PL209653B1 - Mechanizm przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, w szczególności zakończeń szyn aparatu ortezy kolanowej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, w szczególności zakończeń szyn aparatu ortezy kolanowej, przeznaczonej do rehabilitacji stawu kolanowego kończyny dolnej w stanach pozapalnych, po kontuzjach sportowych i/lub po interwencjach chirurgicznych.

Znanych jest w stanie techniki wiele różnych konstrukcji mechanizmów przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, w szczególności zakończeń szyn aparatu ortezy kolanowej, w którym elementy sprzęgające zakończenia obydwu elementów kątowo przemieszczających się względem siebie połączone są z nimi poprzez elementy mocujące ustalone swobodnie w otworach wykonanych w ich zakończeniach.

Wszystkie te konstrukcje mają na celu zarówno odciążenie uszkodzonego stawu kolanowego w czasie rekonwalescencji pochirurgicznej i/lub w okresie rehabilitacji jak i zabezpieczenie przed wszelkimi niepożądanymi ruchami mogącymi powodować zarówno ponowne uszkodzenie stawu jak i odczucia jakiegokolwiek bólu i/lub dyskomfortu w czasie noszenia ortezy kolanowej i poruszania się z zaopatrzoną w ortezę stawu kolanowego kończyną dolną .

Na podstawie analizy kinematyki i przebiegu składowych prawidłowego anatomicznego ruchu stawu kolanowego tworzy się różnego rodzaju układy przegubowych powiązań zakończeń szyn ortezy kolanowej jako dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, starając się odtworzyć w miarę wiernie sprzężenia mięśni i więzadeł w otoczeniu stawu kolanowego pomiędzy odpowiednio dobranymi punktami - węzłami ich wzajemnych sprzężeń zapewniających jednocześnie korzystny rozkład obciążeń i podpór w czasie ruchu poszczególnych elementów takiego mechanizmu ortezy stawu kolanowego.

Jedno z przykładowych rozwiązań takiego mechanizmu połączenia przegubowego zostało ujawnione w publikacji zgłoszenia patentowego nr US 2004/0127825 A1 opublikowanej dnia 01.07.2004.

Wynalazek ten zawiera rozwiązanie konstrukcyjne sytemu przegubowego połączenia końcowych części górnej i dolnej szyny aparatu korekcyjnego do regulacji ugięcia i wyprostu stawu kolanowego.

Górna szyna tego systemu ma zakończenie nieznacznie łukowe w kierunku w przód do kolana, a dolna szyna ma również nieznacznie ł ukowe zakoń czenie w tym samym kierunku.

Zakończenie dolnej szyny ma wykonane dwa otwory na elementy mocujące, na których ustalone są obrotowo swobodnie elementy sprzęgające obydwa zakończenia szyn, dolnej i górnej. Te otwory w zakończeniu dolnej szyny są wykonane w nim blisko krawędzi czołowej mniej więcej w jednakowej odległości od środkowej osi symetrii wzdłużnej tej szyny i jej zakończenia.

W zakończeniu górnej szyny również wykonane są dwa otwory, jeden, który możemy okreś lić jako otwór przedni, blisko osi środkowej symetrii wzdłużnej zakończenia mniej więcej w podobnej odległości od krawędzi czołowej jak opisane wyżej otwory w zakończeniu szyny dolnej.

Drugi otwór, który możemy określić jako tylni otwór w zakończenia szyny górnej, wykonany jest w przybliżeniu w odległości od pierwszego - otworu przedniego jak odległość pomiędzy otworami zakończenia szyny dolnej, lecz jest przesunięty bliżej krawędzi bocznej tylnej tego zakończenia szyny.

Pierwszy przedni otwór górnego zakończenia szyny mieści element mocujący przechodzący przez otwór w jednym końcu podłużnego, fasolowego w zarysie, płaskiego łącznika, przez którego drugi otwór na jego drugim końcu przechodzi kolejny element mocujący usytuowany w tylnym otworze w zakoń czeniu szyny dolnej.

