RU2013081C1

RU2013081C1 - Knee assembly of femur prosthesis

Info

Publication number: RU2013081C1
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Ершов; С.Н. Серов
Original assignee: Авиационный научно-промышленный комплекс "МИГ" им.А.И.Микояна
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: medical technique, namely femur prosthesis knee assemblies. SUBSTANCE: knee assembly of the femur prosthesis has a cam, providing bending and fixation of the knee assembly, it is mounted with possibility of rotation on a joint articulation axle, spring-loaded relative to a lower support, and is provided by a wedge groove, a spike and a supporting dent. An elastic member is mounted in the supporting dent for providing engagement of the cam with the lower support. A member, locking the knee assembly in a respective phase of its motion, has a protrusion, following the cam groove profile, dent, engaging the cam spike, and it is joined with an upper support by plate-type spring, rigidly secured by its one end to the upper support, and an intermediate link in the form of a tie rod, jointly connected with the locking member and a second end of the spring. In order to use the prosthesis at non-favorable meteorological conditions there is a stopper, fixing the lower support relative to the upper one. EFFECT: enhanced reliability and serviceability. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к коленному шарниру протеза бедра. The invention relates to medical equipment, in particular to a knee joint of a hip prosthesis.

Известен коленчатый узел протеза бедра, соединяющий шарнир с осью, промежуточное звено с осью, упругий элемент и фиксатор, установленный в гильзе голени, причем промежуточное звено установлено на оси коленчатого шарнира, расположенной на линии, соединяющей центры голеностопного шарнира и тазобедренного сустава, а фиксатор установлен с возможностью фиксации промежуточного звена относительно гильзы голени (Авторское свидетельство СССР N 1319845, кл. A 61 F 2/60, 1984). Known cranked node of the hip prosthesis connecting the hinge with the axis, the intermediate link with the axis, the elastic element and the latch installed in the sleeve of the lower leg, and the intermediate link is installed on the axis of the knee hinge located on the line connecting the centers of the ankle hinge and hip joint, and the latch is installed with the possibility of fixing the intermediate link relative to the sleeve of the lower leg (USSR Author's Certificate N 1319845, class A 61 F 2/60, 1984).

Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за большого количества деталей и пониженная комфортность пользования коленного узла протеза бедра. A disadvantage of the known device is the low reliability due to the large number of parts and the reduced comfort of using the knee assembly of the hip prosthesis.

Известен также коленный узел протеза бедра ближайший по технической сущности к описываемому и содержащий верхнюю и нижнюю опоры, шарнирно соединенные между собой, установленное на оси шарнира подпружиненное промежуточное звено, упpугий огpаничитель, установленный на нижней опоpе и контактиpующий с пpомежуточным звеном, и замок, выполненный в виде кулачка и упора, неподвижно укрепленных на промежуточном звене, и фиксатора, подвижно установленного на верхней опоре с возможностью контакта с кулачком в двух положениях (Авторское свидетельство СССР N 1351600, кл. A 61 F 2/60, 1986). The knee assembly of the hip prosthesis is also known that is closest in technical essence to the described one and contains upper and lower supports pivotally interconnected, a spring-loaded intermediate link mounted on the hinge axis, an elastic limiter installed on the lower support and in contact with the intermediate link, and a lock made in in the form of a cam and a stop fixedly mounted on the intermediate link, and a latch movably mounted on the upper support with the possibility of contact with the cam in two positions (Copyright certificate in the USSR N 1351600, class A 61 F 2/60, 1986).

Недостатки известного коленного узла заключаются в следующем:
- пониженная надежность из-за большого количества деталей;
- пониженная комфортность пользования, поскольку из-за наличия обязательного конструктивного зазора между фиксатором и кулачком нижняя опора не зафиксирована жестко относительно верхней в положении замка "Заперто", что сопровождается стуком при ходьбе и повышенным износом контактирующих поверхностей замка;
- протез не предусматривает возможность обеспечения жесткой или полужесткой фиксации шарнира, что необходимо при ходьбе в неблагоприятных условиях (грязь, гололед, высокая трава и т. п. ).The disadvantages of the known knee node are as follows:
- reduced reliability due to the large number of parts;
- reduced comfort of use, because due to the mandatory structural gap between the latch and the cam, the lower support is not fixed rigidly relative to the upper in the locked position, which is accompanied by knocking when walking and increased wear of the contact surfaces of the castle;
- the prosthesis does not provide for the possibility of providing rigid or semi-rigid fixation of the hinge, which is necessary when walking in adverse conditions (dirt, ice, tall grass, etc.).

