RO131371B1 - Metodă de proiectare a calapoadelor pentru încălţămintea terapeutică pe baza principiilor biomecanice - Google Patents

Description

(54) METODĂ DE PROIECTARE A CALAPOADELOR PENTRU ÎNCĂLȚĂMINTEA TERAPEUTICĂ PE BAZA PRINCIPIILOR BIOMECANICE

Examinator, ing. NICOLEANU OCTAVIAN ALEXANDRU lllllllllllllllllllllllllllll^ lllllllllllllllllllllllllllllll^

Orice persoană are dreptul să formuleze în scris și motivat, la OSIM, o cerere de revocare a brevetului de invenție, în termen de 6 luni de la publicarea mențiunii hotărârii de acordare a acesteia

RO 131371 Bl

Invenția se referă la o metodă de proiectare a calapoadelor pentru încălțămintea terapeutică pe baza principiilor biomecanice ce definesc funcționarea normală a sistemului osteo-musculo-ligamentar al piciorului și destinate obținerii încălțămintei folosită ca parte integrantă a tratamentului patologiilor de natură mecanică ale picioarelor și membrelor inferioare.

Încălțămintea terapeutică are rolul de a asigura modificarea forțelor de reacțiune care acționează asupra sistemului osteo-musculo-ligamentar astfel încât să favorizeze procesul de vindecare a părților anatomice afectate și funcționarea eficientă a mecanismelor acestui sistem.

Acțiunea terapeutică se poate exercita atât prin intermediul elementelor constructive ale încălțămintei cât și prin intermediul dispozitivelor medicale introduse în încălțăminte.

Calapodul reprezintă fundația pe baza căreia se proiectează și realizează încălțămintea. Conform practicii anterioare, calapodul este definit ca o formă realizată din diverse materiale și care reprezintă morfologia piciorului, fiind utilizată pentru producția încălțămintei.

Corespondența calapod-picior se realizează pe baza unui sistem ortogonal de axe a cărui origine se află în punctul extrem posterior al amprentei plantare a piciorului, format din: axa vârf-călcâi situată în plan transversal și trecând prin punctul extrem posterior al amprentei plantare și vârful degetului 2, o axă perpendiculară pe axa vârf-călcâi și intersectându-se cu aceasta în punctul extrem posterior al suprafeței plantare și situată în planul transversal și o axă perpendiculară pe celelalte două în origine.

Rolul terapeutic al încălțămintei a impus redefinirea calapodului astfel încât în proiectarea acestuia să se țină cont și de alte principii decât cele morfologice.

Astfel, calapodul reprezintă o formă tridimensională modificată în raport cu forma piciorului, realizată din diferite materiale și utilizată în producția încălțămintei terapeutice, proiectată pe baza informațiilor antropometrice, morfologice, biomecanice, estetice și tehnologice necesare pentru ca încălțămintea să-și atingă obiectivele pentru care a fost prescrisă și proiectată în cadrul tratamentului conservator al patologiilor aparatului locomotor.

Suprafața plantară a calapodului reprezintă suprafața de sprijin pentru dispozitivele introduse în încălțăminte. Proiectarea și realizarea calapodului poate pleca atât de la mulajul pozitiv al piciorului cât și de la modificarea unui calapod existent, denumit calapod inițial, în funcție de mărimea deformațiilor structurii osoase a piciorului.

Utilizarea sistemelor CAD-CAM permite flexibilizarea procesului de producție și reducerea timpului de livrare a produsului final către pacient. În cazul încălțămintei terapeutice individualizate, parametrii de prescripție ai acesteia se obțin pe baza examenului biomecanic al cărui rol este acela de a identifica atât poziția axelor de bază ale piciorului precum axa articulației mediotarsiene sau axa articulației subtalare cât și tipul de picior, pe baza relației dintre antepicior și retropicior. Poziția axelor principale ale articulațiilor piciorului este evaluată și în raport cu calapodul inițial.

