много научных исследований. Исследования с использованием измеряющих усилие пластин показали, что при ходьбе действует третий закон Ньютона. Из этих исследований нам известно направление действия на стопу со стороны опоры.The following is a description of the action of the
Фазы позиции стопы при ходьбе/беге можно подразделить на фазы замедления и ускорения. Когда протезная стопа касается земли, то стопа сначала опускается на землю, а земля отталкивает ее в аналогичном и противоположном направлении, т.е. земля отталкивает протезную стопу в направлении назад. За счет этого протезная стопа двигается. Анализ фаз позиции стопы при ходьбе и беге начинается с точки контакта, которая является задним латеральным углом 18, Фиг.5 и 8, который смещен больше назад и латерально, чем медиальная сторона стопы. Это смещение при первоначальном контакте обусловливает выворот стопы и подошвенный изгиб стойки голени. Стойка голени всегда стремится в положение, которое передает вес тела через голень, например, стремится к тому, чтобы ее длинный вертикальный элемент был в положении, противоположном силам реакции опоры. По этой причине она перемещает заднеподошвенные изгибы, чтобы противодействовать силе реакции опоры, которая отталкивает стопу назад.The phases of the foot position when walking / running can be divided into phases of deceleration and acceleration. When the prosthetic foot touches the ground, the foot first falls to the ground, and the ground pushes it in the same and opposite direction, i.e. the ground pushes the prosthetic foot backward. Due to this, the prosthetic foot moves. The analysis of the phases of the foot position when walking and running starts from the contact point, which is the
Под воздействием противодействующих сил реакции опоры стойки голени 6, 44, 45, 46, 47, 50 и 51 и стойки голени в других осуществлениях сжимаются, и при этом проксимальный конец двигается назад. В стойках 48 и 49 голени, если дистальная вогнутость сжимается при реагировании на противодействующие силы реакции опоры, то проксимальная вогнутость будет расширяться, и стойка голени целиком будет двигаться назад. Под действием сил реакции опоры, первоначально нагружающих, нижний конец стойки голени сжимается, и при этом проксимальный конец перемещается назад. Нижний меньший радиус стойки голени сокращается, моделируя подошвенный изгиб голеностопного сустава человека, и передний отдел стопы за счет сжатия снижается к земле. Одновременно задний аспект киля, представленный задним отделом 4 стопы и обозначенный позицией 17, сжимается вверх за счет сжатия. Обе эти сжимающие силы действуют как амортизаторы. Эта амортизация также усиливается смещенной назад латеральной пяткой 18, которая обусловливает выворот стопы, и это обстоятельство также действует как амортизатор после того, как стойка голени перестала перемещаться в подошвенном изгибе и когда сила реакции опоры стала отталкивать стопу сзади.Under the influence of the opposing reaction forces, the legs of the
Сжатые элементы киля стопы и стойки голени затем начинают разгружаться, т.е. они начинают принимать свою первоначальную форму, и аккумулированная энергия высвобождается, в результате чего проксимальный конец стойки голени ускоренно перемещается вперед. Когда стойка голени приближается к своему вертикальному исходному положению, то силы реакции опоры изменяются: перестают действовать в направлении назад и действуют теперь вертикально вверх навстречу стопе. Поскольку протезная стопа имеет передние и задние несущие вес области подошвенной поверхности, и эти области соединены не несущим средним отделом стопы в форме длинной дуги, поэтому направленные вертикально силы от протеза нагружают расширением средний отдел стопы в форме длинной дуги. Задняя и передняя несущие вес поверхности расходятся. Эти вертикально направленные силы аккумулируются в имеющем форму длинной дуги среднем отделе стопы, т.к. противодействующие силы реакции опоры изменяются с вертикально направленных на направленные вперед силы. Нижний конец стойки голени расширяется, моделируя тыльное сгибание лодыжки. В результате этого протезная стопа поворачивается с передней подошвенной несущей вес поверхности. При разгрузке веса длинная дуга среднего отдела 5 стопы перестает расширяться и начинает принимать свою первоначальную форму, в результате чего происходит моделируемое распрямление подошвенной группы мышц-сгибателей. При этом происходит высвобождение аккумулированной энергии вертикальной силы сжатия с увеличением расширения.The compressed elements of the keel of the foot and legs of the lower leg then begin to unload, i.e. they begin to take their original shape, and the accumulated energy is released, as a result of which the proximal end of the tibia is accelerated forward. When the tibia is approaching its vertical initial position, the reaction forces of the support change: they cease to act in the backward direction and now act vertically upward towards the foot. Since the prosthetic foot has front and rear weight-bearing areas of the plantar surface, and these areas are connected by the non-supporting middle part of the foot in the form of a long arc, therefore, vertically directed forces from the prosthesis load the middle part of the foot in the form of a long arch with extension. The rear and front weight-bearing surfaces diverge. These vertically directed forces accumulate in the long arc-shaped midfoot, as the opposing reaction forces of the support change from vertically directed forward forces. The lower end of the tibial strut expands to simulate the back flexion of the ankle. As a result of this, the prosthetic foot rotates from the front plantar weight bearing surface. When unloading the weight, the long arc of the middle section of the 5th foot stops expanding and begins to take its original shape, as a result of which the simulated straightening of the plantar group of flexor muscles occurs. In this case, the accumulated energy of the vertical compression force is released with an increase in expansion.
Длинная дуга киля стопы и стойки голени противодействуют расширению их соответствующих структур. В результате этого передвижение вперед стойки голени останавливается, и стопа начинает поворачивается с передней несущей площади подошвенной поверхности. Расширение среднего отдела стопы киля имеет высокую и низкую динамическую реакцию в случае килей стопы в соответствии с осуществлениями согласно Фиг.3-5, 11 и 12, 13 и 14. Поскольку в этих килях область перехода от среднего отдела стопы в передний отдел стопы отклоняется на 15-35° в направлении наружу от продольной оси стопы, поэтому медиальная длинная дуга длиннее латеральной длинной дуги. Это важно, поскольку в естественной стопе во время ускорения или замедления используется медиальный аспект стопы.The long arch of the keel of the foot and the legs of the lower leg counteract the expansion of their respective structures. As a result of this, the forward movement of the tibial strut stops, and the foot begins to turn from the front bearing area of the plantar surface. The extension of the midfoot of the keel has a high and low dynamic response in the case of the keels of the foot in accordance with the embodiments according to Figs. 15-35 ° outward from the longitudinal axis of the foot, so the medial long arc is longer than the lateral long arc. This is important because the medial aspect of the foot is used in the natural foot during acceleration or deceleration.
Более длинная медиальная дуга протезной стопы имеет по сравнению с латеральной дугой лучшие динамические характеристики. Латеральный более короткий рычаг пальца используется при ходьбе или беге с низкой скоростью. Центр тяжести тела движется в пространстве по синусоиде. Он движется в медиальном, латеральном, проксимальном и дистальном направлениях. При медленной ходьбе или беге центр тяжести тела двигается больше в медиальном и латеральном направлениях, чем при быстрой ходьбе или при быстром беге. При этом момент или инерция меньше, и способность преодоления более высоких динамических реакций меньшая. Протезная стопа согласно изобретению учитывает эти принципы прикладной механики.A longer medial arch of the prosthetic foot has better dynamic characteristics compared to the lateral arch. The lateral shorter finger lever is used when walking or running at low speed. The body's center of gravity moves in space along a sinusoid. It moves in the medial, lateral, proximal and distal directions. When walking slowly or running, the center of gravity of the body moves more in the medial and lateral directions than when walking fast or when running fast. In this case, the moment or inertia is less, and the ability to overcome higher dynamic reactions is less. The prosthetic foot according to the invention takes into account these principles of applied mechanics.