Целью изобретения является увеличение надежности и повышение комфортности пользования протезом. The aim of the invention is to increase reliability and increase the comfort of using the prosthesis.

Указанная цель достигается тем, что в коленном узле протеза бедра, содержащем верхнюю и нижнюю опоры, шарнирно соединенные между собой, кулачок, установленный на оси шарнира, упругий ограничитель, связанный с нижней опорой, фиксатор, закpепленный на верхней опоре с возможностью поворота и взаимодействующий с кулачком, последний установлен с возможностью поворота, подпружинен относительно нижней опоры, снабжен клиновидным пазом, шипом и выступом, в котором установлен упругий элемент, посредством которого он контактирует с нижней опорой, а фиксатор имеет выступ, соответствующий по профилю пазу кулачка, зуб, взаимодействующий с шипом кулачка, связан с верхней опорой посредством пружины, жестко закрепленной одним концом на верхней опоре, и промежуточного звена, шарнирно соединенного с фиксатором и вторым концом пружины. This goal is achieved by the fact that in the knee assembly of the hip prosthesis containing the upper and lower supports pivotally connected to each other, a cam mounted on the axis of the hinge, an elastic limiter associated with the lower support, a latch fixed to the upper support with the possibility of rotation and interacting with cam, the latter is mounted rotatably, spring-loaded with respect to the lower support, provided with a wedge-shaped groove, a spike and a protrusion in which an elastic element is installed, by means of which it contacts the lower support, and the latch has a protrusion corresponding in profile to the cam groove, the tooth interacting with the cam spike is connected to the upper support by means of a spring rigidly fixed at one end to the upper support, and an intermediate link pivotally connected to the holder and the second end of the spring.

Кроме этого, коленный узел снабжен стопором в виде установленного на нижней опоре подвижного поперечного стержня, имеющего лыски, а на верхней опоре предусмотрены соответствующие им опорные площадки. In addition, the knee assembly is equipped with a stopper in the form of a movable transverse rod mounted on the lower support having flats, and corresponding support platforms are provided on the upper support.

В результате проведенных патентных исследований не обнаружено устройств аналогичного назначения, имеющих признаки, сходные с отличительными признаками изобретения, что позволяет считать последнее удовлетворяющим критерию "существенные отличия". As a result of the patent studies, no devices of a similar purpose were found that have features similar to the distinguishing features of the invention, which allows us to consider the latter satisfying the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 дан продольный разрез коленного узла в последней части фазы переноса протеза; на фиг. 2 - положение коленного узла во второй трети фазы опоры; на фиг. 3 - коленный узел в согнутом положении; на фиг. 4 - частичный разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the knee assembly in the last part of the prosthesis transfer phase; in FIG. 2 - the position of the knee node in the second third of the phase of the support; in FIG. 3 - knee node in a bent position; in FIG. 4 is a partial section AA in FIG. 1.

Коленный узел протеза содержит верхнюю и нижнюю опоры 1 и 2 соответственно, шарнирно соединенные между собой посредством оси 3. В нижней опоре 2 установлены упругие ограничители 4, посредством которой она контактирует с верхней опорой 1. На оси 3 установлен кулачок 5, имеющий клиновидный паз 6, шип 7, рычаг 8, при помощи которого кулачок 5 связан с пружиной 9. Второй конец пружины 9 расположен в регулировочной гайке 10, входящей в резьбовое отверстие 11 в нижней опоре 2. В кулачке 5 имеется также опорный выступ 12 с установленным в нем упругим элементом 13, через который кулачок 5 контактирует с нижней опорой. С кулачком 5 взаимодействует фиксатор 14, имеющий клиновидный выступ 15, соответствующий по профилю пазу 6 кулачка 5, и зуб 16. Фиксатор 14 шарниром 17 соединен с промежуточным звеном 18, которое вторым своим концом также шарнирно соединено с концом пластинчатой пружины 19, жестко закрепленной другим концом на верхней опоре 1. Для фиксации опор 1 и 2 относительно друг друга предусмотрен стопор. Для этого в нижней опоре 2 выполнен прилив 20, в котором расположен имеющий два фиксированных положения стержень 21 с лысками 22, а в верхней опоре 1 против лысок 22 имеются сооветствующие опорные площадки 23. The knee assembly of the prosthesis contains the upper and lower supports 1 and 2, respectively, pivotally interconnected by means of the axis 3. In the lower support 2, elastic stops 4 are installed, by means of which it contacts the upper support 1. On the axis 3 there is a cam 5 having a wedge-shaped groove 6 , a spike 7, a lever 8, by means of which the cam 5 is connected with the spring 9. The second end of the spring 9 is located in the adjusting nut 10, which enters the threaded hole 11 in the lower support 2. In the cam 5 there is also a support protrusion 12 with the elastic element 13, through which the cam 5 is in contact with the lower support. The latch 14 interacts with the cam 5, having a wedge-shaped protrusion 15, corresponding in profile to the groove 6 of the cam 5, and the tooth 16. The latch 14 is hinged 17 to an intermediate link 18, which is also pivotally connected to the end of the leaf spring 19, which is rigidly fixed to the other end on the upper support 1. To fix the supports 1 and 2 relative to each other, a stop is provided. For this, a lower tide 20 is made in the lower support 2, in which a rod 21 with flats 22 having two fixed positions is located, and in the upper support 1 against the flats 22 there are corresponding supporting platforms 23.