Se cunoaște o metodă de construcție a încălțămintei și a calapodului (US 2160991) care constă în proiectarea unui calapod ca baza de fabricație a unei încălțăminte utilizată pentru a compensa deficiențele produse de abaterile de la aliniamentul normal al axelor și morfologiei piciorului, prin: realizarea echilibrului funcțiilor piciorului aflat sub sarcină, menținerea posturii, prevenirea pronatiei excesive, asigurarea unei propulsii corecte și reducerea oboselii manifestată în faza de sprijin unilateral a mersului. Pentru îndeplinirea acestor funcții, în invenția sus menționată, calapodul este modificat astfel încât să asigure controlul calcaneului prin înclinarea bazei calapodului, denumita branțul calapodului, către partea laterală, din zona posterioară a calapodului până în zona proximală a articulațiilor metatarsofalangiene, păstrându-le pe acestea în plan orizontal.

Dezavantajele majore ale acestei metode constau în faptul că prin această construc- 1 ție spațiul interior al încălțămintei nu permite introducerea dispozitivelor medicale de tipul ortezelor în timp ce bisectoarea părții posterioare a calapodului este menținută verticală și 3 în situațiile în care, datorită patologiei existente de tip varus sau valgus necompensat, calcaneul nu mai poate atinge o astfel de postură. Aceste deficiente influențează negativ 5 flexibilitatea procesului de utilizare al calapodului și limitează posibilitățile de utilizare ale încălțămintei construite pe baza lui. 7

Se mai cunoaște un procedeu de proiectare a tălpilor pentru încălțăminte (US 4597195) care să favorizeze mișcarea de plantarflexie a primului metatarsian în faza de 9 propulsie a mersului și să faciliteze funcționarea mecanismului scripete prin care banda medială a aponevrozei plantare se înfășoară în jurul primei articulații metatarso-falangiene 11 contribuind la transformarea piciorului într-un braț rigid și transferul corect al greutății corpului de pe un picior pe celălalt. Dezavantajul acestei metode este acela că invenția prezentată 13 nu ia în calcul parametrii tehnici ai calapodului pe care se va construi talpa conform invenției, respectiv forma concavă a suprafeței plantare a calapodului. Datorită acestei forme, 15 articulațiile metatarso-falangiene se poziționează în raport cu forma concavă a secțiunii suprafeței plantare din zona corespunzătoare a calapodului astfel încât, articulațiile 17 metatarso-falangiene 1 și 5 vor fi poziționate mai sus în raport cu articulația metatarso-falangiană 3 comparativ cu situația în care toate articulațiile se sprijină pe o suprafață plană. În 19 această situație, datorită efectului săgeții curbei suprafeței plantare a calapodului, efectul indus de soluția tehnică a brevetului sus menționat poate fi anulata. 21

Se mai cunoaște un procedeu de realizare a unei încălțăminte cu talpa rigidizată (118559 B1), aplicat la construcția încălțămintei cu toc și al cărei scop este redistribuirea 23 presiunilor între antepicior și călcâi prin asigurarea unui sprijin suplimentar retropiciorului prin poziționarea acestuia cât mai paralel cu suprafața de sprijin. Dezavantajul acestui procedeu 25 constă în faptul că nu ia în considerare parametrii constructivi ai calapodului pe care se formează încălțămintea, respectiv forma conturului secțiunii longitudinale a calapodului. Spre 27 exemplu, invenția sus menționată descrie ca și parte esențială un element rigid format dintr-o cupă pentru călcâi și o parte arcuită conformă părții de dedesubt a piciorului și construit din 29 material plastic și fixat pe branțul de calapod prin intermediul unui adeziv. Datorită faptului că elementele ansamblului intermediar al încălțămintei (branț, întăritură de branț, glenc) se 31 formează pe calapod, forma acestora trebuie să fie identică cu forma conturului secțiunii longitudinale a calapodului. Necorelarea formei ansamblului intermediar al încălțămintei cu 33 forma suprafeței plantare a calapodului poate conduce la neîndeplinirea de către încălțăminte a rolului pentru care a fost proiectată. 35

Se mai cunoaște un calapod pentru încălțăminte ortopedică (EP 1516551A2) având o secțiune conică posterioară 26 care este sculptată pentru a defini o porțiune posterioară 37 a pantofului bine adaptată. Conul posterior are o suprafață de reazem lată 25 și se îngustează la un gât îngust alungit 27. Secțiunea antepiciorului are o curbură din spate în 39 față care oferă un balansier natural. Un pantof ortopedic construit pe o astfel de formă asigură stabilizare la călcâiul piciorului și permite o distribuție uniformă a presiunii la nivelul 41 antepiciorului.