Помимо этого, в шаговом цикле человека в средней позиции стопы центр тяжести тела перемещается латерально в необходимой для ходьбы степени. Из средней позиции стопы до отрыва пальцев от поверхности центр тяжести тела (ЦТТ) перемещается из латерального положения в медиальное. Поэтому центр тяжести тела проходит по латеральной стороне киля 2 стопы. Сначала (низшая передача) и с перемещением ЦТТ вперед он движется в медиальном направлении на киле 2 стопы (высшая передача). Вследствие этого протезный киль 2 стопы имеет эффект автоматической трансмиссии. То есть начинает на низшей передаче и переходит на более высокую передачу с каждым шагом человека с ампутированной конечностью.In addition, in a person’s walking cycle in the midfoot, the center of gravity of the body moves laterally to the extent necessary for walking. From the middle position of the foot to the detachment of the fingers from the surface, the center of gravity of the body (CTT) moves from the lateral position to the medial. Therefore, the center of gravity of the body passes along the lateral side of the keel of 2 feet. At first (lower gear) and with the CTT moving forward, it moves in the medial direction on the keel of 2 feet (highest gear). As a result, the prosthetic keel of 2 feet has the effect of an automatic transmission. That is, it starts in a lower gear and switches to a higher gear with each step of a person with an amputated limb.
Когда сила реакции опоры воздействует спереди на протезную стопу, которая отталкивает землю в направлении назад, и когда пятка начинает подниматься, передняя часть длинной дуги среднего отдела стопы прилагает эти направленные назад силы перпендикулярно к подошвенной поверхности. Это наиболее эффективный и действенный способ приложения этих сил. То же самое можно сказать и о заднем отделе протезной стопы. Он тоже имеет такую форму, вследствие которой направленным назад силам реакции опоры при первоначальном контакте противодействует подошвенная поверхность киля стопы, перпендикулярная к направлению их приложения.When the reaction force of the support acts in front of the prosthetic foot, which pushes the ground backward, and when the heel starts to rise, the front of the long arch of the midfoot applies these backward forces perpendicular to the plantar surface. This is the most effective and efficient way of applying these forces. The same can be said about the back of the prosthetic foot. It also has such a form, due to which the backward reaction forces of the support during initial contact are opposed by the plantar surface of the keel of the foot, perpendicular to the direction of their application.
На последующих стадиях подъема пятки, при ходьбе и беге с отрывом пальцев, лучевой участок переднего отдела стопы тыльно сгибается на 15-35°. Это проходящая вверх дуга позволяет направленным вперед силам реакции опоры сжимать этот участок стопы. Этому сжатию оказывается сопротивление, меньшее, чем расширению, и происходит плавный переход в фазу замаха ходьбы и бега на протезной стопе. На последующих стадиях фазы позиции стопы при ходьбе расширяемая стойка голени и расширяемая длинная дуга среднего отдела стопы высвобождают свою аккумулированную энергию, суммируясь с движением вперед нижней конечности, вскоре начинающей маховое движение нижней конечности у человека с ампутированной конечностью.At the subsequent stages of heel lifting, when walking and running with fingers apart, the radial section of the forefoot dorsally bends by 15-35 °. This upward arc allows the forward reaction forces of the support to compress this portion of the foot. This compression is less resistant than expansion, and there is a smooth transition into the swing phase of walking and running on the prosthetic foot. In the subsequent stages of the foot position phase, when walking, the expandable tibia and the expandable long arch of the midfoot release their accumulated energy, summing up with the forward movement of the lower limb, which soon begins to swing the lower limb in a person with an amputated limb.
Один из главных механизмов сообщения движения вперед у идущего человека называется фазой активного движения. Когда пятка поднимается, вес тела находится впереди опорной конечности, и центр тяжести опускается. Когда вес тела опускается на передний отдел стопы согласно Фиг.5 по линии С-С, происходит ускорение вниз, в результате чего тело воспринимает наибольшую вертикальную силу. Ускорение ноги вперед лодыжкой, связанное с подъемом пятки, приводит к сдвигу назад с упором в землю. Когда центр давления движется вперед к оси поворота плюсен, это приводит к постоянно нарастающему крутящему моменту тыльного сгибания. При этом создается падение полностью вперед, которое генерирует главную силу продвижения вперед при ходьбе. Признаки действенной функции лодыжки во время активного сообщения движения вперед: подъем пятки, минимальное движение голеностопного сустава и почти нейтральное положение лодыжки. Для нормальной последовательности подъема пятки существенно важным является стабильный средний отдел стопы.One of the main mechanisms for communicating forward movement in a walking person is called the phase of active movement. When the heel rises, the body weight is in front of the supporting limb, and the center of gravity drops. When the body weight falls to the front of the foot according to Figure 5 along the line CC, acceleration goes down, as a result of which the body receives the greatest vertical force. The acceleration of the leg forward by the ankle, associated with the lifting of the heel, leads to a shift back with an emphasis on the ground. When the center of pressure moves forward to the pivot axis, this leads to a constantly increasing torque of the back flexion. This creates a fall completely forward, which generates the main force to move forward when walking. Signs of an effective function of the ankle during an active forward movement message: heel lift, minimal ankle joint movement and an almost neutral position of the ankle. For a normal heel lift sequence, a stable midfoot is essential.
Задний аспект заднего и переднего отделов киля стопы имеют компенсационные отверстия и компенсационные плоскости продольного изгиба в нескольких осуществлениях, как отмечалось выше. Ориентация компенсационных отверстий действует как скошенный под углом 45о шарнир, и возможности двухплоскостного движения улучшены в целях повышения характеристик полного контакта подошвенной поверхности стопы при ходьбе по неровной местности.The posterior aspect of the rear and forefoot keel sections have compensation openings and compensation bending planes in several embodiments, as noted above. Exposure compensation acts as
На Фиг.9-12 кили стопы в случае ампутированных по Сайму конечностей явно разные с точки зрения возможностей динамической реакции, т.к. эти возможности связаны с ходьбой, бегом и прыжками. Эти кили стопы отличаются в четырех определенных моментах, включающих наличие проксимально расположенной вогнутости в задней части среднего отдела стопы для лучшего, чем это делает плоская поверхность, вмещения дистальной остаточной формы ампутированной по Сайму конечности. Эта вогнутость также снижает высоту киля стопы для вмещения более длинной остаточной конечности у человека с ампутированной по Сайму конечностью. Для этой выравнивающей взаимное положение вогнутости требуется, чтобы соответствующие передний и задний радиусы имеющего форму дуги среднего отдела стопы киля были более действенными и меньшими по величине. Поэтому все радиусы длинной дуги среднего отдела стопы и радиусы заднего отдела стопы более компактные и меньшего размера. Это обстоятельство существенно сказывается на динамических реакциях. Меньшие радиусы создают меньший потенциал для динамической реакции. Но протезная стопа реагирует быстрее на все упомянутые противодействующие силы реакции опоры, действующие при ходьбе, беге и прыжке. Результатом является более быстрая стопа с меньшей динамической реакцией.In Figs. 9-12, the keels of the foot in the case of Saimaa amputated limbs are clearly different in terms of the possibilities of a dynamic reaction, because these opportunities are related to walking, running and jumping. These keels of the foot differ in four distinct points, including the presence of a proximal concavity in the back of the midfoot for better than a flat surface to accommodate the distal residual shape of the Saimaa amputated limb. This concavity also reduces the height of the keel of the foot to accommodate a longer residual limb in a person with Saimaa amputated limb. For this alignment of the mutual position of the concavity, it is required that the corresponding front and rear radii of the arc-shaped midfoot of the keel are more effective and smaller in size. Therefore, all the radii of the long arch of the midfoot and the radii of the hindfoot are more compact and smaller. This circumstance significantly affects dynamic reactions. Smaller radii create less potential for a dynamic response. But the prosthetic foot reacts faster to all the mentioned opposing support reaction forces that act when walking, running and jumping. The result is a faster stop with less dynamic response.
