RU2166301C2

RU2166301C2 - Femoral prosthesis with knee hinge of stepless fixation with damped bending

Info

Publication number: RU2166301C2
Application number: RU99112070A
Authority: RU
Inventors: Б.П. Иванов; Е.Б. Шелихова
Original assignee: Иванов Борис Петрович; Шелихова Елена Борисовна
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-05-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has artificial foot, ankle, crus, single-axis knee unit produced without deviating the axis backward, femur, receiving unit with leather acetabulum with belt as well as shoulder girdle joined to the knee unit by means of tie-rod. The knee unit has casing as a piece of crus, member for supporting femur, axle, two friction bushings one of which is auxiliary and the second one is working one. The latter has return spring and connected to control tie-rod. The axle and auxiliary bushing are fixed relative to the casing. The member for supporting femur is mounted on the axle and is engaged with its friction surfaces with the working and supporting bushings so that the working bushing is screwed on the axle thread due to return spring action under no control action being applied to come in engagement with the member for supporting femur. The member making rotation relative to the crus (flexion), friction forces lock the femur support member rotating the working bushing. The flexion motion being continued, a lever compresses the spring causing damped bending. EFFECT: provided knee joint stability with no knee weakness to take place; reliability in retaining damped knee joint bending in any angular position of leg. 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей. Одним из способов повышения функциональности протезов нижних конечностей, отражающей в себе степень адекватности ходьбы на них к норме, а также их статические и динамические характеристики, является создание коленных узлов с автоматическим замком и зарессоренным подгибанием. Основными преимуществами таких коленных узлов являются: смягчение толчков в тазовый пояс и позвоночник, снижающее до минимума травматизацию органов и тканей инвалидов, нормализация гониограммы колена, большая плавность и непрерывность перемещения туловища инвалида, достижение более естественной симметрии и ритмичности ходьбы, снижение энергозатрат организма при ходьбе. The present invention relates to medical equipment, namely to lower limb prostheses. One of the ways to increase the functionality of lower limb prostheses, reflecting the degree of adequacy of walking on them to the norm, as well as their static and dynamic characteristics, is to create knee nodes with an automatic lock and spasmed bending. The main advantages of such knee nodes are: mitigation of shocks in the pelvic girdle and spine, minimizing injuries to organs and tissues of the disabled, normalization of the goniogram of the knee, greater smoothness and continuity of movement of the body of the disabled person, achieving a more natural symmetry and rhythm of walking, reducing energy consumption of the body when walking.

Наиболее близкий по технической сущности к предлагаемой конструкции является протез бедра (авт. свид. N 1351600 A1 SU (Якобсон и др.)). Одноосный коленный узел этого протеза выполнен без относа оси назад, что позволяет избавиться от таких недостатков, как удлинение конечности в переносную фазу шага, подъема колена при сидении. Автоматическое срабатывание замка с зарессоренным подгибанием в фазу опоры упрощает пользование протезом и дает дополнительные преимущества, характерные для коленных узлов с зарессоренным подгибанием. Недостатком конструкции протеза бедра (авт. свид. N 1351600 A1 SU (Якобсон и др. )) является возможность автоматической фиксации лишь в крайнем разогнутом положении и при условии полного выброса вперед. Недовыброс голени по различным причинам приводит к отказу автоматической фиксации, в результате теряется подкосоустойчивость и возможно падение инвалида. The closest in technical essence to the proposed design is a hip prosthesis (auth. Certificate. N 1351600 A1 SU (Jacobson and others)). The uniaxial knee assembly of this prosthesis is made without a rearward axis, which allows one to get rid of such disadvantages as lengthening of the limb in the portable phase of the step, lifting of the knee when sitting. The automatic actuation of the lock with spasmodic folding in the support phase simplifies the use of the prosthesis and provides additional benefits characteristic of knee assemblies with spasmodic folding. A disadvantage of the design of the hip prosthesis (author's certificate. N 1351600 A1 SU (Jacobson et al.)) Is the possibility of automatic fixation only in the extreme unbent position and subject to a full forward ejection. Lack of kick of the lower leg for various reasons leads to a failure of the automatic fixation, as a result, under-bracing is lost and a disabled person may fall.

Целью изобретения является создание конструкции коленного шарнира, обеспечивающей при любом взаимном положении бедра относительно голени равнонадежную фиксацию с зарессоренным подгибанием. The aim of the invention is to create a design of the knee hinge, providing for any mutual position of the thigh relative to the lower leg with equally reliable fixation with spasmodic bending.

