RU2055549C1 - Frame of artificial foot - Google Patents

Frame of artificial foot Download PDF

Info

Publication number
RU2055549C1
RU2055549C1 SU925054500A SU5054500A RU2055549C1 RU 2055549 C1 RU2055549 C1 RU 2055549C1 SU 925054500 A SU925054500 A SU 925054500A SU 5054500 A SU5054500 A SU 5054500A RU 2055549 C1 RU2055549 C1 RU 2055549C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
spring
ankle
foot
cantilever element
wave
Prior art date
Application number
SU925054500A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Евгеньевич Гайдачук
Николай Владимирович Литвин
Владимир Викторович Лукьянченко
Владимир Петрович Синюков
Original Assignee
Николай Владимирович Литвин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Владимирович Литвин filed Critical Николай Владимирович Литвин
Priority to SU925054500A priority Critical patent/RU2055549C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2055549C1 publication Critical patent/RU2055549C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/66Feet; Ankle joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30316The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30329Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
    • A61F2002/30433Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements using additional screws, bolts, dowels, rivets or washers e.g. connecting screws
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5003Prostheses not implantable in the body having damping means, e.g. shock absorbers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2002/5007Prostheses not implantable in the body having elastic means different from springs, e.g. including an elastomeric insert
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/66Feet; Ankle joints
    • A61F2002/6614Feet
    • A61F2002/6657Feet having a plate-like or strip-like spring element, e.g. an energy-storing cantilever spring keel
    • A61F2002/6678L-shaped
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/66Feet; Ankle joints
    • A61F2002/6614Feet
    • A61F2002/6657Feet having a plate-like or strip-like spring element, e.g. an energy-storing cantilever spring keel
    • A61F2002/6685S-shaped
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2220/00Fixations or connections for prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
    • A61F2220/0025Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
    • A61F2220/0041Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements using additional screws, bolts, dowels or rivets, e.g. connecting screws

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

FIELD: medical facilities. SUBSTANCE: frame of artificial foot has ankle 1, wavy spring 4 with two troughs of wave in calcanel and metatarsophalangeal regions and wave tops in talocrural region, damper 3 located between ankle and spring. EFFECT: provision of artificial foot whose operation precisely conform to operation of normal foot. 6 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей. The invention relates to medical equipment, namely to lower limb prostheses.

Известна искусственная стопа, содержащая щиколотку, плюсне-фаланговый шарнир, пяточный отдел, передний отдел, амортизатор и элементы крепления. При этом на щиколотке установлен шарнир, ось которого совпадает с физиологической осью Шопаровского сустава. На оси шарнира расположен двухплечевой рычаг, одно плечо которого связано с плюсне-фаланговым шарниром, а под другим плечом в пяточном отделе стопы расположена цилиндрическая пружина. Недостатками известного протеза являются относительная сложность конструкции, низкая технологичность при изготовлении, неспособность моделировать задний упругий толчок. Known artificial foot containing the ankle, metatarsophalangeal hinge, heel, front, shock absorber and fasteners. At the same time, a hinge is installed on the ankle, the axis of which coincides with the physiological axis of the Shoparovsky joint. A two-arm lever is located on the hinge axis, one shoulder of which is connected to the metatarsophalangeal hinge, and a coil spring is located under the other shoulder in the heel of the foot. The disadvantages of the known prosthesis are the relative complexity of the design, low manufacturability in manufacturing, the inability to simulate the rear elastic shock.

Известен также протез голени на усеченную конечность, содержащий стопу и эластичную оболочку, в которую заключена щиколотка с подвижно сочлененным каркасом стопы. Недостатком этого протеза являются плохие амортизационные возможности, недостаточная устойчивость при ходьбе. Also known is a shin prosthesis on a truncated limb containing a foot and an elastic membrane, in which an ankle with a movably articulated skeleton of the foot is enclosed. The disadvantage of this prosthesis is poor depreciation capabilities, lack of stability when walking.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому каркасу искусственной стопы является конструкция известного каркаса, содержащая оболочку с наполнителем, щиколотку и рессору, которая выполнена из двух ветвей, одна из которых повторяет кривизну естественного свода, а свободный конец другой ветви соприкасается с первой в области плюсне-фалангового сочленения. К недостаткам прототипа можно отнести сложность в изготовлении, невозможность максимально точного моделирования функций естественной стопы человека, отсутствие эффекта сопротивления распластыванию, что приводит к хромоте, укорочению шага и неустойчивости при ходьбе. The closest in technical essence to the claimed artificial foot frame is the construction of a known frame containing a shell with a filler, ankle and spring, which is made of two branches, one of which repeats the curvature of the natural arch, and the free end of the other branch is in contact with the first in the metatarsus region phalanx joint. The disadvantages of the prototype include the difficulty in manufacturing, the impossibility of the most accurate modeling of the functions of the natural human foot, the absence of the effect of resistance to spreading, which leads to lameness, shortening of the step and instability when walking.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в создании искусственной стопы человека, функциональность которой максимально точно отвечала бы функциональности стопы к норме. The invention is aimed at solving the problem of creating an artificial human foot, the functionality of which would most accurately correspond to the functionality of the foot to normal.