Drugi płaski wspornik - łącznik tego mechanizmu połączenia przegubowego ma zarys trójkąta równoramiennego o zaokrąglonych narożach i ma dwa otwory pod elementy mocujące, jeden przedni otwór w najwęższym narożu trójkątnego zarysu, a drugi w narożu tylnym tego zarysu patrząc z boku.

W trzecim naroż u łącznik ten jest wyposa ż ony w wystę p stanowią cy ogranicznik ruchu współ pracujący z urządzeniem do regulacji i nastawy kąta ugięcia i wyprostu, które nie jest przedmiotem obecnego zgłoszenia wynalazku.

W stronę zakończenia szyny dolnej łącznik ten jest zwrócony podstawą, zaś w stronę zakończenia szyny dolnej zwrócony jest najwęższym narożem swego zarysu.

Jeden element mocujący przechodzi przez ten tylni otwór w tym trójkątnym łączniku i poprzez tylny otwór zakończenia górnej szyny.

PL 209 653 B1

Drugi element mocujący przechodzi poprzez przedni otwór dolnego zakończenia szyny i przedni otwór tego trójkątnego w zarysie łącznika usytuowany w j ego narożu najwęższym.

W bliskim otoczeniu pozycji wyprostu mechanizmu, gdy krawę dzie czołowe zakończeń obu sprzęganych szyn zwrócone są ku sobie na całej ich długości, otwór tylni górnego zakończenia szyny i obydwa otwory z elementami mocującymi łącznika o zarysie trójkątnym leżą w przybliżeniu w jednej linii.

Zasadniczo drugi łącznik pełni rolę zespołu ograniczającego ruch szyn ortezy, następnie wspornika usztywniającego mechanizm - stąd trójkątny zarys jego ukształtowania, na koniec jednocześnie rolę elementu mechanizmu przegubowego sprzęgającego zakończenia szyn jako elementów połączonych przegubowo, kątowo przemieszczających się względem siebie.

Opisane rozwiązanie pozwala na ruch tylko w ograniczonym zakresie (nie jest możliwe przekroczenie pewnego niewielkiego kąta poza pozycję wyprostu), nie naśladuje dokładnie ruchu kolana, gdyż faza poślizgu występuje zbyt późno (co jest związane ze zmianą proporcji długości łącznikówwiązadeł, które w kolanie są zbliżonej długości, a w omawianym mechanizmie wyraźnie się długością różnią).

Nadanie jednemu z łączników podwójnej funkcji (łącznika i ogranicznika ruchu) komplikuje mechanizm, jednocześnie nie dając możliwości ograniczania ruchu mechanizmu w sposób liniowy, gdyż zależność pomiędzy kątem obrotu łączników i kątem wzajemnego obrotu szyn jest nieliniowa.

W konstrukcji mechanizmu przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, w szczególności zakończeń szyn aparatu ortezy kolanowej według wynalazku, w którym elementy sprzęgające zakończenia obydwu elementów kątowo przemieszczających się względem siebie połączone są z nimi poprzez elementy mocujące ustalone swobodnie w otworach wykonanych w ich zakończeniach, istota rozwiązania polega na tym, że otworem jednego końca pierwszy element sprzęgający jest ustalony na elemencie mocującym usytuowanym w otworze sąsiadującym z otworem zakończenia pierwszego elementu kątowo przemieszczającego się, w którym ustalony jest swobodnie element mocujący przechodzący przez otwór końca drugiego elementu sprzęgającego i otwór w tymże zakończeniu tego samego elementu kątowo przemieszczającego się i odwrotnie tak, ż e patrząc z boku odcinek łączą cy osie otworów jednego elementu sprz ę gają cego jest w przybliż eniu wielkoś ci odcinka łączą cego osie otworów drugiego elementu sprzę gają cego, a otwory końców obu elementów sprzęgających związane z zakończeniem jednego elementu przemieszczającego się kątowo tworzą parę usytuowaną w przybliżeniu równolegle w pozycji wyprostu do drugiej pary utworzonej przez otwory drugich końców elementów sprzęgających związane z zakończeniem drugiego elementu kątowo przemieszczającego się.