Улучшенного специально построенного функционирования можно достигнуть за счет изменений выравнивания взаимного положения при помощи протезной стопы согласно настоящему изобретению, поскольку эти изменения выравнивания влияют на вертикальную и горизонтальную составляющие каждого конкретного задаваемого движения. Стопа человека является многофункциональным устройством - для ходьбы, бега и прыжков. С одной стороны, структура голени малоберцовой кости и большеберцовой кости не является многофункциональным устройством. Это - простой рычаг, который прилагает свои усилия при ходьбе, беге, прыжке параллельно своей удлиненной проксимально дистальной ориентации. Это - несжимаемая структура, и она не имеет возможности аккумулирования энергии. С другой стороны, протезная стопа согласно изобретению имеет возможности динамических реакций, и эти возможности относятся к составляющим горизонтальной и вертикальной линейных скоростей при спортивной ходьбе, беге и прыжках, и по своим показателям эти возможности превосходят показатели больше- и малоберцовой костей. Поэтому существует возможность улучшить спортивные показатели у человека с ампутированной конечностью. В этих целях согласно изобретению крепежную деталь 8 ослабляют и выравнивание стойки голени и киля стопы относительно друг друга регулируют в продольном направлении киля стопы. Это изменение показано в связи с Фиг.1 и 2. Стойку голени затем прикрепляют к килю стопы в отрегулированном положении при помощи крепежной детали 8. Во время этой регулировки болт крепежной детали 8 проходит относительно одного или обоих противоположных, относительно более длинных, продольно проходящих отверстий 9 и 10 в киле стопы и стойке голени, соответственно.Improved purpose-built functioning can be achieved by adjusting the alignment of the mutual position with the prosthetic foot according to the present invention, since these alignment changes affect the vertical and horizontal components of each specific motion set. The human foot is a multifunctional device - for walking, running and jumping. On the one hand, the structure of the tibia of the fibula and tibia is not a multifunctional device. This is a simple lever that exerts its efforts when walking, running, jumping parallel to its elongated proximal distal orientation. This is an incompressible structure, and it does not have the ability to accumulate energy. On the other hand, the prosthetic foot according to the invention has the potential for dynamic reactions, and these capabilities relate to the horizontal and vertical linear speed components during athletic walking, running and jumping, and in terms of their performance, these capabilities are superior to those of the tibia. Therefore, it is possible to improve athletic performance in an amputee. For these purposes, according to the invention, the fastener 8 is loosened and the alignment of the tibia and foot keel with respect to each other is regulated in the longitudinal direction of the foot keel. This change is shown in connection with FIGS. 1 and 2. The tibia leg is then attached to the keel of the foot in an adjusted position using the fastener 8. During this adjustment, the bolt of the fastener 8 passes relative to one or both of the opposite, relatively longer, longitudinally extending
Изменение выравнивания улучшает показатели бегуна, который первоначально контактирует с землей плоской стопой; например, у бегуна, наступающего на землю средней частью стопы, киль стопы проходит вперед относительно стойки голени, и подошва стопы согнута к стойке голени. Это новая взаимосвязь улучшает горизонтальную составляющую бега. То есть, когда стойка голени плантарно согнута к стопе, и стопа контактирует с землей в положении плоской стопы в противоположность первоначальному пяточному контакту, земля сразу отталкивает стопу назад, а стопа толкает землю в направлении вперед. В результате этого стойка голени двигается быстро вперед (с расширением) и вниз. Силы динамической реакции создаются расширением, которое сопротивляется направлению стойки голени в первоначальном движении. В результате этого стопа поворачивается на несущей вес области плюсневой подошвенной поверхности. Это вызывает растяжение области средней части киля, которому оказывается большее сопротивление, чем сжатию. Итогом расширения стойки голени и расширения средней части стопы является то, что последующему продвижению вперед стойки голени оказывается сопротивление, в результате чего удлинители колена и бедра пользователя могут более эффективно перемещать центр тяжести тела вперед и проксимально (т.е. повышается горизонтальная скорость). В этом случае более вперед, чем вверх, в противоположность бегуну, ставящему стопу от пятки к пальцу, у которого последовательное продвижение вперед стойки голени встречает меньшее сопротивление по причине начального большего тыльного сгибания (вертикально) стойки голени по сравнению с плоско ставящим стопу бегуном.A change in alignment improves the performance of the runner who initially contacts the ground with a flat foot; for example, in a runner stepping on the ground with the middle part of the foot, the keel of the foot passes forward relative to the tibia, and the sole of the foot is bent to the tibia. This new relationship improves the horizontal running component. That is, when the tibia is plantarly bent to the foot, and the foot is in contact with the ground in the flat foot position, as opposed to the initial heel contact, the ground immediately pushes the foot back, and the foot pushes the ground forward. As a result, the tibia stance moves quickly forward (with expansion) and down. The forces of the dynamic reaction are created by the extension, which resists the direction of the tibia in the initial movement. As a result of this, the foot rotates on the weight-bearing area of the metatarsal plantar surface. This causes an extension of the region of the middle part of the keel, which is more resistant than compression. The result of expanding the tibia and expanding the middle part of the foot is that resistance to subsequent movement of the tibia forward leads to resistance, as a result of which the extension of the knee and hips of the user can more effectively move the center of gravity of the body forward and proximal (i.e., increases horizontal speed). In this case, it is more forward than upward, as opposed to a runner placing the foot from the heel to the finger, in which successive advancement of the tibial leg encounters less resistance due to the initial greater dorsiflexion (vertically) of the tibial leg compared to the runner flat-footed.
Для изучения функции стопы спринтера изменяют выравнивание стойки голени относительно киля стопы. Преимущество получено, когда продольную ось всех вогнутостей киля стопы ориентируют параллельно передней плоскости. Стойка голени сгибается к подошве и перемещается назад на киле стопы. Тем самым дистальные окружности уменьшаются даже больше, чем у плоско ставящего стопу бегуна с многоцелевым килем стопы, например, согласно Фиг.3-5 и 8. Вследствие этого имеется даже больший потенциал горизонтального движения и динамические реакции направлены на эту улучшенную способность к горизонтальному движению.To study the function of the foot of the sprinter, the alignment of the tibial position relative to the keel of the foot is changed. The advantage is obtained when the longitudinal axis of all concavities of the keel of the foot is oriented parallel to the front plane. The tibia is bent to the sole and moves back on the keel of the foot. Thus, the distal circles are reduced even more than that of a runner flat-footed with a multi-purpose keel of the foot, for example, according to FIGS. 3-5 and 8. As a result, there is even greater horizontal movement potential and dynamic reactions are directed towards this improved horizontal movement ability.