Целью изобретения является создание конструкции, способной в отличие от известной, моделировать рессорную функцию, эффект распластывания и сопротивления разрушению стопы в норме, аккумулировать энергию деформации элементов протеза, необходимую для выполнения протезом заднего толчка, с целью приведения уровня энергозатрат пациента при ходьбе в норму. The aim of the invention is to create a design that, in contrast to the known one, is able to simulate the spring function, the effect of flattening and resistance to destruction of the foot is normal, to accumulate the deformation energy of the prosthesis elements necessary for the prosthesis to perform a back push in order to bring the patient's energy level when walking to normal.

Поставленная задача решается тем, а цель достигается тем, что каркас искусственной стопы содержит щиколотку, волнообразную рессору с двумя впадинами волны в пяточной и плюсне-фаланговой области и вершинами волны в геленочной части стопы, демпфер, расположенный между щиколоткой и рессорой. The problem is solved by that, and the goal is achieved by the fact that the skeleton of the artificial foot contains an ankle, a wave-shaped spring with two troughs of the wave in the heel and metatarsophalangeal region and the tops of the wave in the gelled part of the foot, a damper located between the ankle and the spring.

Отличительной особенностью конструкции является следующее. Рессора выполнена с переменной по длине жесткостью, убывающей к ее концам. В каркас искусственной стопы введен консольный элемент, расположенный под щиколоткой и прикрепленный к ее концам. В каркас искусственной стопы введен консольный элемент, расположенный под щиколоткой и прикрепленный к ней. Рессора прикреплена вершиной волны к консольному элементу, который выполнен с переменной по длине жесткостью, убывающей к плюсне-фаланговой области. Демпфер выполнен клиновидным и своей утолщенной частью расположен между консольным элементом и рессорой в месте сбега волны рессоры к пяточной части. A distinctive design feature is the following. The spring is made with stiffness varying in length, decreasing to its ends. A cantilever element located under the ankle and attached to its ends is introduced into the artificial foot frame. A cantilever element located under the ankle and attached to it is introduced into the artificial foot frame. The spring is attached by the top of the wave to the cantilever element, which is made with stiffness variable in length, decreasing to the metatarsophalangeal region. The damper is made wedge-shaped and its thickened part is located between the cantilever element and the spring in the place of the spring wave to the heel part.

Согласно второму пункту формулы изобретения консольный элемент наклонен к вертикальной оси щиколотки на угол β=92-97о. Диапазон значений угла наклона консольного элемента определен на основании расчетов, моделирования и экспериментов.According to the second claim, the cantilever element is inclined to the vertical axis of the ankle at an angle β = 92-97 about . The range of the angle of inclination of the cantilever element is determined on the basis of calculations, modeling and experiments.

Согласно третьему пункту формулы изобретения щиколотка и консольный элемент выполнены в виде единого элемента L-образной формы. According to the third claim, the ankle and cantilever element are in the form of a single L-shaped element.

Согласно четвертому пункту формулы изобретения консольный элемент и рессора выполнены из полимерного композиционного материала, механические характеристики которого связаны соотношениями:
σв≥ 270 МПа

Figure 00000002
≥ 0,01 где σв предел прочности материала;
Е модуль упругости материала в продольном направлении.According to the fourth claim, the cantilever element and the spring are made of a polymer composite material, the mechanical characteristics of which are related by the ratios:
σ in ≥ 270 MPa
Figure 00000002
≥ 0.01 where σ is the tensile strength of the material;
E is the modulus of elasticity of the material in the longitudinal direction.