Коленный узел работает следующим образом. The knee node works as follows.

При переносе протеза бедра над опорной поверхностью (установка коленного шарнира в протез бедра на чертеже не показана) колено разгибается не полностью и нижняя опора 2 располагается под углом 175^о относительно верхней опоры 1. Это достигается соответствующим расположением и размерами упругих ограничителей 4. При этом фиксатор 14 под действием пружины 19 входит своим клиновидным выступом 16 в паз 6 кулачка 5, препятствуя тем самым свободному повороту кулачка 5 относительно верхней опоры 1. При наступании пяткой на опорную поверхность под действием на протез нагрузки, линия которой проходит сзади от оси 3 коленного узла в результате поворота искусственной голени и связанной с ней нижней опорой 2 происходит перемещение последней относительно кулачка 5 (подгибание). Это подгибание ограничивается ходом пружины 9 и может изменяться в пределах 10-25^о. Выбор оптимального угла подгибания коленного узла с учетом индивидуальных особенностей инвалида осуществляется перемещением регулировочной гайки 10 в отверстии 11, в результате чего изменяется затяжка пружины 9, или подбором надлежащей жесткости последней.When transferring hip prosthesis above the support surface (setting knee joint prosthesis in the femur not shown) is not fully unbent knee and lower leg 2 is at an angle ^of 175 relative to the upper support 1. This is achieved by appropriate arrangement and dimensions of the elastic limiters 4. This latch 14 under the action of the spring 19 enters with its wedge-shaped protrusion 16 into the groove 6 of the cam 5, thereby preventing the free rotation of the cam 5 relative to the upper support 1. When the heel steps on the supporting surface under the action iem load on the prosthesis, the line which passes behind the knee axle assembly 3 as a result of rotation of the artificial leg and the associated lower support 2 with respect to the latter there is a moving cam 5 (tucking). This tucking limited stroke of the spring 9 and can be varied within ^about 10-25. The choice of the optimal angle of bending of the knee assembly, taking into account the individual characteristics of the disabled person, is carried out by moving the adjusting nut 10 in the hole 11, as a result of which the tightening of the spring 9 changes, or by selecting the proper stiffness of the latter.

Подгибание в коленном узле сопровождается накоплением потенциальной энергии в пружине 9. Эта энергия освобождается во второй трети опорного времени шага (в фазу опоры на всю стопу), способствуя разгибанию коленного узла (выходу из подгибания). К этому времени завершается перекат во всей стопе. В течение этой фазы движения линия действия продольной нагрузки на протезе находится впереди оси 3 коленного узла, благодаря чему относительно оси 3 действует разгибающий момент, осуществляющий доразгибание коленного узла до угла 180^о, сжимая упругие ограничители 4. Это доразгибание сопровождается подавливанием нижней опоры 2 через упругий элемент 13 на опорный выступ 12 кулачка 5, в результате чего выступ 15 фиксатора 14 выходит из паза 5 кулачка 5. Фиксатор 14 переходит в положение "Открыто" и увертывается в этом положении пружиной 19, не препятствуя свободному перемещению нижней опоры 2 относительно верхней опоры 1 в сторону сгибания. В момент выхода из зацепления с кулачком 5 выступа 15 и фиксатора 14 последний поворачивается и переходит в положение (см. фиг. 2), при котором фиксатор 14 не касается кулачка 4. В этом положении он удерживается пружиной 19 через промежутчное звено 18. С начала переката на носке стопы и освобождения кулачка 5 от фиксатора 14 наступает последняя треть опорного времени шага, при которой происходит беспрепятственное огибание протеза в коленном шарнире, предшествующее переносу протеза над опорной поверхностью.Bending in the knee node is accompanied by the accumulation of potential energy in the spring 9. This energy is released in the second third of the reference time of the step (in the phase of support for the entire foot), contributing to the extension of the knee node (exit from bending). By this time, the roll in the entire foot is completed. During this phase, the line of action of motion of the longitudinal load on the prosthesis axis 3 is in front of the knee node, whereby relative to the axis 3 acts extensor moment, performing knee node dorazgibanie to an angle ^of 180, compressing the resilient stops 4. This is accompanied dorazgibanie podavlivaniem lower leg 2 via the elastic element 13 on the support protrusion 12 of the cam 5, as a result of which the protrusion 15 of the latch 14 comes out of the groove 5 of the cam 5. The latch 14 goes into the "Open" position and dodges in this position by the spring 19, not Vuia free movement of the lower leg 2 relative to the upper support 1 in the direction of bending. At the moment of disengagement with the cam 5 of the protrusion 15 and the latch 14, the latter rotates and switches to a position (see Fig. 2), in which the latch 14 does not touch the cam 4. In this position, it is held by the spring 19 through the intermediate link 18. From the beginning rolling on the toe of the foot and releasing the cam 5 from the latch 14, the last third of the step reference time occurs, at which the prosthesis in the knee hinge is unobstructed, which precedes the transfer of the prosthesis over the supporting surface.