У спринтеров повышен диапазон движения, усилий и момент (инерции), причем момент является первичным движителем. Поскольку у них фаза замедления в фазах позиций стопы короче, чем фаза ускорения, обеспечиваются повышенные горизонтальные скорости. Это означает, что при первоначальном контакте, когда пальцы касаются земли, земля толкает стопу в заднем направлении, а стопа толкает землю в переднем направлении. Стойка голени, силы которой повышены и момент которой увеличен, вынуждена сгибаться даже в большей степени и сильнее двигаться вниз, чем при первоначальном контакте плоско ставящего стопу бегуна. Вследствие действия этих сил длинная дуга вогнутости стопы нагружается расширением, и стойка голени нагружается расширением. Этим силам расширения оказывается противодействие, большее, чем всем другим упоминаемым выше силам, связанным с бегом. Вследствие этого возможности динамической реакции стопы пропорциональны прилагаемой силе. Реагирование малоберцовой кости и большеберцовой кости голени человека связано только с потенциалом силы энергии, т.к. это прямая конструкция, и она не может аккумулировать энергию. Эти силы расширения в протезной стопе согласно изобретению во время спринтерского бега имеют величину, превышающую все другие упоминаемые выше силы, связанные с ходьбой или бегом. Поэтому возможности динамической реакции стопы пропорциональны прилагаемым силам и возможны повышенные спортивные показатели человека с ампутированной конечностью по сравнению с функцией человеческого тела.Sprinters have an increased range of motion, effort and moment (inertia), and the moment is the primary mover. Since their deceleration phase in the phases of the foot position is shorter than the acceleration phase, increased horizontal speeds are provided. This means that during initial contact, when the fingers touch the ground, the ground pushes the foot in the rear direction, and the foot pushes the ground in the forward direction. The tibia, whose strength is increased and whose moment is increased, is forced to bend even more and move down more strongly than with the initial contact of the runner who is flat-footed. Due to the action of these forces, a long arc of concavity of the foot is loaded with expansion, and the tibia is loaded with expansion. These expansion forces are opposed more than all the other running forces mentioned above. As a result of this, the possibilities of a dynamic foot reaction are proportional to the applied force. The reaction of the tibia and tibia of the human leg is associated only with the potential of energy, since it is a direct construction and it cannot accumulate energy. These forces of expansion in the prosthetic foot according to the invention during sprinting have a value exceeding all the other forces mentioned above associated with walking or running. Therefore, the possibilities of the dynamic reaction of the foot are proportional to the applied forces and increased athletic performance of a person with an amputated limb is possible in comparison with the function of the human body.
Протезная стопа согласно Фиг.25 аналогична стопе согласно Фиг.3 за исключением крепления между стойкой голени и килем стопы, и конструкции верхнего конца стойки голени для соединения с нижним концом пилона. В этом приводимом в качестве примера осуществлении киль стопы 54 регулируемым образом соединен со стойкой 55 голени соединительным элементом 56, выполненным из пластмассы или металлического сплава. Соединительный элемент прикреплен к килю стопы и к голени икры соответствующими отсоединяемыми крепежными деталями 57 и 58, которые отделены друг от друга интервалом в соединительном элементе в направлении вдоль продольного направления киля стопы. Крепежная деталь 58, соединяющая элемент связи со стойкой голени, имеет более заднее положение, чем крепежная деталь 57, соединяющая киль стопы и соединительный элемент. Путем увеличения активной длины стойки голени таким образом возможности динамической реакции самой стойки голени повышаются. Изменения выравнивания делают во взаимодействии с продольными отверстиями в стойке голени и киле стопы, как в других осуществлениях.The prosthetic foot according to FIG. 25 is similar to the foot according to FIG. 3 except for the attachment between the tibia and the keel of the foot, and the design of the upper end of the tibia for connection with the lower end of the pylon. In this exemplary embodiment, the keel of the
Верхний конец стойки 55 голени имеет удлиненное отверстие 59 для вмещения пилона 15. После того, как он будет вставлен в это отверстие, пилон можно надежно зажать в стойке голени затягиванием болтов 60 и 61, чтобы стянуть вместе свободные края 62 и 63 стойки голени вдоль отверстия. Это соединение пилона регулируется ослаблением болтов, выдвижением пилона относительно стойки голени в нужное положение и путем повторного зажатия пилона в отрегулированном положении затягиванием болтов.The upper end of the
Протезная стопа 70 согласно еще одному осуществлению изобретения показана на Фиг.28-31В. Эта стопа 70 содержит киль 71 стопы, стойку 72 голени и соединительный элемент 73. Стопа 70 аналогична протезной стопе 53 согласно осуществлению в соответствии с Фиг.25-27, за тем исключением, что стойка 72 голени имеет направленный вниз, обращенный вперед выпукло-изогнутый нижний конец 74, имеющий форму спирали 75. Стойка голени проходит вверх в переднем направлении от спирали к ее вертикальному верхнему концу, как показано на Фиг.28. Эта стойка голени может быть преимущественно выполнена из такого металла как титан, как упомянуто выше, но для изготовления полужесткой упругой стойки голени можно использовать и другие упругие материалы.An
Спиральная форма нижнего конца стойки голени имеет радиус кривизны, который последовательно увеличивается по мере прохождения спирали стойки голени в направлении наружу от радиально внутреннего конца 76 и по мере того, как стойка голени проходит вверх от своего нижнего спирального конца к своему верхнему концу, который может быть искривлен в продольном направлении или может быть прямым. Обнаружено, что эта конструкция создает протезную стопу с выполненным как одно целое голеностопным суставом и стойкой голени, с изменяющейся регулирующей реакцией радиусов, аналогично параболической стойке голени согласно изобретению, причем соединительный элемент 73 и стойка 72 голени занимают на киле 71 стопы более заднее положение. Поэтому стойка голени и соединительный элемент больше скрыты в центре в лодыжке и ноге косметического покрытия 77, см. Фиг.28.The spiral shape of the lower end of the calf shank has a radius of curvature that increases sequentially as the shank of the calf shafts extends outward from the radially
Соединительный элемент 73 выполнен из пластмассы или металлического сплава и регулируемым образом прикреплен своим передним концом к задней части киля 71 стопы резьбовой крепежной деталью 78, см. Фиг.30. Киль стопы имеет продольное отверстие 79 в его дугообразной изогнутой вверх части, и в это отверстие входит крепежная деталь 78 для регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении, например, по линии 30-30 на Фиг.29 в соответствии с пояснением, приводимым выше по другим осуществлениям.The connecting
Задний конец соединительного элемента содержит поперечный элемент 80, закрепленный между двумя продольно расположенными пластинами 81 и 82 соединительного элемента металлическими винтами 83 и 84 на каждом конце поперечного элемента. Радиально внутренний конец 76 спирали 75 прикреплен к поперечному элементу 80 соединительного элемента резьбовой крепежной деталью 85, см. Фиг.30. От этой точки соединения с поперечным элементом стойка голени идет по спирали вокруг радиально внутреннего конца 76 над пяточной частью киля стопы и проходит вверх в переднем направлении от спирали через отверстие 85 сквозь соединительный элемент между пластинами 81 и 82 спереди от поперечного элемента 80. Поперечный элемент 86 в переднем конце соединительного элемента 73 закреплен между пластинами 81 и 82 крепежными деталями 87 и 88 на каждом конце, см. Фиг.28 и 30. Крепежная деталь 78 размещена в резьбовом отверстии в поперечном элементе 86.The rear end of the connecting element comprises a
На задней поверхности поперечного элемента 86 установлен клин 89, выполненный, например, из пластмассы или резины, и прикреплен 90 к поперечному элементу клеем. Этот клин служит стопором, ограничивающим во время ходьбы тыльное сгибание проходящей вверх стойки голени. Размер клина можно подобрать более широким - поз.89' на Фиг.31А, или более узким - поз.89'' на Фиг.31В для регулирования нужной степени тыльного сгибания. Множество клиньев можно использовать единовременно, один поверх другого и приклеенных к соединительному элементу для уменьшения допускаемого тыльного сгибания.On the rear surface of the