Указанные рациональные значения физико-механических характеристик материала и их соотношение определены на основании результатов расчета и подтверждены экспериментально. Материалом для консольного элемента и рессоры может служить, например, углепластик, стеклопластик органопластик и их комбинации в изделии. The indicated rational values of the physicomechanical characteristics of the material and their ratio are determined based on the calculation results and confirmed experimentally. The material for the cantilever element and the spring can serve, for example, carbon fiber, fiberglass organoplastic and their combinations in the product.

Согласно пятому пункту формулы изобретения, плоскость расположения впадин волн рессоры к вертикальной оси на угол 84-87о. Оптимальный диапазон значений данного угла определен по результатам моделирования и экспериментов.According to the fifth claim, the plane of the location of the troughs of the spring waves to the vertical axis at an angle of 84-87 about . The optimal range of values for this angle is determined by the results of modeling and experiments.

Согласно шестому пункту формулы изобретения соотношение толщин рессоры (в предположении, что модуль упругости материала и ширина рессоры по длине постоянны) представится в виде:

Figure 00000003
1,2-1,7 где h1 толщина рессоры в пяточной и плюсне-фаланговой частях;
h2 толщина рессоры в геленочной части стопы.According to the sixth claim, the ratio of the thicknesses of the springs (assuming that the modulus of elasticity of the material and the width of the springs are constant in length) will be presented in the form:
Figure 00000003
1,2-1,7 where h 1 the thickness of the spring in the heel and metatarsophalangeal parts;
h 2 the thickness of the spring in the gel part of the foot.

Экспериментально подтверждено, что данный диапазон соотношения указанных толщин рессоры обеспечивает оптимальную жесткость геленочного отдела стопы. It has been experimentally confirmed that this range of the ratio of the indicated thicknesses of the springs provides the optimal rigidity of the gel section of the foot.

Каркас снабжен консольным элементом, предназначенным для получения зоны сопротивления разрушению, жесткость которого убывает к плюсне-фаланговой области стопы, что способствует его плавному включению в работу. Демпфер выполнен клиновидным и своей утолщенной частью расположен между консольным элементом и рессорой в месте сбега волны рессоры к пяточной части для того, чтобы привести в норму жесткость пяточного отдела искусственной стопы и наклонить плоскость расположения впадин волн рессоры к вертикальной оси на угол α= 84-87о, что позволило бы при снятии нагрузки на стопу в момент переноса приподнимать носочную часть протеза на 1-1,5 см во избежание столкновения носка с поверхностью ходьбы. Консольный элемент наклонен к вертикальной оси щиколотки на угол β= 92-97о для обеспечения его своевременного включения в работу при моделировании зоны сопротивления разрушению. Щиколотка и консольный элемент могут быть выполнены зацело, что приведет к аккумуляции большего количества внутренней энергии. Это может быть использовано при создании специального протеза стопы для пациентов, ведущих активный физический образ жизни, например, искусственной стопы для спортсменов. Консольный элемент и рессора выполнены из полимерного композиционного материала, для которого справедливы неравенства:
σв≥ 270 МПа

Figure 00000004
≥ 0,01 где σв предел прочности материала;
Е модуль упругости материала в продольном направлении.The frame is equipped with a cantilever element designed to obtain a zone of resistance to destruction, the rigidity of which decreases to the metatarsophalangeal region of the foot, which contributes to its smooth inclusion in the work. The damper is made wedge-shaped and its thickened part is located between the cantilever element and the spring at the spring wave runaway to the heel part in order to normalize the stiffness of the heel of the artificial foot and tilt the plane of the spring wave troughs to the vertical axis at an angle α = 84-87 о , which would allow lifting the forefoot of the prosthesis by 1-1.5 cm when relieving the load on the foot at the time of transfer to avoid collision of the toe with the walking surface. The cantilever element is inclined to the vertical axis of the ankle at an angle β = 92-97 about to ensure its timely inclusion in the simulation of the zone of resistance to fracture. The ankle and cantilever element can be made integrally, which will lead to the accumulation of more internal energy. This can be used to create a special prosthetic foot for patients leading an active physical lifestyle, for example, an artificial foot for athletes. The cantilever element and the spring are made of a polymer composite material, for which the inequalities are true:
σ in ≥ 270 MPa
Figure 00000004
≥ 0.01 where σ is the tensile strength of the material;
E is the modulus of elasticity of the material in the longitudinal direction.