Указанная цель достигается следующим образом. Протез бедра на фиг. 1 содержит последовательно соединенные: искусственную стопу 1, щиколотку 2, голень 3, одноосный коленный узел 4, бедро 5, приемную гильзу 6 с прикрепленным к ней кожаным вертлугом с поясом 7, а также плечевой пояс 8, связанный через тягу 9 с коленным узлом. Коленный узел показан на фиг. 2, включает в себя корпус 10 (элемент голени), опору бедра 11, ось 12, две фрикционные втулки: вспомогательную 13 и рабочую 14, причем последняя связана с управляющей тягой 9 и возвратной пружиной 15. Кроме того, поворачивающийся на некоторый угол относительно оси 12 рычаг 16 своим упором через шайбу 18 воздействует на буферное устройство 17, например пружину сжатия. Далее под "пружиной сжатия" имеется ввиду любой упругий элемент. Коленный узел выполнен без относа оси (поэтому при пользовании протезом, как и в протезе бедра (авт. свид. N 1351600 A1 SU (Якобсон и др.)), не происходит значительного удлинения конечности в переносную фазу шага, подъема колена при сидении и т. д.), а подкосоустойчивость обеспечивается замком в коленном шарнире с бесступенчатой фиксацией. The specified goal is achieved as follows. The hip prosthesis in FIG. 1 contains serially connected: an artificial foot 1, an ankle 2, a shin 3, a uniaxial knee assembly 4, a hip 5, a receiving sleeve 6 with a leather swivel attached to it with a belt 7, and a shoulder girdle 8 connected through a rod 9 to the knee assembly. The knee assembly is shown in FIG. 2, includes a housing 10 (lower leg element), a thigh support 11, an axis 12, two friction bushings: an auxiliary 13 and a working 14, the latter being connected to the control rod 9 and a return spring 15. In addition, it rotates through an angle relative to the axis 12, the lever 16 with its emphasis through the washer 18 acts on the buffer device 17, for example, a compression spring. Further, under the "compression spring" is meant any elastic element. The knee node is made without a relative axis (therefore, when using the prosthesis, as in the hip prosthesis (auth. Certificate. N 1351600 A1 SU (Jacobson et al.)), There is no significant lengthening of the limb into the portable phase of the step, knee lifting when sitting, etc. etc.), and the strut resistance is ensured by a lock in the knee joint with stepless fixation.

Автоматическая фиксация коленного шарнира с зарессоренным подгибанием осуществляется следующим образом. Рабочая втулка под действием пружины 15 наворачивается по резьбовой части оси до соприкосновения собственной фрикционной поверхностью с фрикционной поверхностью опоры бедра (управляющее воздействие через тягу отсутствует). Таким образом, при повороте бедра относительно голени (сгибании в колене) опора бедра 11 за счет сил трения увлекает за собой рабочую втулку 14, вызывает ее движение по резьбе оси 12, выбирая зазор между опорой бедра и вспомогательной втулкой, тем самым обеспечивая их фрикционное взаимодействие. Бедро оказывается зажатым на оси 12 между двумя втулками. Продольная нагрузка в протезе, линия действия которой проходит за осью коленного шарнира, создает момент, вызывающий дополнительное сгибание в нем на некоторый угол, где зажатая втулками 13 и 14 опора бедра 11 вместе с осью 12 зафиксированным от проворота на ней рычагом 16, воздействует на буферное устройство 17 - осуществляется зарессоренное подгибание. Automatic fixation of the knee joint with spasmed bending is as follows. The working sleeve under the action of the spring 15 is screwed on the threaded part of the axis until its own friction surface comes into contact with the friction surface of the thigh support (there is no control action through the traction). Thus, when the thigh is rotated relative to the lower leg (bending at the knee), the thigh support 11, due to friction forces, carries the working sleeve 14, causes it to move along the axis 12 thread, choosing the gap between the thigh support and the auxiliary sleeve, thereby ensuring their frictional interaction . The thigh is trapped on axis 12 between two bushings. The longitudinal load in the prosthesis, the line of action of which extends beyond the axis of the knee hinge, creates a moment that causes additional bending in it at a certain angle, where the thigh support 11, clamped by the bushings 13 and 14, together with the axis 12 of the lever 16 fixed against rotation by it, acts on the buffer the device 17 - is carried out sprung bending.

Указанное подгибание ограничивается ходом (параметром жесткости) буферного устройства 17 и может изменяться в пределах 10^o...25^o. Оптимальный угол (жесткость) подгибания колена с учетом индивидуальных особенностей инвалида обеспечивается регулировочным винтом 19 буферного устройства 17.The specified bending is limited by the stroke (stiffness parameter) of the buffer device 17 and can vary within 10 ^o ... 25 ^o . The optimal angle (stiffness) of the bending of the knee, taking into account the individual characteristics of the disabled person, is provided by the adjusting screw 19 of the buffer device 17.

Для расфиксации шарнира необходимо натянуть тягу 9, рабочая втулка 14, растянув пружину 15, повернется, образуя необходимые для свободного движения в коленном шарнире зазоры между фрикционными парами. При освобождении тяги 9 под действием возвратной пружины 15 замкнутся фрикционные поверхности втулки 14 и опоры бедра 11. Коленный шарнир подготовлен к автоматической фиксации с зарессоренным подгибанием. Следует отметить, что коленный шарнир фиксируется только на сгибание, а разгибание (тяга 9 не натянута) остается возможным и при условии обеспечения культей бедра момента разгибания. To unlock the hinge, it is necessary to tighten the rod 9, the working sleeve 14, by stretching the spring 15, will turn, forming the gaps between the friction pairs necessary for free movement in the knee hinge. When the thrust 9 is released under the action of the return spring 15, the friction surfaces of the sleeve 14 and the thigh support 11 are closed. The knee joint is prepared for automatic fixation with spasmed bending. It should be noted that the knee hinge is fixed only for bending, and extension (thrust 9 is not tensioned) remains possible, provided that the stump of the thigh provides the moment of extension.