Протезную гильзу (не показана), прикрепленную к культе, можно соединить с верхним концом стойки 72 голени посредством адаптера 92, прикрепленного к верхнему концу стойки голени крепежными деталями 93 и 94, см. Фиг.28. Адаптер имеет крепление 91 в виде перевернутой пирамиды, соединенное с крепежной пластиной, прикрепленной к верхней поверхности адаптера. Пирамидальное крепление установлено в имеющем ответную форму гнездовом креплении на соответствующей протезной гильзе для соединения протезной стопы и протезной гильзы.A prosthetic sleeve (not shown) attached to the stump can be connected to the upper end of the
Протезная стопа 100 осуществления изобретения согласно Фиг.32-34 имеет продольный киль 101 стопы с передним отделом 102 стопы на одном конце, задним отделом 103 стопы на противоположном конце и средним отделом 104 стопы, проходящим между передним и задним отделами стопы. Вертикальная стойка 105 голени прикреплена к килю стопы на нижнем конце стойки голени и образует голеностопный сустав протезной стопы, и проходит вверх от киля стопы в виде обращенной вперед выпукло-изогнутой части 106 стойки голени. Стойка голени прикреплена к килю стопы соединительным элементом 107, выполненным монолитно с передним отделом стопы 102 киля стопы. Соединительный элемент проходит назад от переднего отдела стопы как консоль над средним отделом 104 стопы и частью заднего отдела 103 стопы. Задний отдел стопы и средний отделы стопы киля выполнены монолитно и соединены с выполненными монолитно передним отделом стопы и соединительным элементом при помощи крепежных деталей 108 и 109.32-34, the
Нижний конец стойки 105 голени реверсно искривлен в виде спирали 110. Радиально внутренний конец спирали 110 прикреплен к соединительному элементу соединителем 111 в виде резьбового болта и гайки, проходящих через совпадающие отверстия в стойке голени и соединительном элементе. Задняя часть 112 соединительного элемента реверсно искривлена, вмещая нижний конец спирали стойки голени, опирающейся в верхнем конце искривленной части 112 на соединитель 111.The lower end of the
Стопор 113, соединенный с соединительным элементом киля стопы крепежными деталями 114 и 115, ограничивает тыльное сгибание стойки голени. Косметическое покрытие спереди стойки голени в форме стопы человека и нижней части ноги может находиться над килем стопы 101 и по меньшей мере на нижнем конце стойки 105 голени со стойкой голени, проходящей вверх от киля стопы внутри покрытия нижней части ноги согласно пояснению и описанию осуществления в соответствии с Фиг.28.The
Протезная стопа 100 осуществления согласно Фиг.32-34 имеет повышенную пружинистость киля стопы. Увеличение длины упругого киля стопы от области пальцев до соединения с нижним концом стойки голени при помощи монолитно сформированных переднего отдела стопы и соединительного элемента дает значительное улучшение упругих характеристик пружины. Когда область пальцев в киле стопы нагружена в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, то обращенная вниз вогнутость консольного соединительного элемента расширяется и реверсно искривляется, обращенная вперед вогнутость на заднем конце соединительного элемента сжимается, причем каждый из этих упругих изгибов соединительного элемента киля стопы аккумулирует энергию для последующего ее высвобождения, во время разгрузки в направлении, которое содействует движению вперед конечности во время ходьбы. Лодыжка, формируемая нижним концом стойки голени протеза, повторяет функцию голеностопного сустава, причем протез помогает сохранять количество движения вперед и инерцию. Конфигурация киля стопы в этом осуществлении не ограничивается показываемой конфигурацией, но может быть любой упоминаемой выше конфигурацией киля стопы, включая конфигурации только с «низшей передачей» или с «высшей передачей», с одним или несколькими компенсирующими стыками, или с несколькими сформированными продольными секциями, например. Аналогично, верхний конец стойки голени этого осуществления, например, над лодыжкой и над обращенной вперед выпукло-изогнутой частью, проходящей вверх от киля стопы, сконфигурирован по-другому, например, как конфигурация согласно любому другому раскрываемому здесь осуществлению. Верхний конец стойки голени может быть соединен с гильзой на нижней конечности для использования при помощи адаптера, например, согласно Фиг.2, Фиг.27 или 28, или при помощи другого известного адаптера.The
Протезная стопа 100 согласно Фиг.32-33 также имеет заднее устройство 114, размещенное сзади голени, которое аккумулирует дополнительную энергию при движении вперед верхнего конца стойки голени во время ходьбы. То есть активная фаза сообщения движения вперед нагрузки от усилия ходьбы упругого протеза расширяет вогнутость в сагиттальной плоскости стойки 105, сформированной обращенной вперед выпукло-изогнутой частью 106 стойки голени, в результате чего происходит движение вперед верхнего конца стойки голени относительно нижнего конца стойки голени и киля стопы. Гибкий удлиненный элемент 116, предпочтительно в виде ремня, устройства 114 соединен с верхней частью стойки голени крепежными деталями 119 и с нижней частью протезной стопы, то есть с соединительным элементом 107 и с нижним концом 110 голени соединителем 111, согласно приводимому выше описанию. Длина гибкого ремня, который может быть упругим и/или неупругим, натягивается во время ходьбы, и его длину можно зафиксировать или регулировать при помощи скользящего регулятора 117 между перекрывающимися участками длины ремня.The
Изогнутая пружина 118 своим основанием опирается регулируемым образом на верхний конец стойки голени, например, между стойкой голени и адаптером (не показан), прикрепленным к стойке голени крепежными деталями 119. Нижний, свободный конец пружины выполнен с возможностью взаимодействия с гибким ремнем. При натягивании ремня пружина изменяет направление продольного прохождения ремня. Движение вперед верхнего конца стойки голени во время ходьбы натягивает/дополнительно натягивает (если к ремню первоначально предварительно приложено натяжение) ремень и нагружает/дополнительно нагружает пружину для аккумулирования энергии при силовой нагрузке протезной стопы во время ходьбы. Аккумулированная энергия возвращается пружиной, когда силовая нагрузка протезной стопы перестает действовать, в результате чего увеличивается кинетическая энергия, генерируемая для придания движущей силы протезной стопой во время ходьбы.The
В случае укорачивания ремня 116 при помощи скользящего регулятора 117 для первоначального предварительного натяжения до использования протезной стопы натяжение ремня служит движению назад верхнего конца упругой стойки, а также для регулирования движения вперед стойки голени во время использования протеза. Содействие движению назад может быть целесообразным для достижения быстрого реагирования плоской стопы протезной стопы при касании пяткой в первоначальной позиции стопы во время ходьбы, подобно тому, что происходит в стопе и лодыжке человека при опускании на землю пятки во время ходьбы, когда происходит сгибание подошвы стопы.In the case of shortening the
Содействие движению назад и управление движением вперед верхнего конца упругой стойки голени при использовании протеза с устройством 114, размещенным сзади голени, оба эффективны для изменения отношения крутящего момента лодыжки протезной стопы во время ходьбы за счет изменения характеристики изгиба в сагиттальной плоскости для продольного движения верхнего конца стойки голени при реагировании на силовую нагрузку и на прекращение этой нагрузки во время использования протезной стопы. Отношение крутящего момента лодыжки в естественной стопе человека во время ходьбы, определяемое как отношение крутящего момента лодыжки при максимальном тыльном сгибании, происходящего в поздней последней позиции стопы во время ходьбы, деленного на крутящий момент лодыжки при сгибании подошвы, создаваемый при реагировании на первоначальную нагрузку плоской стопы после опускания пятки во время ходьбы, согласно сообщаемым данным равно 11,33:1. Цель изменения изгиба в сагиттальной плоскости, характерного для продольного движения верхнего конца стойки голени при использовании устройства 114, размещенного сзади голени, заключается в повышении крутящего момента лодыжки, чтобы имитировать то, что происходит в стопе человека во время ходьбы. Это важно для обеспечения надлежащей походки с протезом и для людей с одной природной стопой и одной протезной стопой для обеспечения симметричной походки. Предпочтительно, за счет регулирования движения вперед и возможного содействующего движения назад с помощью устройства 114, размещенного сзади голени, увеличивается отношение крутящего момента лодыжки в протезе, в результате чего возникающий в протезе крутящий момент лодыжки при максимальном тыльном сгибании на порядок превышает крутящий момент лодыжки при сгибе подошвы. Более предпочтительно, крутящий момент лодыжки увеличивается до значения около 11:1 по сравнению с отношением 11,33:1 в случае естественной лодыжки, по имеющимся данным.Facilitating the backward movement and controlling the forward movement of the upper end of the elastic leg support using a prosthesis with the