Это позволяет повысить эластичность деталей без снижения их прочностных характеристик, тем самым в 2-3 раза увеличить их усталостные свойства. This allows you to increase the elasticity of parts without reducing their strength characteristics, thereby 2-3 times increase their fatigue properties.

Выполнение конструкции таким образом позволяет моделировать рессорную функцию. Эффект распластывания и сопротивления распластывания стопы в норме, аккумулировать энергию деформации элементов протеза, необходимую для выполнения протезом заднего толчка, с целью приведения уровня энергозатрат пациента при ходьбе в норму, создавать высокоэффективные протезы стоп для занятий спортом, увеличить шаг и скорость ходьбы, выравнять походку пациента. The implementation of the design in this way allows you to simulate the spring function. The effect of flattening and flattening resistance of the foot is normal, to accumulate the deformation energy of the prosthesis elements necessary for the prosthesis to perform the back push in order to bring the patient's energy consumption level when walking to normal, to create highly effective prosthetic feet for sports, increase the step and speed of walking, and even out the patient’s gait .

На фиг. 1 представлен общий вид каркаса искусственной стопы; на фиг. 2 общий вид каркаса искусственной стопы со щиколоткой и консольным элементом, выполненными в виде единого элемента L-образной формы. In FIG. 1 shows a General view of the frame of an artificial foot; in FIG. 2 is a general view of an artificial foot frame with an ankle and cantilever element made in the form of a single L-shaped element.

Каркас искусственной стопы содержит щиколотку 1, консольный элемент 2, демпфер 3 и рессору 4. Рессора 4 выполнена волнообразной с двумя впадинами волны, одна из которых находится в пяточной части 5. Рессора 4 посредством винтового соединения 6 прикреплена к вершине волны геленочной части 7 стопы к консольному элементу 2. Вторая впадина волны рессоры 4 расположена в плюсне-фаланговой области 8. Рессора 4 выполнена с переменной по длине жесткостью, убывающей к пяточной части 5 и плюсне-фаланговой части 8. Переменная по длине жесткость обеспечивается за счет выполнения ее с переменным по длине поперечным сечением. Консольный элемент 2 выполнен с переменной по длине жесткостью, убывающей в направлении к плюсне-фаланговой части 8 рессоры 4, что обеспечивается путем последовательного уменьшения поперечного сечения консольного элемента, по меньшей мере, начиная от его места контакта с геленочной частью 7 рессоры 4 в направлении ее плюсне-фаланговой части 8. Демпфер 3 выполнен клиновидным и своей утолщенной частью расположен под щиколоткой 1 между консольным элементом 2 и рессорой 4 в месте сгиба волны рессоры к пяточной части 5. The artificial foot frame contains an ankle 1, a cantilever element 2, a damper 3 and a spring 4. The spring 4 is made wavy with two wave troughs, one of which is located in the heel 5. The spring 4 is attached to the top of the wave of the gel part 7 of the foot to to the cantilever element 2. The second wave trough of the spring 4 is located in the metatarsophalangeal region 8. The spring 4 is made with variable stiffness along the heel, decreasing to the heel part 5 and metatarsophalangeal part 8. A variable stiffness is provided along the length through the implementation of its variable along the length of the cross section. The cantilever element 2 is made with variable stiffness along the length, decreasing towards the metatarsophalangeal part 8 of the spring 4, which is achieved by sequentially reducing the cross section of the cantilever element, at least starting from its point of contact with the gel part 7 of the spring 4 in its direction metatarsophalangeal part 8. The damper 3 is made wedge-shaped and its thickened part is located under the ankle 1 between the cantilever element 2 and the spring 4 at the bend of the spring wave to the heel part 5.

Консольный элемент 2 целесообразно наклонить к вертикальной оси О11 щиколотки на угол, например, 95о.The cantilever element 2, it is advisable to tilt to the vertical axis O 1 -O 1 ankles at an angle, for example, 95 about .

В ряде случаев щиколотку 1 и консольный элемент 2 целесообразно выполнить зацело в виде L-образного элемента (см. фиг. 2). In some cases, the ankle 1 and the cantilever element 2, it is advisable to integrally in the form of an L-shaped element (see Fig. 2).