Se mai cunoaște un calapod de pantof (US 3496584 A) și un pantof care sunt 43 îmbunătățite pentru o poziție mai bună a piciorului prin curbarea asimetrică a suprafeței de sprijin a călcâiului, astfel încât curba interioară să se ridice la un nivel mai înalt decât cea 45 exterioară și să se extindă înainte până la un punct imediat posterior față de punctul de echilibru, înclinând porțiunea călcâiului spre exterior, în partea de sus, și răsucirea porțiunii 47 de con astfel încât partea superioară să se încline spre exterior în spate și spre interior în față pentru a direcționa forțele de propulsie care susțin greutatea către regiunea interioară 49 a punctului de echilibru.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în stabilirea modificărilor calapodului inițial pe baza principiilor biomecanice, astfel încât calapoadul pentru încălțămintea terapeutică obținut conduce la un produs funcțional destinat utilizării în cadrul tratamentului conservator al patologiilor de natură mecanica ale picioarelor și membrelor inferioare.

Metoda de proiectare, conform invenției, înlătură dezavantajele soluțiilor cunoscute și rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că etapele de proiectare cuprind unul sau mai multe din următoarele procedee:

- realizarea unei suprafețe plantare a calapodului, fără concavitate, obținută prin secționarea suprafeței plantare a calapodului inițial după o curbă paralelă cu curba obținută prin intersecția suprafeței laterale cu suprafața plantară și situată la o distanță cuprinsă între 2-5 mm față de aceasta și măsurată către interiorul suprafeței. Prin îndepărtarea părții concave a suprafeței plantare inițiale punctul de echilibru va fi înlocuit de o linie de echilibru;

- torsionarea calapodului inițial în plan frontal astfel încât bisectoarea suprafeței posterioare a calapodului să fie orientată față de suprafața de sprijin la un unghi egal cu valoarea unghiului ce caracterizează poziția relaxată a calcaneului pentru condițiile patologice în care calcaneul nu poate adopta o postura verticală;

- încovoierea calapodului inițial în plan transversal în raport cu poziția axei articulației mediotarsiene determinată în cadrul examenului biomecanic;

- reducerea strângerii în zona articulației metatarso-falangiene la o valoare minimă cuprinsă în intervalul de 1-3 mm și transferul acestei strângeri în zona proximală delimitată de articulațiile metatarso-falangiene și articulația Chopart, cu valori cuprinse între 3-10 mm. Metoda, conform invenției, prezintă ca avantaje:

- datorită eliminării concavității suprafeței plantare a calapodului, articulația metatarso-falangiană 1 se sprijină pe un plan situat la același nivel cu planul de sprijin al articulațiilor metatarso-falangiene 2-5, favorizând în acest fel funcționarea normală a mecanismului scripete prin care aponevroza plantară se înfășoară pe capetele distale ale metatarsienelor;

- datorită eliminării concavității suprafeței plantare a calapodului, dispozitivele medicale introduse în încălțăminte se vor poziționa pe o suprafața stabilă permițând realizarea obiectivelor pentru care acestea au fost prescrise, cum ar fi plantarflexia primei raze sau asigurarea domeniului necesar de pronație în faza de contact a ciclului de mers, prin încovoierea calapodului în jurul axei articulației mediotarsiene relativ la planul transversal, cu un unghi cuprins între +5 și +45 grade, se obține o relație fiziologică a antepiciorului în raport cu retropiciorul în planul transversal, asigurându-se în acest fel un confort sporit al încălțămintei terapeutice prin favorizarea unei corespondente morfologice îmbunătățite a volumului interior al încălțămintei în raport cu piciorul;

- prin torsionarea părții posterioare a calapodului în jurul axei mediotarsiene relativ la planul frontal, cu un unghi cuprins între -15 și +15 grade se obține alinierea acesteia cu partea posterioara a piciorului. Această aliniere este necesară în cazul patologiilor de tip varus/valgus necompensat în care retropiciorul nu mai poate adopta o postură verticală, prin realizarea unei strângeri minimale cuprinsă între 2-5 mm în zona articulațiilor metatarso-falangiene și a unei strângeri mai accentuate cuprinsă între 5-10 mm în zona delimitată de articulațiile metatarso-falangiene distal și articulația Chopart proximal, se favorizează mobilitatea fiziologică a articulațiilor metatarso-falangiene în timpul ciclului de mers asigurându-se în același timp și o stabilitate îmbunătățită a retropiciorului și articulațiilor mediotarsiene.