Еще одно назначение устройства, размещенного сзади голени, заключается в повышении эффективности протезной стопы во время ходьбы за счет аккумулирования дополнительной упругой энергии в пружине 118 устройства во время силовой нагрузки на протез и для возврата аккумулированной упругой энергии при прекращении действия силы, чтобы увеличить кинетическую энергию, генерируемую движущей силой протезной стопы во время ходьбы. Устройство 114 можно считать устройством, служащим в протезной стопе для того же, для чего служит и мускулатура в стопе, лодыжке и икре человека во время ходьбы, т.е. для эффективного генерирования движущей силы тела человека во время ходьбы за счет использования создаваемой потенциальной энергии тела во время силовой нагрузки на стопу и за счет преобразования этой потенциальной энергии в кинетическую для движущей силы при прекращении силовой нагрузки стопы. Приближение или даже превышении результативности стопы человека протезной стопой согласно изобретению с устройством, размещенным сзади голени, важно для восстановления «нормального функционирования» человека с ампутированной конечностью. Регулирование движения вперед верхнего конца стойки 105 голени устройством 114, расположенным сзади голени, эффективно для ограничения диапазона движения вперед верхнего конца стойки голени. Киль стопы в протезной стопе 100 за счет расширения своей упругой продольной дуги в соединительном элементе 107 и за счет сжатия реверсно изогнутой части 112 соединительного элемента также содействует аккумулированию энергии при силовой нагрузке во время ходьбы, согласно вышеизложенному. Эта потенциальная энергия возвращается как кинетическая энергия для генерирования движущей силы во время прекращения силовой нагрузки во время ходьбы.Another purpose of the device located at the back of the lower leg is to increase the effectiveness of the prosthetic foot during walking by accumulating additional elastic energy in the
Протез 120 согласно Фиг.35 имеет киль 121 стопы, стойку 122 голени и устройство 123, размещенное сзади голени. Адаптер 124 соединен соответствующими крепежными деталями (не показаны) с верхним концом стойки голени для прикрепления протеза к гильзе на нижней конечности пользователя. Аналогично осуществлению согласно Фиг.32-34, соединительный элемент 125 протеза выполнен монолитно с передним отделом стопы 126 киля. Задний отдел 127 стопы киля соединен с верхним концом реверсно изогнутой части соединительного элемента креплением 128, которое показано на фиг.39 в демонтированном виде до соединения с соединительным элементом и стойкой голени. Упомянутое крепление содержит радиально внутренний компонент 129 напротив радиально внутреннего конца реверсно изогнутой спирали нижнего конца стойки голени и радиально внешний компонент 130 напротив верхнего конца заднего отдела 127 стопы. Механическое крепление (не показано), которое, например, может быть сквозным болтом и гайкой, проходит через сцентрированные отверстия в компонентах 129 и 130 и ответно изогнутые части заднего отдела стопы, соединительного элемента и нижнего конца стойки голени, расположенных друг за другом и соединенных вместе креплением.The prosthesis 120 according to FIG. 35 has a
Устройство 123, размещенное сзади голени, на протезной стопе 120 имеет цилиндрическую пружину 131, один конец которой опирается на верхний конец стойки голени для перемещения с ним. Ко второму свободному концу цилиндрической пружины при помощи металлического зажима 133 прикреплен один конец гибкого удлиненного элемента - ремня 132. Зажим соединен одним концом с первым концом ремня, и его другой конец загнут в зажимающем зацеплении со свободным концом цилиндрической пружины согласно Фиг.35. Промежуточная часть гибкого ремня 132 проходит вниз к килю стопы и нижнему концу стойки голени, где он проходит вокруг возврата 134 в виде цилиндрического штифта 135, установленного на компоненте 130 крепления 128. Для сведения к минимуму сопротивления скольжению ремня по штифту этот штифт 134 можно установить в компоненте 130 с возможностью вращения. Второй конец ремня зажат у верхнего конца стойки голени между задней поверхностью голени и имеющим комплементарную форму элементом 135 удерживания пружины, который проходит частично вниз по длине голени. Верхний конец элемента 135 закреплен между верхним концом цилиндрической пружины и верхним концом голени соответствующими крепежными деталями (не показаны). Длина гибкого ремня, который может быть эластичным и/или неэластичным, натягивается во время ходьбы. Эта длина зафиксирована либо ее можно регулировать скользящим регулятором (не показан) между перекрывающими друг друга длинами ремня, например, вблизи соединения с металлическим зажимом 133.The
Движение вперед верхнего конца голени относительно киля стопы и нижнего конца голени во время ходьбы преодолевает сопротивление от расширения цилиндрической пружины 131 и изгиба назад нижнего конца фиксатора 135, аккумулируя энергию во время силовой нагрузки протеза в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, и эта аккумулируемая энергия высвобождается при прекращении действия силы, тем самым содействуя генерированию энергии лодыжки в протезе и повышая эффективность. Цилиндрическая пружина 131 в данном осуществлении сделана из пружинной стали, но можно также использовать и другие сплавы или не являющиеся металлом материалы, например пластмассу. Элемент 135 удерживания пружины в данном осуществлении выполнен из углеродного волокна, инкапсулированного в эпоксидной смоле, но можно использовать и такие другие материалы, как металлический сплав или пластмасса. Гибкий ремень 132 аналогично ремню 116 согласно Фиг.32-34 выполнен из тканого кевлара (DuPont) шириной 5/8 дюйма и толщиной 1/16 дюйма, но специалисту в данной области техники будут очевидными и другие материалы и их габариты, которые можно будет использовать в данном осуществлении. Первый конец ремня 132 проходит через отверстие в конце металлического зажима 133 и накладывается вторым слоем назад на ремень, и там регулируемым образом фиксируется скользящим регулятором или другим креплением.The forward movement of the upper leg of the lower leg relative to the keel of the foot and the lower end of the lower leg during walking overcomes the resistance from the expansion of the
Протез 140 в осуществлении согласно Фиг.36 использует стойку 122 голени и устройство 123, размещенное сзади голени, применяемое в протезе 120 согласно Фиг.35. Киль 141 протезной стопы 140 имеет реверсно изогнутый соединительный элемент 142, соединенный с нижним концом стойки голени креплением 128, для вмещения и установки нижнего конца спирали стойки голени. В этом осуществлении соединительный элемент сформирован монолитно с передним отделом 143 и задним отделом 144 киля стопы.The
Протезная стопа 150 согласно осуществлению в соответствии с Фиг.37 аналогична осуществлениям согласно Фиг.35 и 36 за тем исключением, что соединительный элемент 151 сформирован как отдельный элемент, который прикреплен на заднем конце креплением 153 к килю стопы 152, образуя передний, средний и задний отделы стопы 155, 156 и 157 киля стопы. Область соединения у крепежной детали 153 находится позади соединения стойки голени и соединительного элемента для увеличения активной длины киля стопы и повышения упругой характеристики пружины в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы. Этот эффект проявляется в еще большей степени в осуществлении согласно Фиг.38, в котором соединительный элемент 160 протеза 161 проходит к заднему концу киля стопы 163, где он соединен с килем стопы креплением 164. Крепление может быть механическим креплением, например, болт и гайка, или другим креплением, выполненным из композитного материала, состоящего из инкапсулированного углеродного волокна и эпоксидной смолы, либо из такого композитного материала, как инкапсулированное ароматическое полиамидное волокно - кевлар, выпускаемое компанией «DuPont», и эпоксидная смола. Нижний передний конец 165 соединительного элемента служит стопором движению вперед стойки голени при сгибании назад. Либо в позиции 113 осуществления согласно Фиг.32-34 можно предусмотреть отдельный стопор. В осуществлениях согласно Фиг.35 и 36 можно использовать оба типа стопоров.The