Консольный элемент 2 и рессору 4 целесообразно выполнить из полимерного композиционного материала, например из углепластика, для которого предел прочности σв 400 МПа, а модуль упругости в продольном направлении Е 40000 МПа.The cantilever element 2 and the spring 4 is expediently made of a polymer composite material, for example carbon fiber, for which the tensile strength σ is 400 MPa and the elastic modulus in the longitudinal direction is E 40,000 MPa.

Плоскость О22 расположения впадин волн рессоры 4 целесообразно наклонить к вертикальной оси О11 щиколотки 1 под углом, например, 87о.The plane O 2 -O 2 location of the troughs of the waves of the spring 4, it is advisable to tilt to the vertical axis O 1 -O 1 ankles 1 at an angle, for example, 87 about .

Выполняя рессору 4 с переменным поперечным сечением, последовательно уменьшающимся в обе стороны от геленочной части 7 стопы, целесообразно отношение толщины рессоры в пяточной 5 и плюсне-фаланговой 8 частях (h1) к толщине рессоры в геленочной части стопы (h2) принять равным, например, 1,5.When performing spring 4 with a variable cross section, successively decreasing on both sides of the gel part 7 of the foot, it is advisable to take the ratio of the thickness of the spring in the heel 5 and metatarsophalangeal 8 parts (h 1 ) to the thickness of the spring in the gel part of the foot (h 2 ), for example, 1.5.

Для учета антропометрических особенностей каждого пациента при проектировании каркаса искусственной стопы Литвином Н.В. была разработана программа "стопа". Конкретные значения проектировочных величин элементов каркаса искусственной стопы для пациента весом 70 кг, рост которого 175 см при размере обуви 42, сведены в табл. 1 и 2. To take into account the anthropometric features of each patient when designing the skeleton of an artificial foot N. N. Litvin a stop program has been developed. The specific values of the design values of the elements of the artificial foot frame for a patient weighing 70 kg, whose height is 175 cm with a shoe size of 42, are summarized in table. 1 and 2.

Для удобства использования изделия пациентом и с целью придания ему завершенного косметического вида каркаса искусственной стопы помещается в эластичную оболочку. For the convenience of using the product by the patient and in order to give it a complete cosmetic appearance, the artificial foot frame is placed in an elastic shell.

В процессе ходьбы искусственная стопа проходит четыре основные фазы: фаза переднего толчка, фаза переката, задний толчок и перенос стопы. Во время столкновения протеза с поверхностью ходьбы деформиpуется пяточный отдел 5 рессоры 4 и происходит накопление внутренней энергии. При этом ударная нагрузка на изделие компенсируется упругим демпфером 3. На этом фаза переднего толчка заканчивается и наступает фаза переката, во время которой происходит постепенное распределение нагрузки между пяточным 5, геленочным 7, а затем и плюсне-фаланговым 8 отделами искусственной стопы. При этом осуществляется распластывание рессоры 4 и выполняется рессорная функция стопы. Происходит дальнейшее накопление внутренней энергии рессорой 4. При достижении сводом стопы в геленочной части 7 своего максимального значения Wmax включается в работу консольный элемент 2, взаимодействуя своей передней частью с плюсне-фаланговой частью 8 рессоры 4, что позволяет смоделировать биологически оправданный эффект сопротивления распластыванию путем увеличения жесткости деформируемой системы. Далее нагрузка переносится на плюсне-фаланговую часть 8 искусственной стопы, что вызывает дальнейшую деформацию рессоры 4 и консольного элемента 2 и способствует продолжению накопления конструкцией внутренней энергии. Во время прохождения центра тяжести тела пациента через положение равновесия происходит отдача аккумулированной внутренней энергии и выполняется упругий задний толчок. При снятии нагрузки на стопу наступает фаза переноса, демпфер 3 переходит в недеформированное состояние, отжимая тем самым плюсне-фаланговую часть протеза вверх на величину, позволяющую избежать столкновения носка протеза стопы с поверхностью ходьбы.In the process of walking, the artificial foot goes through four main phases: the front push phase, the rolling phase, the back push and the foot transfer. During the collision of the prosthesis with the walking surface, the heel section 5 of the spring 4 is deformed and internal energy is accumulated. In this case, the shock load on the product is compensated by the elastic damper 3. At this, the forward push phase ends and the roll phase begins, during which the load is gradually distributed between the calcaneal 5, gelenic 7, and then the metatarsophalangeal 8 sections of the artificial foot. In this case, the spring 4 is spread out and the spring function of the foot is performed. There is a further accumulation of internal energy by the spring 4. When the foot arch in the gel part 7 reaches its maximum value W max, the cantilever element 2 is activated, interacting with its front part with the metatarsophalangeal part 8 of the spring 4, which allows you to simulate the biologically justified effect of resistance to spreading by increase the rigidity of the deformable system. Further, the load is transferred to the metatarsophalangeal part 8 of the artificial foot, which causes further deformation of the spring 4 and the cantilever element 2 and contributes to the continued accumulation of internal energy by the structure. During the passage of the center of gravity of the patient’s body through the equilibrium position, the accumulated internal energy is released and an elastic back push is performed. When removing the load on the foot, the transfer phase begins, damper 3 goes into an undeformed state, thereby squeezing the metatarsophalangeal part of the prosthesis up by an amount that avoids the collision of the toe of the prosthetic foot with the walking surface.