Korzystnie jest, że w danym zakończeniu elementu kątowo przemieszczającego się, które jest poszerzone poza szerokość elementu, jeden z pary otworów jest usytuowany w osi wzdłużnej całego elementu, a drugi jest przesunięty w bok w tym zakończeniu, z osią korzystnie poza szerokością samego elementu, zaś oba zakończenia tych elementów w pozycji wyprostu zwrócone są swymi drugimi otworami w tym samym kierunku.

Ponadto korzystnie w pozycji wyprostu para otworów jednego elementu kątowo przemieszczającego się z parą otworów drugiego elementu kątowo przemieszczającego się tworzą swymi środkami wierzchołki czworokąta o podstawach w przybliżeniu równoległych, najkorzystniej prostokąta, którego każda przekątna stanowi odcinek łączący środki otworów w jednym z elementów sprzęgających.

Korzystnie jest także według wynalazku, gdy elementy sprzęgające stanowią kształtowe łączniki mające postać wzdłużnych płaskich elementów, łukowych w zarysie, z których jeden stanowi łącznik wąski, a drugi łącznik jednostronnie szeroki.

W konstrukcji według wynalazku utworzony został kinematyczny układ ramowy rozpięty w czterech węzłach - otworach zakończeń obu szyn sprzężonych łącznikami imitujący układ wiązadeł kolanowych umożliwia wzajemne przemieszczanie się elementów - zakończeń szyn w sposób odwzorowujący w miarę wiernie ruchy elementów stawu kolanowego, w którym główka kości udowej połączona jest z główką kości piszczelowej podobnym układem wiązadeł krzyżowych.

Utworzona czterobelkowa kratownica o odpowiednim usytuowaniu jednych z otworów zakończeń szyn w osi danej szyny i odpowiednio dobranym przesunięciu osi pozostałych otworów mieszczących elementy mocujące tego układu zapewnia bardzo korzystny przebieg ruchu przegubowego zakreślanego przez obydwa zakończenia szyn względem siebie, dążący do wiernego odwzorowania ruchów anatomicznych stawu kolanowego.

PL 209 653 B1

Rozwiązanie według opisanej konstrukcji może być oczywiście zastosowane również wszędzie tam, gdzie tego rodzaju ruch powinien być odwzorowywany w sposób pewny i powtarzalny.

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w jednym przykładowym wykonaniu mechanizmu według wynalazku w zastosowaniu do mechanizmu połączeń przegubowych zakończeń szyn ortezy stawu kolanowego, objaśnionym rysunkiem, na którym na Fig. 1 uwidoczniono osiowy widok wzdłużny na zakończenia szyn sprzężone łącznikami w pozycji wyprostu, zaś na Fig. 2 widok z boku konstrukcji pokazanej na Fig. 1, a na Fig. 3 osiowy widok wzdłużny jak na Fig. 1, lecz od strony drugiego z łączników.

Mechanizm przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie w przykładzie wykonania stanowi układ mechanizmu przegubowego połączenia zakończeń dwóch szyn aparatu ortezy kolanowej, zakończenia 1 szyny górnej 2 i zakończenia 3 szyny dolnej 4.

Zakończenie 1 szyny górnej 2 i zakończenie 3 szyny dolnej 4 mechanizmu w przykładowym wykonaniu mają jednakowy zarys, zgodnie z którym obydwa zakończenia 1, 2 mają boczne poszerzenia poza szerokość samej szyny i zaokrąglone łukowo naroża ich zarysu.

W danym zakończeniu 1 szyny górnej 2 i w zakończeniu 3 szyny dolnej 4 wykonane są identyczne pary otworów dla elementów mocujących 5.