Протезная стопа 170 согласно Фиг.40 аналогична протезной стопе осуществления согласно Фиг.28-31В. Протез 170 содержит киль стопы 171, стойку голени 172 и соединительный элемент 173. Голень 172 имеет направленный вниз, обращенный вперед выпукло-изогнутый нижний конец 174, который реверсно изогнут в виде спирали 175. Стойка голени проходит вверх от спирали к ее вертикальному верхнему концу, который может быть изогнут в продольном направлении или может быть прямым.The
Спиральная форма у нижнего конца стойки голени имеет некоторый радиус кривизны, последовательно увеличивающийся по мере спирального прохождения стойки голени в направлении наружу от радиально внутреннего верхнего конца 176, где он прикреплен к соединительному элементу соединителем (не показан) в виде резьбового болта и гайки, проходящих через совмещенные отверстия в стойке голени и соединительном элементе, как в осуществлениях согласно Фиг.32-38.The spiral shape at the lower end of the tibial strut has a radius of curvature that sequentially increases as the tibial strut spirals outward from the radially inner
Соединительный элемент 173 служит корпусом для спирали 175, и он регулируемым образом прикреплен к килю 171 стопы резьбовым креплением, Фиг.30. Киль стопы имеет продольное отверстие в его верхней дугообразной части, в которое входит крепежная деталь для регулирования выравнивания стойки голени и киля стопы относительно друг друга в продольном направлении, см. пояснения других осуществлений. Вместо продольных пластин 81 и 82, показанных на фиг.28-30, соединительный элемент 173 имеет открытые стороны и обращенное вперед отверстие, ограничиваемое сбоку расположенными с промежутком латеральными краями 177 передней стороны соединительного элемента. Стойка голени проходит вверх через обращенное вперед отверстие, как в осуществлении согласно Фиг.28-30. Стопор (не показан) можно обеспечить, как на Фиг.28-30, чтобы ограничить тыльное сгибание стойки голени во время ходьбы.The connecting
Адаптер 124, аналогично осуществлениям согласно Фиг.35-39, соединен соответствующими крепежными деталями (не показаны) с верхним концом стойки голени для прикрепления протеза к гильзе на нижней конечности пользователя. Устройство 178, размещенное сзади голени, на протезной стопе 170 аналогично устройству 123 согласно Фиг.35 и имеет цилиндрическую пружину 179, один конец которой опирается на верхний конец стойки голени для перемещения с ним. Ко второму свободному концу цилиндрической пружины металлическим зажимом 181 прикреплен один конец гибкого удлиненного элемента - ремня 180. Один конец этого зажима прикреплен к первому концу ремня, а его другой конец загнут в зажимающем зацеплении со свободным концом цилиндрической пружины, как в устройстве, размещенном сзади голени, согласно Фиг.35. Промежуточная часть гибкого ремня 180 проходит вниз к килю стопы и нижнему концу стойки голени, где она проходит вокруг возврата 182 в виде цилиндрического штифта, установленного на компоненте 183 крепления 184, соединяющего соединительный элемент и нижний конец стойки голени. Для сведения к минимуму сопротивления скольжению штифт 182 можно установить в компоненте 183 с возможностью вращения. Второй конец ремня зажат у верхнего конца стойки голени между голенью и цилиндрической пружиной. Гибкий ремень может иметь фиксированную длину, либо ее длина может быть регулируемой при помощи скользящего регулятора (не показан) как в осуществлении согласно Фиг.35. Устройство 178 служит для аккумулирования энергии во время силовой нагрузки протеза в поздней фазе средней позиции стопы во время ходьбы, и эта аккумулируемая энергия высвобождается при прекращении силовой нагрузки, и это обстоятельство содействует генерированию энергии голени в сагиттальной плоскости, согласно описанию осуществления в соответствии с Фиг.35.The
Одно из отличий протеза 170 согласно Фиг.40 от протеза 70 согласно Фиг.28-30 заключается в том, что лодыжка протеза 170 выше над землей, чем лодыжка в протезе 70. Нужно отметить, что нижний конец реверсно искривленного спирального соединения 174 лодыжки согласно Фиг.40 находится над дугообразно изогнутым вверх средним отделом киля 171 стопы согласно Фиг.40 по причине проходящей вверх и назад конфигурации соединительного элемента 173, в то время как нижний конец 75 спирали 74 в протезе 70 согласно Фиг.28-30 ниже, чем высота дугообразного изогнутого вверх среднего отдела стопы киля. Установлено, что высота этой области лодыжки над землей влияет на угловое изменение в сагиттальной плоскости лодыжки, которое происходит в фазе позиции стопы во время ходьбы. Более высокое местонахождение области лодыжки увеличит угловое изменение, в то время как более низкое положение лодыжки уменьшит угловое изменение. Поэтому более высокое местоположение лодыжки согласно Фиг.40 имеет более высокий потенциал угловой скорости при одинаковом значении углового изменения, происходящего на проксимальном конце голени. Это увеличение угловой скорости имеет большое значение, например, высота лодыжки в два дюйма имеет на 35% меньшее угловое изменение, чем при высоте в три с половиной дюйма. Высота лодыжки, как это будет очевидно специалисту в данной области техники, в протезе согласно изобретению определяется несколькими факторами, включая размер и конфигурацию соединительного элемента, высоту продольной дуги, длину переднего, среднего и заднего отделов стопы киля, и пр.One of the differences between the
На этом изложение приводимых в качестве примера осуществлений заканчивается. Несмотря на то, что изобретение изложено на нескольких поясняющих примерах, нужно упомянуть, что специалисты в данной области техники смогут предусмотреть многие прочие модификации и осуществления в рамках идеи и объема принципов изобретения. Например, нижний конец стойки голени в протезной стопе согласно изобретению не ограничивается параболической или спиральной формой, и он может иметь гиперболическую конфигурацию или иную направленную вниз выпуклую криволинейную конфигурацию, чтобы обеспечивать нужные создаваемые движения стопы, в соединении с килем стопы для образования голеностопного участка стопы. Устройство, размещенное сзади голени, не ограничивается использованием в нем ремня в качестве гибкого удлиненного элемента, и могут быть использованы такие другие элементы, как гибкий трос. Аналогично, конфигурация пружины в устройстве может отличаться от поясняемых здесь конфигураций. Например, эластичная трубка из металла или пластмассы, проходящая поперечно продольному расположению протеза, может находиться между удлиненным элементом и верхней частью голени для аккумулирования и высвобождения энергии. Признаки различных осуществлений, включая материалы для конструкции, также можно использовать друг с другом. В частности, в рамках приводимого выше описания, чертежей и прилагаемой формулы изобретения можно выполнить целесообразные варианты и модификации компонентов и/или компоновок выполнения объекта изобретения. Специалистам будут очевидны альтернативные виды использования помимо вариантов и модификаций компонентов и/или компоновок.This completes the presentation of exemplary implementations. Despite the fact that the invention is set forth in several illustrative examples, it should be mentioned that those skilled in the art will be able to envisage many other modifications and implementations within the scope and concept of the principles of the invention. For example, the lower end of the tibial foot in the prosthetic foot according to the invention is not limited to a parabolic or spiral shape, and it may have a hyperbolic configuration or another downward convex curvilinear configuration to provide the desired generated foot movements, in conjunction with the keel of the foot to form the ankle of the foot. A device located behind the lower leg is not limited to using a belt therein as a flexible elongated member, and other elements such as a flexible cable may be used. Similarly, the spring configuration in the device may differ from the configurations explained here. For example, an elastic tube made of metal or plastic extending transversely to the longitudinal location of the prosthesis may be located between the elongated element and the upper part of the lower leg for energy storage and release. Signs of various implementations, including materials for construction, can also be used with each other. In particular, within the framework of the above description, drawings, and the appended claims, it is possible to carry out suitable variations and modifications of the components and / or arrangements of the subject matter. Alternative uses will be apparent to those skilled in the art in addition to variations and modifications to components and / or arrangements.