Основным техническим свойством заявляемого каркаса искусственной стопы является эффект аккумуляции внутренней энергии деформации элементов протеза путем взаимодействия при ходьбе рессоры, демпфера и консольного элемента, с целью моделирования упругого заднего толчка, эффекта распластывания и сопротивления распластыванию рессорной функции стопы. The main technical property of the inventive artificial foot frame is the effect of accumulation of internal energy of the deformation of the prosthesis elements by interacting when walking the spring, damper and cantilever element, in order to simulate the elastic back push, the effect of flattening and resistance to flattening of the spring function of the foot.

В сравнении с базовым объектом, в качестве которого выбран прототип, заявляемый каркас искусственной стопы обладает следующими преимуществами:
приводится в норму уровень энергозатрат пациента при ходьбе;
модулируются рессорная функция, эффект распластывания и сопротивления распластыванию стопы в норме;
нормализуется шаг пациента;
повышается устойчивость при ходьбе;
изделие проектируется в строгом соответствии с антропометрическими данными пациента;
применение изделия дает возможность вести физически активный образ жизни, заниматься спортом;
значительно повышается технологичность и надежность искусственной стопы.
Compared with the base object, which is selected as the prototype, the inventive artificial foot frame has the following advantages:
the level of energy consumption of the patient when walking is normalized;
spring function is modulated, the effect of flattening and resistance to flattening of the foot is normal;
the patient’s step is normalized;
increased stability when walking;
the product is designed in strict accordance with the anthropometric data of the patient;
the use of the product makes it possible to lead a physically active lifestyle, play sports;
significantly improves the manufacturability and reliability of the artificial foot.

Claims (5)

1. КАРКАС ИСКУССТВЕННОЙ СТОПЫ, содержащий щиколотку, волнообразную рессору с двумя впадинами волны - в пяточной и плюсне-фаланговой области и вершиной волны в геленочной части стопы, демпфер, расположенный между щиколоткой и рессорой, отличающийся тем, что в него введен консольный элемент, расположенный под щиколоткой и прикрепленный к ней, причем рессора выполнена с переменной по длине жесткостью, убывающей к ее концам, и прикреплена вершиной волны к консольному элементу, который выполнен с переменной по длине жесткостью, убывающей к плюсне-фаланговой области, а демпфер выполнен клиновидным и своей утолщенной частью расположен между консольным элементом и рессорой в месте сбега волны рессоры в пяточной части. 1. CASE OF ARTIFICIAL FOOT, containing an ankle, undulating spring with two troughs of the wave - in the heel and metatarsophalangeal region and the top of the wave in the gel part of the foot, a damper located between the ankle and spring, characterized in that a cantilever element located under the ankle and attached to it, and the spring is made with a variable in length stiffness decreasing to its ends, and attached by the top of the wave to a cantilever element, which is made with a variable in length stiffness decreasing to plus non-phalanx region, and the damper is made wedge-shaped and its thickened part is located between the cantilever element and the spring in the place of the spring wave in the heel. 2. Каркас по п.1, отличающийся тем, что консольный элемент наклонен к вертикальной оси щиколотки на угол 92 - 97o.2. The frame according to claim 1, characterized in that the cantilever element is inclined to the vertical axis of the ankle at an angle of 92 - 97 o . 3. Каркас по пп.1 и 2, отличающийся тем, что щиколотка и консольный элемент выполнены в виде единого элемента L-образной формы. 3. The frame according to claims 1 and 2, characterized in that the ankle and cantilever element are made in the form of a single L-shaped element. 4. Каркас по пп.1 - 3, отличающийся тем, что консольный элемент и рессора выполнены из полимерного композиционного материала, предел прочности σв материала и модуль упругости E которого удовлетворяют следующим соотношениям:
σв≥ 270 МПа ;
Figure 00000005