În fig. 1 este prezentată o imagine a unui calapod standard. 1

În fig. 2 este reprezentată secțiunea care definește zona articulațiilor metatarso-falangiene, secțiune în care se transpune permietrul la degete, măsurat pe picior. Astfel, un 3 calapod este compus din trei suprafețe: platforma superioară 1, suprafața laterală 2 și suprafața plantară 3. Platforma superioară 1 este o suprafață plană având rolul de a permite 5 sprijinul în cazul operațiilor de formare pe calapod a fețelor de încălțăminte. Suprafața laterală 2 este o suprafață având o formă complexă obținută prin modificări repetate în raport 7 cu suprafața corespondentă a piciorului. Suprafața plantară 3 a calapodului este o suprafață concavă caracterizată printr-o săgeata cuprinsă între 2 și 4 mm în zona axei longitudinale 9 a calapodului. Săgeata este simbolizată cu s în fig. 2. Din considerente estetice, reducerea perimetrului calapodului în zona articulațiilor metatarso-falangiene în raport cu perimetrul 11 secțiunii corespunzătoare a piciorului și forma concavă a secțiunii frontale a calapodului în aceeași zonă permit crearea unui aspect suplu al formei la vârf a calapodului. Din punct de 13 vedere funcțional, această reducere de perimetru are, în mod tradițional, rolul de a asigura stabilitatea piciorului în încălțăminte prin strângerea pe care o realizează în zona menționată. 15

Această reducere a perimetrului este denumită strângere și are valori cuprinse între 6-10 mm în zona articulațiilor metatarso-falangiene și între 2-4 mm în zona cuprinsa între 17 zona articulațiilor metatarso-falangiene și zona articulației Chopart. Forma concava a suprafeței plantare a calapodului determina existenta unui singur punct de contact a 19 calapodului cu suprafața de sprijin în zona articulațiilor metatarso-falangiene, punct numit punct de echilibru. Punctul de echilibru este reprezentat cu cifra 5 în fig.2. 21

Se dau în continuare 2 exemple de realizare a invenției

Conform unui exemplu de realizarea invenției, metoda cuprinde realizarea unui 23 calapod pentru condiția patologică hallux limitus funcțional realizat prin operații manuale:

- se selectează calapodul inițial real din baza de calapoade. Acesta este ales atât pe 25 baza criteriilor de natură dimensională tradiționale cât și a celor de natură estetică rezultate din consultarea pacientului; 27

- se modifică acest calapod conform metodelor tradiționale pentru a se obține corespondenta dimensională picior calapod în acord cu standardele dimensionale de 29 referință;

- se poziționează calapodul în sistemul de fixare astfel încât suprafața plantară să fie 31 orientată în plan orizontal deasupra platformei superioare;

- față de curba rezultată din intersecția suprafețelor laterală și plantară ale calapodului 33 se trasează către interior o curbă paralelă cu aceasta, la o distanță de 3 mm, denumită în continuare curbă de delimitare. Această distanță este calculată astfel încât centrele 35 articulațiilor metatarso-falangiene să se poziționeze pe linia de echilibru rezultată prin îndepărtarea părții concave a suprafeței plantare; 37

- cu calapodul fixat ferm în poziția descrisă la punctul 3 se îndepărtează materialul situat pe suprafața plantară a calapodului și mărginit la exterior de curba de delimitare 39 descrisă la punctul 4;

- cu calapodul astfel modificat și poziționat normal, respectiv cu suprafața plantară 41 orientată în jos se verifică planeitatea liniilor de contur 6, fig. 2, rezultate din intersecția secțiunilor frontale ale calapodului cu suprafața plantară; 43

- acolo unde planeitatea liniilor de contur nu este realizată se trece la rectificarea zonei respective prin adăugare sau îndepărtare de material până ce planeitatea este 45 obținută.