Otwór 6 stanowiący jeden z pary otworów w danym zakończeniu 1 szyny górnej 2 i otwór 7, stanowiący jeden z pary otworów w zakończeniu 3 szyny dolnej 4 jest usytuowany w osi wzdłużnej całego elementu, jakim jest dana szyna.

Drugie otwory w tych zakończeniach 1 i 2 szyn 3 i 4, odpowiednio otwory 8, 9 są przesunięte w bok w danym zakończeniu 1 i 2 szyn 3 i 4 odpowiednio, z osią korzystnie poza szerokością samej szyny, zaś oba zakończenia 1 i 2 szyn 3 i 4 odpowiednio w pozycji wyprostu zwrócone są swymi drugimi otworami 8, 9 w tym samym kierunku.

Mechanizm zawiera dwa elementy sprzęgające oba zakończenia 1 i 2 szyn 3 i 4, które stanowią kształtowe łączniki mające postać wzdłużnych płaskich elementów, łukowych w zarysie, z których jeden stanowi wąski łącznik 10, a drugi jednostronnie szeroki łącznik 11.

Otworem jednego końca, węższego, jednostronnie szeroki łącznik 11 jest ustalony na elemencie mocującym 5 usytuowanym w otworze 6 sąsiadującym z otworem 8 zakończenia 1 szyny górnej 2, w którym ustalony jest swobodnie kolejny element mocujący 5 przechodzący przez otwór jednego końca wąskiego łącznika 10 i otwór 8 w tymże zakończeniu i szyny górnej 2.

Jednocześnie otworem jednego końca wąski łącznik 10 jest ustalony na kolejnym elemencie mocującym 5 usytuowanym w otworze 7 sąsiadującym z otworem 9 zakończenia 2 szyny dolnej 4, w którym ustalony jest swobodnie kolejny element mocujący 5 przechodzący przez otwór drugiego końca jednostronnie szerokiego łącznika 11 i otwór 9 w tymże zakończeniu 2 szyny górnej 4.

W pozycji wyprostu para otworów 6 i 8 w zakończenia i szyny górnej 2 z parą otworów 7 i 9 w zakończeniu 2 szyny dolnej 4 tworzą swymi środkami wierzchołki prostokąta, którego każda przekątna stanowi odcinek łączący środki otworów w jednym z łączników, odpowiednio w wąskim 10 i jednostronnie szerokim 11.

W przykładzie wykonania łączniki mają jak podano wyżej, zarys łukowy z wypukłością skierowaną w jedną stronę w kierunku poszerzenia obu zakończeń 1 i 2 szyn górnej 3 i dolnej 4 odpowiednio.

Nadto w pozycji wyprostu pomiędzy krawędziami czołowymi obu zakończeń 1 i 2 szyn górnej 3 i dolnej 4 odpowiednio, ustalona jest przerwa wystarczająca dla swobodnego mijania się obu krawędzi czołowych podczas ugięcia co najmniej do kąta prostego zakończenia 1 szyn górnej 3 względem zakończenia 2 szyny dolnej 4 odpowiednio przemieszczających się względem siebie kątowo w jednej płaszczyźnie.

Możliwe jest również zbudowanie mechanizmu według wynalazku z układem otworów obu łączników w pozycji wyprostu mającym postać innego czworokąta o dwóch w przybliżeniu równoległych podstawach, po jednej w każdym z opisanych zakończeń szyn jako elementach przemieszczających się kątowo względem siebie.

Możliwe jest też zbudowanie mechanizmu, w którym żaden z otworów w zakończeniu szyny nie leży w jej osi.

W układach tych wymienione otwory mogą tworzyć wierzchołki kwadratu, rombu i równoległoboku, a nawet trapezu równoramiennego o nieznacznej różnicy w długości podstaw i przy zachowaniu pozostałych zasad istoty rozwiązania według wynalazku.

PL 209 653 B1

Podobnie przedstawiony przykład wykonania nie ogranicza możliwego do zastosowania zgodnie z istotą wynalazku innego kształtu obu łączników.