5. Каркас по п.1, отличающийся тем, что плоскость расположения впадин волн рессоры наклонена к вертикальной оси щиколотки под углом 84 - 87o.
4. The frame according to claims 1 to 3, characterized in that the cantilever element and the spring are made of a polymer composite material, tensile strength σ in the material and elastic modulus E of which satisfy the following relationships:
σ in ≥ 270 MPa;
Figure 00000005

5. The frame according to claim 1, characterized in that the plane of the location of the troughs of the spring waves is inclined to the vertical axis of the ankle at an angle of 84 - 87 o .
6. Каркас по пп.1 - 5, отличающийся тем, что толщина h1 рессоры в плюсне-фаланговой и пяточной частях стопы связана с толщиной h2 рессоры в голеночной части соотношением
h2/h1 = 1,2 - 1,7.
6. The frame according to claims 1 to 5, characterized in that the thickness h 1 of the spring in the metatarsophalangeal and heel of the foot is related to the thickness h 2 of the spring in the ankle by the ratio
h 2 / h 1 = 1.2 - 1.7.
SU925054500A 1992-07-07 1992-07-07 Frame of artificial foot RU2055549C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925054500A RU2055549C1 (en) 1992-07-07 1992-07-07 Frame of artificial foot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU925054500A RU2055549C1 (en) 1992-07-07 1992-07-07 Frame of artificial foot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2055549C1 true RU2055549C1 (en) 1996-03-10

Family

ID=21609439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925054500A RU2055549C1 (en) 1992-07-07 1992-07-07 Frame of artificial foot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2055549C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550003C2 (en) * 2009-11-25 2015-05-10 Отто Бок Хелткэр Гмбх Prosthetic foot
RU2581493C2 (en) * 2010-10-25 2016-04-20 Отто Бок Хелткэр Гмбх Prosthetic foot
RU2741410C1 (en) * 2020-02-25 2021-01-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Prosthetic foot frame

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 848023, кл. A 61F 2/66, 1981. Авторское свидетельство СССР N 507319, кл. A 61F 2/66, 1974. Авторское свидетельство СССР N 778732, кл. A 61F 2/66, 1980. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550003C2 (en) * 2009-11-25 2015-05-10 Отто Бок Хелткэр Гмбх Prosthetic foot
US9486331B2 (en) 2009-11-25 2016-11-08 Otto Bock Healthcare Gmbh Prosthetic foot
RU2581493C2 (en) * 2010-10-25 2016-04-20 Отто Бок Хелткэр Гмбх Prosthetic foot
RU2741410C1 (en) * 2020-02-25 2021-01-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) Prosthetic foot frame

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2751868C (en) Spring orthotic device
RU2289362C2 (en) Foot prosthesis with controllable function
US7266910B2 (en) Orthotic footplate
RU2345737C2 (en) Foot prosthesis with adjustable characteristics
ES2582789T3 (en) Footwear with energy accumulation
JP2007530238A (en) Adjustable artificial leg
CN110545688B (en) Energy return orthotic system
RU2055549C1 (en) Frame of artificial foot
EP0600145B1 (en) Sports shoes
JP2000254155A (en) Foot correcting lever device and its usage method
Fergason et al. Custom design in lower limb prosthetics for athletic activity
RU2380011C1 (en) Footwear with energy accumulation
RU2301039C2 (en) Method and device for correcting foot defects
KR200172186Y1 (en) Anti-course faculty walking shoes.
RU2308910C2 (en) Foot prosthesis having adjustable functional characteristics and improved vertical load and shock absorption
WO2009094712A1 (en) An orthotic suitable for use in treating plantar fasciitis
RU2294177C2 (en) Foot prosthesis possessing controllable functional properties
HAUSER Common Disorders of the Foot
TWM522709U (en) High arch correction insole
KR19990084044A (en) Reverse Functional Walking Shoes
KR20000006858U (en) Body shape shoes