Conform unui al doilea exemplu de realizare a invenției, procedeul cuprinde realizarea unui calapod pentru un picior prezentând valgus necompensat de 8 grade și funcțional hallux limitus. În această situație este utilizat un sistem CAD-CAM:

- se selectează din baza de date calapodul virtual inițial. Acesta este ales atât pe baza criteriilor de natură dimensională tradiționale cât și a celor de natură estetică rezultate din consultarea pacientului;

- se modifică din punct de vedere dimensional calapodul astfel încât acesta să corespundă standardelor dimensionale în vigoare;

- se delimitează suprafața posterioară a calapodului corespunzătoare retropiciorului;

- se trasează poziția axei mediotarsiene în funcție de orientarea rezultată în urma examenului biomecanic;

- se torsionează partea posterioară a calapodului în jurul direcției axei mediotarsiene astfel încât bisectoarea suprafeței posterioare să fie orientată la 8 grade valgus în plan frontal. În situația în care soluția software nu are funcții care să permită o astfel de modificare se identifică acea funcție care poate permite o modificare cât mai apropiată în sensul dorit;

- se realizează o netezire a zonei intermediare, de tranziție, cuprinsă între partea posterioară și partea anterioară a calapodului;

- se modifică secțiunile părții posterioare, rotite astfel încât curba rezultată din intersecția suprafeței laterale a calapodului cu suprafața plantară să fie echilibrată. Echilibrarea înseamnă că punctele rezultate din intersecția secțiunilor frontale cu suprafața plantară sunt la aceeași înălțime față de suprafața de sprijin;

- față de curba rezultată din intersecția suprafețelor laterală și plantară a calapodului se trasează în interior o curbă echidistantă cu aceasta la o distanță de 4 mm față de partea medială și 2 mm față de partea laterală, denumită în continuare curbă de delimitare. Această distanță este calculată astfel încât centrele articulațiilor metatarso-falangiene să se poziționeze pe linia de echilibru rezultată prin îndepărtarea părții concave a suprafeței plantare;

- se îndepărtează virtual zona situată pe suprafața plantară a calapodului și mărginită la exterior de curba de delimitare descrisă la punctul 8;

- se creează o suprafață mărginită la exterior de curba de delimitare având ca și caracteristică principală planeitatea liniilor de contur 6, fig.2, rezultate din intersecția secțiunilor frontale ale calapodului cu suprafața plantară;

- se modifică perimetrele secțiunilor frontale astfel încât strângerea să se încadreze între 1-3 mm în zona articulațiilor metatarso-falangiene și între 3-10 mm în zona delimitată de articulațiile metatarso-falangiene distal și articulația Chopart proximal;

- calapodul astfel proiectat se compară virtual cu piciorul subiectului;

- dacă în urma comparației cu piciorul se constată faptul că morfologia calapodului corespunde prescripției se trece la realizarea calapodului real prin tehnologii de tip CAM. În caz contrar, procesul de modificare se reia până ce se atinge gradul de corespondență dorit între calapod și picior.

Claims (1)

1. Metodă de proiectare a calapoadelor pentru încălțămintea terapeutică pe baza 3 principiilor biomecanice, caracterizată prin aceea că aceasta cuprinde etapele de:

   - secționare a părții concave a suprafeței plantare, a calapodului inițial de modificat 5 la o distanța cuprinsă între 2-5 mm față de curba care rezultă din intersecția suprafeței plantare cu suprafața laterală a calapodului, măsurată către interiorul suprafeței plantare; 7

   - torsionare a părții posterioare a calapodului inițial în jurul axei articulației mediotarsiene relativ la planul frontal, cu un unghi cuprins între -15 și +15 grade, astfel încât 9 bisectoarea suprafeței posterioare a calapodului sa fie orientată față de suprafața de sprijin la un unghi egal cu valoarea unghiului ce caracterizează poziția relaxată a calcaneului în 11 poziție ortostatică bilaterală, pentru condițiile patologice în care calcaneul nu poate adopta o poziție verticală; 13

   - încovoiere a calapodului inițial în plan transversal, cu un unghi cuprins între +5 și +45 grade în raport cu poziția axei articulației mediotarsiene determinată în cadrul 15 examenului biomecanic;

   - reducere a strângerii în zona articulației metatarso-falangiene la o valoare minimă 17 cuprinsă în intervalul de 1-3 mm și transferul acestei strângeri în zona proximală delimitată de articulațiile metatarso-falangiene si articulația Chopart, cu valori cuprinse între 3-10 mm. 19