В начале сгибания протеза в коленном узле кулачок 5, перемещаясь вместе с нижней опорой (поворот против часовой стрелки), нажимает своим шипом 7 на зуб 16 фиксатора 14 и поворачивает его. При этом выступ 15 фиксатора 14 проскакивает паз 6 кулачка 5 и наружная поверхность выступа скользит по наружной поверхности кулачка 5. At the beginning of the bending of the prosthesis in the knee assembly, the cam 5, moving together with the lower support (counterclockwise rotation), presses the tooth 16 of the retainer 14 with its spike 7 and rotates it. In this case, the protrusion 15 of the latch 14 slips the groove 6 of the cam 5 and the outer surface of the protrusion slides along the outer surface of the cam 5.

В момент отрыва стопы от опорной поверхности происходит сначала дальнейшее сгибание в коленном шарнире, а затем начинается его разгибание. Нижняя опора 2 вместе с кулачком 5 начинает движение в обратном направлении (по часовой стрелке) и при угле 175^о выступ 16 фиксатором 14 заходит в паз 6 кулачка 6. При этом в момент установки фиксатор поворачивается и надежно удерживается пружиной 19 через промежуточное звено 18 в таком положении. Таким образом обеспечивается высокая подкосоустойчивость протеза. Далее цикл повторяется с частотой двойных шагов.At the moment of separation of the foot from the supporting surface, first further bending in the knee joint occurs, and then its extension begins. The lower support 2 together with the cam 5 begins to move in the opposite direction (clockwise) and at an angle of 175 ° ^the protrusion 16 of the latch 14 enters the groove 6 of the cam 6. At the time of installation, the latch rotates and is firmly held by the spring 19 through the intermediate link 18 in in that position. In this way, a high stiffness of the prosthesis is ensured. Next, the cycle repeats with a frequency of double steps.

Для обеспечения большей безопасности и уверенности при ходьбе по грязи, льду, снегу, высокой траве и т. п. стержень 21 стопора передвигают в приливе 20 нижней опоры поперек последней. При этом лыски 22 стержня 21 смещаются относительно опорных площадок 23 опоры 1 и в этом случае при действии момента на доразгибание перемещения опор относительно одна другой не происходит, поскольку опорные площадки у опоры 1 упираются в стержень 21. Не происходит поворота фиксатора и открытия замка, а следовательно, свободного поворота нижней опоры относительно верхней. To ensure greater safety and confidence when walking on mud, ice, snow, tall grass, etc., the stopper rod 21 is moved in the tide 20 of the lower support across the latter. In this case, the flats 22 of the rod 21 are displaced relative to the support pads 23 of the support 1, and in this case, when the moment extends, the displacement of the supports relative to one another does not occur, since the support pads at the support 1 abut against the rod 21. The latch does not rotate and the lock is opened, but therefore, free rotation of the lower support relative to the upper.

Claims

THE KNEE ASSEMBLY OF THE HIP PROSTHESIS containing the upper and lower supports pivotally interconnected, the axis of the knee hinge with a cam mounted on it, an elastic stop connected to the lower support, a latch fixed to the upper support with the possibility of rotation and interaction with the cam, and a spring-loaded lever, installed in the lower support, characterized in that a leaf spring is introduced into it, fixed at one end on an upper support, an intermediate link pivotally connected to the latch and the other end of the leaf spring, a stopper formed as a slide rod with flattenings disposed on the underside of the support, and the cam is formed with a groove and a protrusion.