Mechanizm może działać zarówno przy kątowym przemieszczaniu się względem siebie elementów połączonych przegubowo w jednej płaszczyźnie jak i w płaszczyznach różnych, lecz wzajemnie równoległych.

Uzyskiwany przebieg wzajemnych przemieszczeń kątowych elementów połączonych mechanizmem według wynalazku umożliwia odwzorowanie anatomicznych ruchów poszczególnych członów stawu kolanowego, dzięki czemu doskonale nadaje się do wykorzystania w ortezie stawu kolanowego.

Nie ogranicza to jednak możliwości innych zastosowań tego mechanizmu w innych aparatach korekcyjno-rehabilitacyjnych stosowanych w rehabilitacji leczniczej ogólnej jak również w szczególnych zastosowaniach rehabilitacji po kontuzji sportowej.

Także w innych gałęziach przemysłu, ponieważ omawiany mechanizm umożliwia również swobodny ruch w kierunku przeciwnym do zginania (w szczególnym przypadku mechanizm może mieć zakres ruchu od +180 stopni do -180 stopni licząc od pozycji wyprostu, a więc dorównywać mobilnością przegubom jednoosiowym, przewyższając je jednocześnie pod względem wytrzymałości).

Claims (3)

1. Mechanizm przegubowego połączenia dwóch elementów kątowo przemieszczających się względem siebie, w szczególności zakończeń szyn aparatu ortezy kolanowej, w którym elementy sprzęgające zakończenia obydwu elementów kątowo przemieszczających się względem siebie połączone są z nimi poprzez elementy mocujące ustalone swobodnie w otworach wykonanych w ich zakończeniach, znamienny tym, że otworem jednego końca pierwszy element sprzęgający (10) jest ustalony na elemencie mocującym (5) usytuowanym w otworze sąsiadującym z otworem zakończenia (1) pierwszego elementu kątowo przemieszczającego się, w którym ustalony jest swobodnie element mocujący (5) przechodzący przez otwór końca drugiego elementu sprzęgającego (11) i otwór w tymże zakończeniu (1) tego samego elementu kątowo przemieszczającego się i odwrotnie tak, że patrząc z boku odcinek łączący osie otworów jednego elementu sprzęgającego (10) jest w przybliżeniu wielkości odcinka łączącego osie otworów drugiego elementu sprzęgającego (11), a otwory końców obu elementów sprzęgających (10), (11) związane z zakończeniem (1) jednego elementu przemieszczającego się kątowo tworzą parę usytuowaną w przybliżeniu równolegle w pozycji wyprostu do drugiej pary utworzonej przez otwory drugich końców elementów sprzęgających (10), (11) związane z zakończeniem (2) drugiego elementu kątowo przemieszczającego się.

2. Mechanizm przegubowego połączenia według zastrz. 1, znamienny tym, że w danym zakończeniu (1), (2) elementu kątowo przemieszczającego się, które jest poszerzone poza szerokość elementu, jeden z pary otworów jest usytuowany w osi wzdłużnej całego elementu, a drugi jest przesunięty w bok w tym zakończeniu (1), (2), z osią korzystnie poza szerokością samego elementu, zaś oba zakończenia (1), (2) tych elementów w pozycji wyprostu zwrócone są swymi drugimi otworami (8), (9) odpowiednio w tym samym kierunku, przy czym korzystnie w tej pozycji para otworów (6), (8) jednego zakończenia (1) elementu kątowo przemieszczającego się z parą otworów (7), (9) zakończenia (2) drugiego elementu kątowo przemieszczającego się tworzą swymi środkami wierzchołki czworokąta o podstawach w przybliżeniu równoległych, najkorzystniej prostokąta, którego każda przekątna stanowi odcinek łączący środki otworów w jednym z elementów sprzęgających (10), (11).

3. Mechanizm przegubowego połączenia według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że elementy sprzęgające (10), (11) stanowią kształtowe łączniki mające postać wzdłużnych płaskich elementów, łukowych w zarysie, z których jeden stanowi łącznik wąski (10), a drugi łącznik jednostronnie szero-