Протез работает следующим образом. В положении "стоя" (без опоры на протез) тяга 9 не натянута. В начальный момент шага за счет движения плеча вверх (близкому к естественному при ходьбе) через натяжение тяги 9 осуществляется расфиксация коленного шарнира и голень беспрепятственно поворачивается относительно бедра. После отрыва протеза от опоры происходит дальнейшее сгибание в колене и голень выбрасывается вперед. The prosthesis works as follows. In the standing position (without resting on the prosthesis), the rod 9 is not stretched. At the initial moment of the step, due to the shoulder moving upward (close to natural when walking), the knee hinge is released through the tension of the traction 9 and the lower leg rotates freely relative to the hip. After the prosthesis is removed from the support, further bending occurs in the knee and the lower leg is thrown forward.

Перед наступанием пяткой на опору воздействие с тяги снимается - опускается плечо, рабочая втулка 14 под действием пружины 15 замкнет фрикционные поверхности (собственную и опоры бедра 11), коленный шарнир оказывается подготовленным к автоматической фиксации. Линия действия продольной нагрузки на протез проходит сзади от оси коленного шарнира, и дальнейшее движение инвалида (перенос массы тела на протез) вызовет некоторое сгибание в коленном шарнире и его фиксацию с последующим зарессоренным подгибанием, при котором рычаг 16 под действием продольной нагрузки (веса инвалида) воздействует на буферное устройство. Накопленная в результате сжатия упругого элемента буферного устройства потенциальная энергия, стремясь освободится, разгибает колено, способствуя его выходу из подгибания, тем самым облегчая перекат, проходящий при зафиксированном коленном шарнире. Before the heel advances on the support, the impact from the traction is removed - the shoulder is lowered, the working sleeve 14, under the action of the spring 15, will close the friction surfaces (own and thigh supports 11), the knee joint is prepared for automatic fixation. The line of action of the longitudinal load on the prosthesis passes behind the axis of the knee hinge, and further movement of the disabled person (transfer of body weight to the prosthesis) will cause some flexion in the knee hinge and its fixation, followed by springed bending, in which the lever 16 under the action of the longitudinal load (weight of the disabled person) affects the buffer device. The potential energy accumulated as a result of compression of the elastic element of the buffer device, striving to be released, extends the knee, helping it to exit from bending, thereby facilitating the rolling, which occurs when the knee joint is fixed.

Перед отрывом протеза от опоры при естественном поднятии плеча натягивается тяга и поворачивается рабочая втулка - происходит расфиксирование коленного шарнира с последующим переносом протеза над опорой при согнутом колене с последующим выбросом голени вперед. Before the prosthesis is removed from the support, when the shoulder is lifted naturally, the traction is pulled and the working sleeve is rotated - the knee joint is released and the prosthesis is transferred over the support with the bent knee, followed by the forward lower leg.

Данная конструкция протеза бедра с бесступенчато фиксируемым замком и зарессоренным подгибанием позволяет равнонадежно фиксировать коленный шарнир в любой момент и при любом положении бедра относительно голени по типу активного замыкания суставов, тем самым повышая подкосоустойчивость протезов при меняющихся условиях ходьбы (неровность почвы, толчки окружающих и т.п.), дает дополнительные возможности инвалиду в преодолении препятствия определенной высоты, самообслуживании, а также позволяет сделать движение инвалида плавным, более естественным при ходьбе, смягчить толчки в тазовый пояс и позвоночник, повысить комфортность пользования протезом. This design of the hip prosthesis with an infinitely fixed lock and sprung bending allows equally reliable fixation of the knee joint at any time and at any position of the thigh relative to the lower leg according to the type of active closure of the joints, thereby increasing the brace resistance of prostheses under changing walking conditions (uneven soil, tremors of others, etc.). n.), provides additional opportunities for the disabled person to overcome obstacles of a certain height, self-care, and also allows the disabled person to move smoothly, more natural when walking, soften tremors in the pelvic girdle and spine, increase the comfort of using the prosthesis.

Claims

A hip prosthesis comprising serially connected: an artificial foot, ankle, lower leg, knee assembly, hip, receiving sleeve, leather swivel with a belt, and a shoulder girdle connected through a rod to the knee assembly, characterized in that the knee assembly consists of a body (element tibia), thigh support, axis, two friction bushings - auxiliary and working, the latter associated with the control rod, under the influence of the return spring in the absence of control action, is in contact with the thigh support, which when bent benching, fixing its position relative to the axis of the lever and resting on a resilient member buffering.