Claims (26)
продольную стопу, имеющую передний отдел стопы на одном конце,
задний отдел стопы на противоположном конце и средний отдел стопы, проходящий между упомянутыми передним и задним отделами стопы;
лодыжку, прикрепленную к стопе;
вертикальную голень, проходящую вверх от лодыжки;
в которой лодыжка и голень сформированы упругим элементом,
проходящим вверх от стопы и имеющим обращенную вперед выпукло-изогнутую спиральную часть; и
в которой упомянутый элемент прикреплен к стопе соединительным элементом, сформированным монолитно с передним отделом стопы.1. The system for the prosthesis of the lower limb, containing
a longitudinal foot having a forefoot at one end,
the back of the foot at the opposite end and the middle part of the foot, passing between the forefoot and hindfoot;
ankle attached to the foot;
vertical tibia extending upward from the ankle;
in which the ankle and lower leg are formed by an elastic element,
passing upward from the foot and having a convex-curved spiral part facing forward; and
in which the said element is attached to the foot by a connecting element formed integrally with the forefoot.
продольный киль стопы, имеющий передний отдел стопы на одном конце, задний отдел стопы на противоположном конце и средний отдел стопы, проходящий между упомянутыми передним и задним отделами стопы;
вертикально ориентированную упругую стойку голени, прикрепленную к килю стопы на нижнем конце стойки голени, который формирует область упругого голеностопного сустава протезной стопы, и проходящую в основном вверх от киля стопы и имеющую обращенную вперед выпукло-изогнутую часть упругой стойки голени;
в которой стойка голени прикреплена к килю стопы соединительным элементом, сформированным монолитно с передним отделом стопы киля.13. Orthopedic foot containing
a longitudinal keel of the foot having the forefoot at one end, the hindfoot at the opposite end, and the midfoot between the forefoot and hindfoot;
a vertically oriented elastic shank of the leg attached to the keel of the foot at the lower end of the leg of the leg, which forms the region of the elastic ankle joint of the prosthetic foot, and extending mainly upward from the keel of the foot and having the convex-curved portion of the elastic leg of the leg facing forward;
in which the tibia is attached to the keel of the foot with a connecting element formed integrally with the forefoot of the keel.
продольную стопу;
лодыжку, прикрепленную к стопе;
вертикальную голень, проходящую вверх от лодыжки;
причем лодыжка и голень образованы упругим элементом, реверсно изогнутый нижний конец которого прикреплен к стопе, образуя лодыжку, и который проходит вверх от стопы и имеет обращенную вперед выпукло-изогнутую спиральную часть; и
упругий элемент прикреплен к стопе соединительным элементом, вмещающим изогнутый нижний конец элемента.25. System for a prosthetic lower limb containing
longitudinal foot;
ankle attached to the foot;
vertical tibia extending upward from the ankle;
moreover, the ankle and lower leg are formed by an elastic element, the reverse curved lower end of which is attached to the foot, forming an ankle, and which extends upward from the foot and has a convex-curved spiral part facing forward; and
the elastic element is attached to the foot by a connecting element containing the curved lower end of the element.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US55811904P | 2004-04-01 | 2004-04-01 | |
US10/814,260 US7611543B2 (en) | 2001-03-30 | 2004-04-01 | Prosthetic foot with tunable performance |
US10/814,155 | 2004-04-01 | ||
US60/558,119 | 2004-04-01 | ||
US10/814,260 | 2004-04-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006138501A RU2006138501A (en) | 2008-05-10 |
RU2345736C2 true RU2345736C2 (en) | 2009-02-10 |
Family
ID=37955096
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006138482/14A RU2336055C2 (en) | 2004-04-01 | 2005-04-01 | Talocrural prosthesis with controlled functionality |
RU2006138478/14A RU2348380C2 (en) | 2004-04-01 | 2005-04-01 | Prosthesis foot with adjusted functional characteristics |
RU2006138501/14A RU2345736C2 (en) | 2004-04-01 | 2005-04-01 | Foot prosthesis with adjustable characteristics |
Family Applications Before (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006138482/14A RU2336055C2 (en) | 2004-04-01 | 2005-04-01 | Talocrural prosthesis with controlled functionality |
RU2006138478/14A RU2348380C2 (en) | 2004-04-01 | 2005-04-01 | Prosthesis foot with adjusted functional characteristics |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN1937974A (en) |
RU (3) | RU2336055C2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017127915A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-08-03 | B-Temia Inc. | Load bearing assistance apparatus for lower extremity orthotic or prosthetic devices |
JP2021058318A (en) * | 2019-10-04 | 2021-04-15 | BionicM株式会社 | Foot part of artificial leg, and artificial leg |
-
2005
- 2005-04-01 RU RU2006138482/14A patent/RU2336055C2/en active
- 2005-04-01 CN CN 200580010695 patent/CN1937974A/en active Pending
- 2005-04-01 RU RU2006138478/14A patent/RU2348380C2/en active
- 2005-04-01 RU RU2006138501/14A patent/RU2345736C2/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2348380C2 (en) | 2009-03-10 |
RU2006138482A (en) | 2008-05-10 |
RU2336055C2 (en) | 2008-10-20 |
RU2006138478A (en) | 2008-05-10 |
RU2006138501A (en) | 2008-05-10 |
CN1937974A (en) | 2007-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2291676C2 (en) | Foot prosthesis with controlled function | |
CA2561323C (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
RU2345737C2 (en) | Foot prosthesis with adjustable characteristics | |
US7611543B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
US8236062B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
US8070829B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
US20060030950A1 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
EP2648657B1 (en) | Resilient prosthetic and orthotic components which incorporate a plurality of sagittally oriented struts | |
US20080188950A1 (en) | Method for the Continuous Implementation of Polymerisation Processes | |
US20070213841A1 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
RU2345736C2 (en) | Foot prosthesis with adjustable characteristics | |
WO2006107329A1 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
RU2294177C2 (en) | Foot prosthesis possessing controllable functional properties | |
WO2005097010A2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance |