RU224920U1

RU224920U1 - ARTIFICIAL KNEE JOINT

Info

Publication number: RU224920U1
Application number: RU2023129091U
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Голубятников; Артем Борисович Петров
Original assignee: Александр Владимирович Голубятников; Артем Борисович Петров
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2024-04-08

Abstract

Полезная модель относится к протезам коленного модуля и представляет собой полицентрический коленный модуль с системой геометрической блокировки и трехступенчатым гидравлическим управлением фазы переноса, которая учитывает изменение скорости ходьбы. Устройство предназначено для использования в составе протезной системы нижней конечности и заменяет функцию отсутствующего колена. Потребители коленного модуля - инвалиды с ампутацией бедра. Техническим результатом заявленного решения является более стабильная работа гидросистемы коленного модуля. Указанный технический результат достигается за счет того, что в одном из каналов гидравлического корпуса коленного модуля содержится масляный фильтр, а за ним в том же канале расположен магнит, на конце перетока одного канала в другой установлен перепускной клапан, выполненный с возможностью настройки винтом, а в крышке гидравлического корпуса установлен гидроаккумулятор, состоящий из гибкой мембраны и герметичной воздушной полости. The utility model relates to prosthetic knee modules and is a polycentric knee module with a geometric locking system and three-stage hydraulic control of the swing phase, which takes into account changes in walking speed. The device is intended for use as part of a lower limb prosthetic system and replaces the function of a missing knee. Consumers of the knee module are disabled people with hip amputation. The technical result of the claimed solution is more stable operation of the knee module hydraulic system. The specified technical result is achieved due to the fact that one of the channels of the hydraulic housing of the knee module contains an oil filter, and behind it in the same channel there is a magnet, at the end of the flow of one channel into another, a bypass valve is installed, configured with a screw, and in A hydraulic accumulator is installed on the cover of the hydraulic housing, consisting of a flexible membrane and a sealed air cavity.

Description

Полезная модель относится к протезам коленного модуля и представляет собой полицентрический коленный модуль с системой геометрической блокировки и трехступенчатым гидравлическим управлением фазы переноса, учитывает изменение скорости ходьбы. Устройство предназначено для использования в составе протезной системы нижней конечности и заменяет функцию отсутствующего колена. Потребители коленного модуля - инвалиды с ампутацией бедра.The utility model relates to prosthetic knee modules and is a polycentric knee module with a geometric locking system and three-stage hydraulic control of the swing phase, taking into account changes in walking speed. The device is intended for use as part of a lower limb prosthetic system and replaces the function of a missing knee. Consumers of the knee module are disabled people with hip amputation.

Гидравлические коленные модули одна из последних разработок в области протезостроения. Улучшенная поворотная гидравлическая система обеспечивает больший комфорт и безопасность пользования протезом. Качественно новая, мощная миниатюрная гидросистема создает динамическое сопротивление движению и поддерживает мобильность активного пациента на высоком уровне. Эффективно имитирует естественную походку при пользовании протезом. Позволяет осуществить многие повседневные функции - от удобной посадки в автомобиль, до езды на велосипеде.Hydraulic knee modules are one of the latest developments in the field of prosthetics. The improved rotary hydraulic system provides greater comfort and safety in using the prosthesis. A qualitatively new, powerful miniature hydraulic system creates dynamic resistance to movement and maintains the mobility of an active patient at a high level. Effectively imitates natural gait when using a prosthesis. Allows you to carry out many everyday functions - from conveniently getting into a car to riding a bicycle.

Гидравлические коленные модули предназначены для тех, кто ведет активный образ жизни. За счет уникальной геометрической структуры и полиуретанового буфера конструкция позволяет человеку передвигаться мягко и безопасно.Hydraulic knee modules are designed for those who lead an active lifestyle. Due to the unique geometric structure and polyurethane buffer, the design allows a person to move softly and safely.

Гидравлические коленные модули высокофункциональные по сравнению с механическими коленными модулями. Обладают значительно более низкой стоимостью, со схожими функциональными характеристиками, по сравнению с электронными коленными модулями.Hydraulic knee modules are highly functional compared to mechanical knee modules. They have a significantly lower cost, with similar functional characteristics, compared to electronic knee modules.

Гидравлические коленные модули находятся в средней ценовой категории, однако по функциональности значительно превосходит сегмент механических коленных узлов. В то же время, незначительно уступая в функциональности электронным коленным модулям, обладает значительно меньшей ценой.Hydraulic knee modules are in the middle price category, but in terms of functionality they significantly exceed the segment of mechanical knee units. At the same time, being slightly inferior in functionality to electronic knee modules, it has a significantly lower price.

Функциональность модульных коленных шарниров имеет особое значение для протезирования. В фазе опоры устойчивость колена играет самую важную роль, поскольку при наступлении на пятку сустав не должен сгибаться. Во время фазы переноса он должен управлять движением голени. При использовании механических систем управления коленным шарниром возможности обеспечения устойчивости в фазе опоры охватывают весь: спектр от блокировки шарнира, при протезировании пациентов пожилого возраста, тормозных шарниров и многоосных конструкций - с эластичным подгибанием в фазе опоры.The functionality of modular knee joints is of particular importance for prosthetics. During the stance phase, knee stability plays the most important role, since the joint should not bend when stepping on the heel. During the swing phase, he must control the movement of the lower leg. When using mechanical knee joint control systems, the possibilities for providing stability in the stance phase cover the entire spectrum from joint locking, in prosthetics for elderly patients, brake joints and multi-axial structures - with elastic bending in the stance phase.

Для управления в фазе переноса используются пружинные толкатели, которые действуют вне зависимости от скорости передвижения. В то же время пневматические и гидравлические системы создают зависимое от скорости сопротивление движению и адаптируются к ритму ходьбы.To control the transfer phase, spring pushers are used, which operate regardless of the speed of movement. At the same time, pneumatic and hydraulic systems create speed-dependent movement resistance and adapt to the walking rhythm.

Известно решение по патенту US 5800566, опубл. 01.09.1998 на комбинацию искусственного коленного модуля и устройства для демпфирования поворотного движения в искусственном коленном суставе, причем искусственный коленный сустав имеет по меньшей мере одну точку поворота, комбинация, содержащая искусственный коленный сустав, имеющий первое звено и второе звено, и устройство для демпфирования, содержащее: поршень, имеющий реечную передачу вдоль одной его стороны; гидравлический цилиндр, имеющий продольное отверстие, в котором установлен поршень, поршень полностью содержится внутри цилиндра, поршень может совершать возвратно-поступательное движение в гидравлическом цилиндре, цилиндр дополнительно имеет каналы, соединяющие противоположные концы цилиндра на противоположных концах стороны поршня, через которые может протекать гидравлическая жидкость при движении поршня; средство на конце цилиндра для крепления первого звена искусственного шарнира к гидравлическому цилиндру; средство для сопротивления движению гидравлической жидкости по каналам, средство для сопротивления, включающее обратные клапаны для обеспечения протекания гидравлической жидкости по различным каналам для каждого направления движения поршня; и вал, имеющий установленную на нем шестерню, вал проходит в цилиндр, и шестерня входит в зацепление с реечной передачей поршня, только вал проходит из внутренней части гидравлического цилиндра, в то время как поршень и средство для сопротивления содержатся внутри цилиндра, и при этом второе звено искусственного шарнира смонтировано на валу, движение вала приводит в движение гидравлический цилиндр и, таким образом, вызывает гидравлическую нагрузку, жидкость по каналам цилиндра, средство для сопротивления движению, сопротивляющееся потоку гидравлической жидкости для демпфирования движения вала.The solution to patent US 5800566, publ. 09/01/1998 for a combination of an artificial knee module and a device for damping rotational movement in an artificial knee joint, wherein the artificial knee joint has at least one rotation point, a combination comprising an artificial knee joint having a first link and a second link, and a damping device, comprising: a piston having a rack and pinion gear along one side thereof; a hydraulic cylinder having a longitudinal bore in which a piston is mounted, the piston is completely contained within the cylinder, the piston can reciprocate within the hydraulic cylinder, the cylinder further has channels connecting opposite ends of the cylinder at opposite ends of the side of the piston, through which hydraulic fluid can flow when the piston moves; means at the end of the cylinder for attaching the first link of the artificial hinge to the hydraulic cylinder; means for resisting movement of hydraulic fluid through the channels, means for resistance including check valves for allowing hydraulic fluid to flow through different channels for each direction of movement of the piston; and a shaft having a gear mounted thereon, the shaft extending into the cylinder, and the gear engaging the rack and pinion of the piston, only the shaft extending from the interior of the hydraulic cylinder, while the piston and resistance means are contained within the cylinder, and wherein the second the artificial joint link is mounted on the shaft, the movement of the shaft drives the hydraulic cylinder and thus causes a hydraulic load, fluid through the cylinder channels, a means for resisting movement, resisting the flow of hydraulic fluid to dampen the movement of the shaft.

На основе данной системы созданы такие коленные модули как Total Knee 2000 & Total Knee 2100 (https://www.youtube.com/watch?v=GZ0YhbMiI7o), опубл.: 21.04.2022.Based on this system, knee modules such as Total Knee 2000 & Total Knee 2100 (https://www.youtube.com/watch?v=GZ0YhbMiI7o) were created, publ.: 04/21/2022.

Данное решение выбрано за прототип. В нем описан искусственный коленный сустав, представляющий собой коленный модуль, состоящий из системы тяг и рычагов, связанных осями вращения друг с другом, а также с гидравлическим корпусом и основанием коленного модуля, и имеющий в верхней части крепление к гильзе, а в нижней части основания - отверстие в основании для фиксации несущего модуля со стопой, причем в основании на первой оси вращения установлено опорное звено, внутри которого на второй оси вращения, параллельной первой оси вращения, одним своим концом установлена задняя тяга; к средней части задней тяги закреплено плечо, связанное третьей параллельной осью вращения; при этом, плечо своей центральной частью связано шарнирно с основанием, а другим своим концом плечо связано с боковыми рычагами четвертой параллельной осью вращения; на конце задней части гидравлического корпуса расположены два выступа, между которыми через пятую параллельную ось вращения соединен второй конец задней тяги; боковой рычаг другим своим концом связан с центральной осью вращения коленного модуля, которая также параллельна остальным осям и установлена на гидравлическом корпусе; гидравлический корпус содержит внутри зубчатое колесо, установленное на центральной оси и связанное с гидравлическим поршнем через зубчатую рейку; гидравлический поршень выполнен с возможностью смещаться в заполненной маслом поршневой полости, связанной с замкнутой системой каналов, заполненных маслом; в каналах установлены односторонние клапаны, ориентированные в сторону движения масла по кругу, а также дроссели, функцией которых является формирование зазоров.This solution was chosen as a prototype. It describes an artificial knee joint, which is a knee module consisting of a system of rods and levers connected by axes of rotation to each other, as well as to the hydraulic body and the base of the knee module, and having an attachment to the sleeve in the upper part, and in the lower part of the base - a hole in the base for fixing the supporting module with the foot, and in the base on the first axis of rotation there is a support link, inside of which a rear link is installed at one end on the second axis of rotation parallel to the first axis of rotation; a shoulder is attached to the middle part of the rear link, connected by a third parallel axis of rotation; at the same time, the arm with its central part is hingedly connected to the base, and with its other end the arm is connected to the side levers by a fourth parallel axis of rotation; at the end of the rear part of the hydraulic housing there are two protrusions, between which the second end of the rear link is connected through the fifth parallel axis of rotation; the side lever at its other end is connected to the central axis of rotation of the knee module, which is also parallel to the other axes and is mounted on the hydraulic housing; the hydraulic housing contains inside a gear mounted on a central axis and connected to a hydraulic piston through a rack; the hydraulic piston is configured to move in an oil-filled piston cavity associated with a closed system of oil-filled channels; the channels are equipped with one-way valves oriented in the direction of oil movement in a circle, as well as throttles, the function of which is to form gaps.

Недостатком известных систем является нестабильная работа их гидросистемы для плавного хода поршня. Крупные и мелкие продукты износа, попадая в каналы гидросистемы, также могут попасть затем и в зону уплотнений, что со временем выводит ее из строя. Это снижает срок службы коленного модуля.A disadvantage of the known systems is the unstable operation of their hydraulic system for smooth piston movement. Large and small wear products, entering the channels of the hydraulic system, can also then enter the seal area, which over time renders it inoperable. This reduces the life of the knee module.

Также, недостатком известного решения является потребность его аккуратного использования. Так, нельзя чрезмерно резко сгибать коленный модуль, поскольку есть вероятность гидроудара и повреждения от него уплотнений.Also, the disadvantage of the known solution is the need for its careful use. So, you cannot bend the knee module too sharply, since there is a possibility of water hammer and damage to the seals from it.

Кроме того, длительная эксплуатация коленного модуля приводит к его перегреву из-за расширения масла при его нагреве.In addition, long-term operation of the knee module leads to its overheating due to the expansion of the oil when it heats up.

Задачей настоящего решения является устранение вышеописанных недостатков.The purpose of this solution is to eliminate the above-described shortcomings.

Техническим результатом заявленного решения является более стабильная работа гидросистемы коленного модуля.The technical result of the claimed solution is more stable operation of the knee module hydraulic system.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен искусственный коленный сустав, выполненный в виде коленного модуля, состоящего из тяг и рычагов, связанных осями вращения друг с другом, а также с гидравлическим корпусом и основанием коленного модуля, и имеющего в верхней части крепление к гильзе, содержащее круглый выступ с резьбой, расположенный вокруг центра вращения коленного модуля, а в нижней части основания - отверстие в основании для фиксации несущего модуля со стопой, причем гидравлический корпус содержит внутри зубчатое колесо, установленное на центральной оси и связанное с гидравлическим поршнем через зубчатую рейку; при этом гидравлический поршень выполнен с возможностью смещения в заполненной маслом поршневой полости, связанной с замкнутыми каналами, заполненными маслом; в каналах установлены односторонние клапаны, ориентированные в сторону движения масла по кругу, а также дроссели для формирования зазоров; коленный модуль содержит сменный демпфер, прокладку и крышку демпфера, отличающийся тем, что в одном из каналов гидравлического корпуса содержится масляный фильтр, а за масляным фильтром в том же канале расположен магнит; на конце перетока одного канала в другой установлен перепускной клапан, выполненный с возможностью настройки винтом, с противоположных сторон гидравлического корпуса выполнены сквозные отверстия, а в крышке гидравлического корпуса установлен гидроаккумулятор, состоящий из гибкой мембраны и герметичной воздушной полости.This technical result is achieved due to the fact that an artificial knee joint is claimed, made in the form of a knee module, consisting of rods and levers connected by axes of rotation to each other, as well as to the hydraulic body and the base of the knee module, and having an attachment to sleeve containing a round protrusion with a thread located around the center of rotation of the knee module, and in the lower part of the base - a hole in the base for fixing the supporting module with the foot, and the hydraulic housing contains inside a gear mounted on the central axis and connected to the hydraulic piston through a gear lath; wherein the hydraulic piston is configured to move in an oil-filled piston cavity associated with closed channels filled with oil; one-way valves are installed in the channels, oriented in the direction of oil movement in a circle, as well as throttles for forming gaps; the knee module contains a replaceable damper, a gasket and a damper cover, characterized in that one of the channels of the hydraulic housing contains an oil filter, and behind the oil filter in the same channel there is a magnet; At the end of the flow of one channel into another, a bypass valve is installed, which can be adjusted with a screw, through holes are made on opposite sides of the hydraulic housing, and a hydraulic accumulator is installed in the cover of the hydraulic housing, consisting of a flexible membrane and a sealed air cavity.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На Фиг. 1 показан коленный модуль (вид спереди).In FIG. Figure 1 shows the knee module (front view).

На Фиг. 2 показан разрез коленного модуля (вид сбоку).In FIG. Figure 2 shows a section of the knee module (side view).

На Фиг. 3 показан разрез коленного модуля (вид сбоку - участок Фиг. 2 крупным планом).In FIG. Figure 3 shows a section of the knee module (side view - close-up of the section of Fig. 2).

На Фиг. 4 показан разрез коленного модуля (вид спереди крупным планом).In FIG. Figure 4 shows a section of the knee module (close-up front view).

На Фиг. 5 показан разрез коленного модуля и структура гидравлической системы (вид сверху).In FIG. Figure 5 shows a section of the knee module and the structure of the hydraulic system (top view).

На Фиг. 6 показана схема гидравлической системы коленного модуля.In FIG. Figure 6 shows a diagram of the hydraulic system of the knee module.

На Фиг. 7 показана схема использования коленного модуля с гильзой и с несущим модулем со стопой.In FIG. Figure 7 shows a diagram of the use of a knee module with a sleeve and a supporting module with a foot.

На Фиг. 8 показана фиксация гильзы и коленного модуля с помощью проксимального адаптера.In FIG. Figure 8 shows the fixation of the socket and knee module using a proximal adapter.

На Фиг. 9 показана схема рычагов коленного модуля и принцип фиксации дистальным винтом несущего модуля к основанию.In FIG. Figure 9 shows a diagram of the knee module levers and the principle of fixing the supporting module to the base with a distal screw.

На Фиг. 10 показаны места смазки подшипников.In FIG. 10 shows the bearing lubrication points.

На Фиг. 11 показаны клапаны регулировки (виды коленного модуля в разных ракурсах).In FIG. Figure 11 shows the adjustment valves (views of the knee module from different angles).

На Фиг. 12 и 13. показана установка механизма полного разгибания:In FIG. 12 and 13 show the installation of the full extension mechanism:

На Фиг. 12 показан принцип отделения крышки демпфера, самого демпфера и прокладок.In FIG. Figure 12 shows the principle of separating the damper cover, the damper itself and the gaskets.

На Фиг. 13 показана сборка пружинного блока и его установка (А - показан принцип сборки пружинного блока, Б - показано протягивание троса пружинного блока в коленный модуль).In FIG. Figure 13 shows the assembly of the spring block and its installation (A - shows the principle of assembling the spring block, B - shows the pulling of the spring block cable into the knee module).

На Фиг. 14 показаны различные положения изгиба коленного модуля.In FIG. 14 shows different bending positions of the knee module.

На Фиг. 15-21 - показаны примеры испытания коленного модуля.In FIG. 15-21 show examples of knee module testing.

На чертежах: 1 - Центральная ось вращения коленного модуля. 2 - Зубчатое колесо. 3 - Гидравлический поршень. 4 - Зубчатая рейка. 5 - Поршневая полость. 6 и 7 - Каналы движения масла. 8 и 9 - Клапаны гидравлической системы. 10 - Перепускной клапан. 11 - Настроечный винт перепускного клапана. 12, 13, 14 - Дроссели. 15 - Магнит.16 - Масляный фильтр. 17 - Гибкая мембрана. 18 - Герметичная воздушная полость. 19 - Точка юстировки коленного модуля. 20 - Выступ для фиксации проксимального адаптера. 21 - Гильза. 22 - Резьба выступа 20. 23 - Проксимальный адаптер. 24 - Боковой рычаг. 25 - Гидравлический корпус.26 - Задняя тяга, а 26.1, 26.2 - концы задней тяги. 27 - Опорное звено. 28 - Основание. 29 - Дистальный винт. 30 - Несущий модуль. 31 - Стопа. 32 - Демпфер. 33 - Прокладка. 34 - Крышка демпфера. 35 - Винт для регулировки заброса пятки. 36 - Клапан регулировки сопротивления при сгибании. 37 - Клапан дополнительного ослабления при сгибании на углах от 0° до 60°. 38 - Клапан регулировки сопротивления при разгибании. 39 - Стакан пружины. 40 - Пружина. 41 - Втулка. 42 - Трос. 43 - Стопорное кольцо. 44 - Гнездо стакана пружины. 45 - Подшипники, места для смазки. 46 - Ключ регулировки. 47 - Сквозные вентиляционные отверстия в гидравлическом корпусе. 48 - Вторая отметка на середине гильзы. 49 - Линия юстировки для настройки и сборки протеза. 50 - Середина гильзы на уровне седалищного бугра. 51 - Зазор по высоте каблука. 52 - Вторая ось вращения. 53 - Третья ось вращения. 54 - Четвертая ось вращения. 55 - Первая ось вращения. 56 - Плечо. 57 - Пятая ось вращения. 58 - Выступы гидравлического корпуса.In the drawings: 1 - Central axis of rotation of the knee module. 2 - Gear. 3 - Hydraulic piston. 4 - Toothed rack. 5 - Piston cavity. 6 and 7 - Oil movement channels. 8 and 9 - Valves of the hydraulic system. 10 - Bypass valve. 11 - Bypass valve adjustment screw. 12, 13, 14 - Chokes. 15 - Magnet. 16 - Oil filter. 17 - Flexible membrane. 18 - Sealed air cavity. 19 - Adjustment point for the knee module. 20 - Protrusion for fixing the proximal adapter. 21 - Sleeve. 22 - Thread of protrusion 20. 23 - Proximal adapter. 24 - Side lever. 25 - Hydraulic housing. 26 - Rear link, and 26.1, 26.2 - ends of the rear link. 27 - Support link. 28 - Base. 29 - Distal screw. 30 - Carrier module. 31 - Foot. 32 - Damper. 33 - Gasket. 34 - Damper cover. 35 - Screw for adjusting heel throw. 36 - Valve for adjusting resistance when bending. 37 - Valve for additional weakening when bending at angles from 0° to 60°. 38 - Extension resistance adjustment valve. 39 - Spring cup. 40 - Spring. 41 - Bushing. 42 - Cable. 43 - Retaining ring. 44 - Spring cup socket. 45 - Bearings, lubrication points. 46 - Adjustment key. 47 - Through ventilation holes in the hydraulic housing. 48 - Second mark in the middle of the sleeve. 49 - Adjustment line for setting up and assembling the prosthesis. 50 - The middle of the sleeve is at the level of the ischial tuberosity. 51 - Heel height gap. 52 - Second axis of rotation. 53 - Third axis of rotation. 54 - Fourth axis of rotation. 55 - First axis of rotation. 56 - Shoulder. 57 - Fifth axis of rotation. 58 - Hydraulic housing protrusions.

Осуществление полезной моделиImplementation of a utility model

Искусственный коленный сустав представляет собой коленный модуль, состоящий из системы тяг и рычагов, связанных осями вращения друг с другом, а также с гидравлическим корпусом и основанием коленного модуля.An artificial knee joint is a knee module consisting of a system of rods and levers connected by rotation axes to each other, as well as to the hydraulic body and base of the knee module.

Коленный модуль используется следующим образом.The knee module is used as follows.

С помощью проксимального адаптера 23 (см. Фиг. 8), который навинчивается на круглый выступ 22 с резьбой (см. Фиг. 9), расположенный вокруг центра вращения 20 коленного модуля (см. Фиг. 7), к коленному модулю крепится гильза 21 (см. Фиг. 8).Using the proximal adapter 23 (see Fig. 8), which is screwed onto the round threaded projection 22 (see Fig. 9), located around the center of rotation 20 of the knee module (see Fig. 7), the sleeve 21 is attached to the knee module (see Fig. 8).

Снизу к коленному модулю крепится несущий модуль 30 со стопой 31.A supporting module 30 with a foot 31 is attached to the knee module from below.

Несущий модуль 30 вставляется в отверстие основания 28 и фиксируется в нем дистальным винтом 29 с помощью ключа 46 (см. Фиг. 9).The carrier module 30 is inserted into the hole of the base 28 and fixed in it with a distal screw 29 using a key 46 (see Fig. 9).

Механизм полного разгибания коленного модуля (см. Фиг. 13(А)) - это дополнительная функция. Коленный модуль может работать без него. Данный механизм представляет собой съемный пружинный блок, который создает постоянное усилие, направленное на выпрямление колена - коленооткидной механизм.The knee module full extension mechanism (see Fig. 13(A)) is an optional feature. The knee module can work without it. This mechanism is a removable spring block that creates a constant force aimed at straightening the knee - a knee-folding mechanism.

Механизм постоянно пытается разогнуть колено и активировать геометрическую блокировку. Поэтому усилие сгибания колена возрастает, но разгибание упрощается.The mechanism constantly tries to straighten the knee and activate geometric locking. Therefore, the force of knee flexion increases, but extension becomes easier.

Рекомендуется использовать механизм полного разгибания, если пациент не может разогнуть колено и привести в действие геометрический замок.It is recommended to use a full extension mechanism if the patient is unable to straighten the knee and engage the geometric lock.

Вместо установки механизма полного разгибания можно попробовать упростить разгибание колена при помощи настройки клапанов. Для этого нужно уменьшить сопротивление разгибанию в фазе переноса, повернув клапан (38) влево.Instead of installing a full extension mechanism, you can try to make knee extension easier by adjusting the valves. To do this, reduce the extension resistance during the swing phase by turning the valve (38) to the left.

Установка механизма полного разгибания показана на Фиг. 12 и 13.The installation of the full extension mechanism is shown in Fig. 12 and 13.

Сборка пружинного блока показана на Фиг. 13(А).The spring block assembly is shown in Fig. 13(A).

Сначала снимают крышку демпфера (44), демпфер (42) и прокладки (43).First remove the damper cover (44), damper (42) and gaskets (43).

Далее протягивают трос (42) через отверстие в стакан пружины (39) шарообразным концом кабеля наружу, шпилькой внутрь.Next, pull the cable (42) through the hole into the spring cup (39) with the spherical end of the cable outward and the pin inward.

Пружину (40) устанавливают на кабель, затем фиксируют втулку (41) на шпильку троса. Стопорное кольцо (43) смещают в крайнюю проточку шпильки кабеля.The spring (40) is installed on the cable, then the sleeve (41) is fixed to the cable pin. The retaining ring (43) is moved into the outer groove of the cable stud.

После этого протягивают трос (42) пружинного блока в коленный модуль (см. Фиг. 13(Б)).After this, pull the cable (42) of the spring block into the knee module (see Fig. 13(B)).

Для чего протягивают шарообразный конец троса (42) через отверстие (44) в основании (28). Используя пинцет или небольшую отвертку вставляют трос (42) в паз опорного звена (27) так, чтобы шаровой наконечник троса (42) поместился в шарообразную лунку.To do this, pull the spherical end of the cable (42) through the hole (44) in the base (28). Using tweezers or a small screwdriver, insert the cable (42) into the groove of the support link (27) so that the ball end of the cable (42) fits into the ball-shaped hole.

Снова устанавливают выбранные прокладки (33), демпфер (32) и крышку демпфера (34) на место.Reinstall the selected gaskets (33), damper (32) and damper cover (34) into place.

После чего регулируют сопротивление в фазе переноса клапаном (38 на Фиг. 11). Если необходимое разгибание не достигается при полностью открытом клапане (38), пробуют более жесткую пружину.Then the resistance in the transfer phase is adjusted by the valve (38 in Fig. 11). If the required extension is not achieved with valve (38) fully open, try a stiffer spring.

Далее регулируют сопротивление сгибанию в фазе переноса после установки механизма полного разгибания клапанами (36, 37 на Фиг. 11). Клапан (36) используют для регулировки сопротивления при сгибании, а клапан (37) - для дополнительного ослабления при сгибании на углах от 0° до 60°.Next, the flexion resistance in the swing phase is adjusted after installing the full extension mechanism with the valves (36, 37 in Fig. 11). Valve (36) is used to adjust flexion resistance, and valve (37) is used to provide additional flexion relief at angles from 0° to 60°.

В коленном модуле пользователю необходимо уделять особое внимание состоянию подшипников (45) (см. Фиг. 10). Нужно оберегать их от попадания песка, пыли, чрезмерного количества воды или агрессивных жидкостей, а также от направленного сжатого воздуха.In the knee module, the user needs to pay special attention to the condition of the bearings (45) (see Fig. 10). They must be protected from sand, dust, excessive amounts of water or aggressive liquids, as well as from directed compressed air.

Сгибание элементов коленного модуля происходит за счет установленного в основании (28) на первой оси вращения (55) (см. Фиг. 9) опорного звена (27), внутри которого на второй оси вращения (52), параллельной первой оси вращения (55), одним своим концом (26.1) установлена задняя тяга (26). К средней части задней тяги (26) закреплено плечо (56), связанное третьей параллельной осью вращения (53). Другим своим концом плечо (56)связано с боковым рычагом (24) четвертой параллельной осью вращения (54). Боковой рычаг (24) другим своим концом связан с центральной осью (1) вращения коленного модуля, которая также параллельна остальным осям (55, 52, 53, 54, 57) и установлена на гидравлическом корпусе (25). На конце задней части гидравлического корпуса (25) расположены два выступа (58), между которыми через пятую параллельную ось вращения (57) соединен второй конец задней тяги (26.2).The bending of the elements of the knee module occurs due to the support link (27) installed in the base (28) on the first axis of rotation (55) (see Fig. 9), inside of which on the second axis of rotation (52), parallel to the first axis of rotation (55) , at one end (26.1) a rear link (26) is installed. A shoulder (56) is attached to the middle part of the rear link (26), connected by a third parallel axis of rotation (53). At its other end, the arm (56) is connected to the side lever (24) by a fourth parallel axis of rotation (54). The side lever (24) at its other end is connected to the central axis (1) of rotation of the knee module, which is also parallel to the other axes (55, 52, 53, 54, 57) and mounted on the hydraulic housing (25). At the end of the rear part of the hydraulic housing (25) there are two protrusions (58), between which the second end of the rear link (26.2) is connected through the fifth parallel axis of rotation (57).

Такая система рычагов формирует геометрический замок. Геометрический замок (блокировка) защищает колено от потери устойчивости в фазе опоры на протез.This system of levers forms a geometric lock. The geometric lock (blocking) protects the knee from loss of stability in the phase of support on the prosthesis.

Гидравлическая система коленного модуля функционирует следующим образом.The hydraulic system of the knee module functions as follows.

Вращение центральной оси вращения (1) коленного модуля (см. Фиг. 1-5) через расположенное на ней зубчатое колесо (2) связано с гидравлическим поршнем (3) через зубчатую рейку (4). Гидравлический поршень (3) может смещаться в заполненной маслом поршневой полости (5), чем осуществляет движение масла по каналам (6 и 7). Клапаны (8 и 9) обеспечивают одностороннее движение масла по кругу. При сгибании колена (вращение зубчатого колеса (2) по часовой стрелке на Фиг. 3) гидравлический поршень (3) вытесняет масло в канал (7), при разгибании колена (вращение зубчатого колеса (2) против часовой стрелки на Фиг. 3) гидравлический поршень (3) вытесняет масло в канал (6) через дроссель (14) (см. Фиг. 5).The rotation of the central axis of rotation (1) of the knee module (see Fig. 1-5) through the gear wheel (2) located on it is connected to the hydraulic piston (3) through the gear rack (4). The hydraulic piston (3) can move in the oil-filled piston cavity (5), thereby moving the oil through the channels (6 and 7). Valves (8 and 9) ensure one-way movement of oil in a circle. When the knee bends (rotation of the gear (2) clockwise in Fig. 3), the hydraulic piston (3) displaces oil into the channel (7), when the knee extends (rotation of the gear (2) counterclockwise in Fig. 3) the hydraulic piston (3) forces oil into channel (6) through throttle (14) (see Fig. 5).

Дроссели (12, 13 и 14) регулируют скорость движения масла через настраиваемые зазоры. Причем дроссели (12 и 13), расположенные в общем канале (7), позволяют регулировать скорость сгибания колена в два этапа, сначала работают оба дросселя, а в конце движения скорость падает, из-за того что поршень перекрывает один канал, и работает только дроссель (12).Throttles (12, 13 and 14) regulate the speed of oil movement through adjustable clearances. Moreover, the throttles (12 and 13), located in the common channel (7), allow you to regulate the speed of knee flexion in two stages, at first both throttles work, and at the end of the movement the speed drops due to the fact that the piston blocks one channel and only works throttle (12).

Гидросистема отличается от прототипа тем, что оснащена масляным фильтром (16), который расположен в канале (6) и задерживает крупные продукты износа. А расположенный в том же канале (6) магнит (15) используется для сбора мелких металлических частиц.The hydraulic system differs from the prototype in that it is equipped with an oil filter (16), which is located in the channel (6) and retains large wear products. And a magnet (15) located in the same channel (6) is used to collect small metal particles.

Наличие на конце перетока (6) канала в канал (7) перепускного клапана 10, имеющего возможность настройки винтом 11, обеспечивает защиту гидравлической системы от гидроудара и повреждения уплотнений в случае чрезмерно резкого сгибания коленного модуля.The presence at the end of the flow (6) of the channel into the channel (7) of a bypass valve 10, which can be adjusted with a screw 11, protects the hydraulic system from water hammer and damage to seals in the event of excessively sharp bending of the knee module.

Новым также является расположенный в крышке гидроаккумулятор (см. Фиг. 3, Фиг. 6), который состоит из гибкой мембраны 17 и герметичной воздушной полости 18, для компенсации расширения масла при его нагреве.Also new is the hydraulic accumulator located in the lid (see Fig. 3, Fig. 6), which consists of a flexible membrane 17 and a sealed air cavity 18 to compensate for the expansion of the oil when it is heated.

Наличие сквозных отверстий (47) с противоположных сторон гидравлического корпуса (25) (см. Фиг. 11) формирует вентиляционные каналы воздушного охлаждения, которые усиливают работу гидроаккумулятора и дополнительно защищают гидравлический корпус (25) от перегрева, тогда как в известном решении по прототипу таких вентиляционных каналов нет.The presence of through holes (47) on opposite sides of the hydraulic housing (25) (see Fig. 11) forms air cooling ventilation channels that enhance the operation of the hydraulic accumulator and additionally protect the hydraulic housing (25) from overheating, whereas in the known prototype solution such there are no ventilation ducts.

Таким образом, за счет того, что в заявленной полезной модели:Thus, due to the fact that in the declared utility model:

в гидросистеме фильтруются крупные и мелкие продукты износа,Large and small wear products are filtered in the hydraulic system,

выполнена защита от гидроудара, что позволяет резко сгибать коленный модуль,water hammer protection is provided, which allows the knee module to be sharply bent,

нагревание масла при длительной эксплуатации происходит в меньшей степени,Heating of the oil during long-term operation occurs to a lesser extent,

обеспечивается в целом более стабильная работа гидросистемы коленного модуля.overall, more stable operation of the knee module hydraulic system is ensured.

Заявленный коленный модуль более долговечный и прочный. Он предназначен для повышенной нагрузки, увеличивает комфорт и естественность походки пациента.The declared knee module is more durable and strong. It is designed for increased load, increases the comfort and naturalness of the patient's gait.

Регулировка фазы переноса осуществляется трехфазной трехклапанной гидравлической системой. Во время начальной фазы опоры происходит контролируемое подгибание, сокращающее нагрузку на культю.Shift phase adjustment is carried out by a three-phase, three-valve hydraulic system. During the initial stance phase, controlled flexion occurs, reducing the load on the stump.

Устройство представляет собой полицентрический коленный модуль с системой геометрической блокировки и трехступенчатым гидравлическим управлением фазы переноса, которое учитывает изменение скорости ходьбы.The device is a polycentric knee module with a geometric locking system and three-stage hydraulic swing phase control, which takes into account changes in walking speed.

Максимальный угол сгибания 150°.Maximum flexion angle 150°.

Закрепление устройства осуществляется в верхней части при помощи резьбовых проксимальных адаптеров (3), а в нижней части при помощи установки несущего модуля или РСУ (регулировочно-соединительного устройства).The device is secured in the upper part using threaded proximal adapters (3), and in the lower part by installing a carrier module or RSU (adjustment and connecting device).

Сменные демпферы (32) позволяют регулировать степень полного разгибания колена по предпочтениям и уровню активности пациента.Replaceable dampers (32) allow you to adjust the degree of full knee extension to suit the patient's preference and activity level.

Регулируемый заброс пятки создает дополнительное усилие при сгибании колена при углах около 90°, помогает ограничить чрезмерный заброс пятки и ускоряет возврат устройства в полностью разогнутое положение.The adjustable heel drop creates additional force at knee flexion angles around 90°, helps limit excessive heel drop and speeds the device's return to the fully extended position.

Устройство предназначено для использования в составе протезной системы нижней конечности и заменяет функцию отсутствующего колена.The device is intended for use as part of a lower limb prosthetic system and replaces the function of a missing knee.

Устройство предназначено для использования при ударной нагрузке от среднего до высокого уровня, например, при ходьбе и периодическом беге.The device is intended for use in moderate to high-impact environments such as walking and occasional running.

Новый гидравлический модуль предназначен для ходьбы по пересеченной местности.The new hydraulic module is designed for walking on rough terrain.

Коленный модуль разработан с учетом применения резьбовых проксимальных адаптеров с зажимным винтом, например, адаптер-пирамидка, адаптер гильзовый четырехлепестковый, адаптер под пирамидку, евро-адаптер.The knee module is designed to take into account the use of threaded proximal adapters with a clamping screw, for example, pyramid adapter, four-leaf sleeve adapter, pyramid adapter, Euro adapter.

Линия юстировки при сборке и настройке протеза (49) должна проходить через:The adjustment line when assembling and adjusting the prosthesis (49) should pass through:

середину гильзы на уровне седалищного бугра (50);the middle of the sleeve at the level of the ischial tuberosity (50);

точку юстировки коленного модуля (19);knee module adjustment point (19);

отметку 1/3 стопы от пятки, когда стопа (31) разделена на три равные части (см. Фиг. 7).1/3 foot mark from the heel when the foot (31) is divided into three equal parts (see Fig. 7).

При наличии несоответствий юстировка колена имеет приоритет над юстировкой стопы.If there are discrepancies, knee adjustment takes precedence over foot adjustment.

Пример установки (см. Фиг. 7, Фиг. 8).Installation example (see Fig. 7, Fig. 8).

Располагают стопу (31) так, чтобы линия выравнивания протеза (49) совпала с отметкой 1/3 стопы от пятки. Устанавливают подходящую высоту пятки под каблук (по высоте каблука обуви пользователя) (51).Position the foot (31) so that the alignment line of the prosthesis (49) coincides with the 1/3 of the foot mark from the heel. Set the appropriate heel height under the heel (according to the height of the heel of the user's shoes) (51).

Используя необходимые адаптеры, присоединяют коленный модуль к стопе (31) и устанавливают надлежащую высоту центра вращения коленного модуля (1).Using the necessary adapters, attach the knee module to the foot (31) and set the proper height of the knee module center of rotation (1).

Располагают коленный модуль так, чтобы линия юстировки проходила через точку юстировки коленного модуля (19).Position the knee module so that the alignment line passes through the knee module adjustment point (19).

Делают первую отметку в середине гильзы (21) на ее латеральной стороне на уровне седалищного бугра (50). Затем делают вторую отметку в середине гильзы (21) дистально (48) и проводят через обе отметки линию.Make the first mark in the middle of the sleeve (21) on its lateral side at the level of the ischial tuberosity (50). Then make a second mark in the middle of the sleeve (21) distally (48) and draw a line through both marks.

Располагают гильзу (21) так, чтобы линия юстировки (49) проходила через первую отметку в середине гильзы (21) на уровне седалищного бугра (50).Position the sleeve (21) so that the adjustment line (49) passes through the first mark in the middle of the sleeve (21) at the level of the ischial tuberosity (50).

Регулируют расположение гильзы (21), чтобы она имела наклон 5° в дополнение к существующему положению (то есть к сгибательной контрактуре бедра) и устанавливают высоту всего протеза.Adjust the position of the socket (21) so that it has a 5° inclination in addition to the existing position (ie, hip flexion contracture) and set the height of the entire prosthesis.

Присоединяют коленный модуль к гильзе (21) с помощью соответствующих адаптеров.Attach the knee module to the sleeve (21) using appropriate adapters.

Для надежного крепления, после регулировки, наносят на винты резьбовой фиксатор средней прочности и затягивают винты с соответствующим крутящим моментом.For secure fastening, after adjustment, apply medium-strength threadlocker to the screws and tighten the screws with the appropriate torque.

Если ось вращения (1) будет смещена назад относительно линии юстировки (49), то для сгибания колена может потребоваться больше усилий.If the axis of rotation (1) is moved backward from the alignment line (49), more force may be required to bend the knee.

Выбор демпфера влияет на функцию подгибания колена в фазе опоры. Чем жестче демпфер, тем больше усилия нужно приложить для полного выпрямления колена.The choice of damper affects the function of knee flexion in the stance phase. The stiffer the damper, the more force must be applied to fully straighten the knee.

Факторы, влияющие на выбор демпфера:Factors influencing the choice of damper:

Активным пациентам может требоваться более жесткий демпфер.Active patients may require a stiffer damper.

Пациенты, привыкшие носить протез без функции подгибание в фазе опоры, могут изначально предпочесть более жесткий демпфер. После двухнедельного пробного периода рекомендуется выбрать более мягкий демпфер.Patients who are used to wearing a prosthesis without a stance-phase tuck function may initially prefer a stiffer damper. After a two-week trial period, it is recommended to select a softer damper.

Применение демпферов разной жесткости в каждом конкретном случае протезирования позволяет пациенту понять механизм работы функции подгибания и выбрать оптимальную настройку для более комфортной ходьбы.The use of dampers of different stiffness in each specific case of prosthetics allows the patient to understand the mechanism of the tuck function and choose the optimal setting for more comfortable walking.

Настройку сопротивления сгибанию производят через клапан (36) (см. Фиг. 11).The bending resistance is adjusted through the valve (36) (see Fig. 11).

Для чего сажают пациента на стул. Распрямляют коленный протез горизонтально. Пациент начинает сгибание колена, и ему позволяют под собственным весом согнуться.Why do they sit the patient on a chair? Straighten the knee prosthesis horizontally. The patient begins knee flexion and is allowed to bend under his own weight.

Увеличивают сопротивление клапана (36) до тех пор, пока при переходе угла сгибания через 60° не будет наблюдаться небольшой толчок.Increase the resistance of the valve (36) until a slight shock is observed when the flexion angle passes 60°.

Также возможна регулировка клапанов: 37 - дополнительного ослабления при сгибании на углах от 0° до 60°, 38 - регулировки сопротивления при разгибании.It is also possible to adjust the valves: 37 - additional weakening when bending at angles from 0° to 60°, 38 - adjusting the resistance when extending.

Клапан (36) влияет на сопротивление сгибанию колена на всем диапазоне. Завинчивание клапана увеличивает его сопротивление, поэтому уменьшает скорость сгибания.Valve (36) affects knee flexion resistance throughout the entire range. Screwing the valve increases its resistance, therefore reducing the rate of bending.

Клапан (37) позволяет дополнительно подстроить сопротивление сгибанию колена при сгибании от 0° до 60°. Вывинчивание клапана (37) снимает часть сопротивления клапана F, что ведет к ускорению сгибания колена на участке от 0° до 60°.The valve (37) allows you to further adjust the resistance to flexion of the knee from 0° to 60°. Unscrewing the valve (37) removes some of the resistance of the F valve, which leads to an acceleration of knee flexion from 0° to 60°.

Клапан (38) влияет на сопротивление разгибанию колена в фазе переноса на всем диапазоне. Завинчивание клапана увеличивает его сопротивление, поэтому уменьшает скорость разгибания.The valve (38) affects the resistance to knee extension during the swing phase throughout the entire range. Screwing the valve increases its resistance, therefore reducing the rate of extension.

Сопротивление сгибанию обычно больше, чем сопротивление разгибанию.The resistance to flexion is usually greater than the resistance to extension.

Регулировка клапанов всегда должна обеспечивать полное разгибание колена.The valve adjustment should always ensure full knee extension.

Чрезмерное сопротивление разгибанию не позволит колену полностью разогнуться и может поставить под угрозу безопасность в фазе опоры.Excessive resistance to extension will prevent the knee from fully extending and may compromise safety during the stance phase.

Как правило, регулировка клапана (37) не требуется, кроме случаев, когда скорость ходьбы пациента низкая и наблюдается чрезмерный заброс пятки.Typically, adjustment of valve (37) is not required unless the patient's walking speed is slow and there is excessive heel drop.

Регулировка высоты демпфера (32) (см. Фиг. 12) осуществляется тонкой пластикой пластиной или прокладкой (33), которая устанавливается под демпфер (12) для регулировки его высоты.Adjustment of the height of the damper (32) (see Fig. 12) is carried out by a thin plastic plate or spacer (33), which is installed under the damper (12) to adjust its height.

Добавление прокладок (33) изменяет точку разблокировки геометрического замка, что позволяет сгибать колено во время фазы переноса. Регулировка высоты демпфера (32) влияет на стабильность коленного модуля и облегчает ходьбу и посадку:The addition of shims (33) changes the release point of the geometry lock, allowing knee flexion during the swing phase. Adjusting the height of the damper (32) affects the stability of the knee module and makes walking and sitting easier:

более высокий демпфер облегчает переход в сгибание при переносе и уменьшает подгибание в фазе опоры;a higher damper facilitates the transition to flexion during swing and reduces flexion in the stance phase;

более низкий демпфер повышает устойчивость устройства и стабильность фазы опоры, задерживая переход в сгибание при переносе.a lower damper increases device stability and stance phase stability by delaying the transition to flexion during swing.

Винт регулировки заброса пятки (35) создает дополнительное усилие при сгибании колена при углах около 90°, и помогает ограничить чрезмерный заброс пятки и ускоряет возврат устройства в полностью разогнутое положение.The Heel Drop Adjustment Screw (35) provides additional force during knee flexion at angles of approximately 90° and helps limit excessive heel drop and speeds up the return of the device to the fully extended position.

В отличие от прототипа заявленная гидравлическая система коленного модуля не требует обслуживания, коленный модуль способен изгибаться в разных направлениях как показано на Фиг. 14(А-Д).Unlike the prototype, the claimed hydraulic system of the knee module does not require maintenance; the knee module is capable of bending in different directions as shown in Fig. 14(A-D).

Заявленное устройство прошло успешные испытания на 45 добровольцах-инвалидах, которые показали, что в нем обеспечивается более стабильная работа гидросистемы коленного модуля, чем в прототипе при интенсивной эксплуатации (см. примеры упражнений на Фиг. 15-21), а также непрерывный быстрый шаг на длинные дистанции до 3 км.The claimed device was successfully tested on 45 disabled volunteers, which showed that it ensures more stable operation of the knee module hydraulic system than the prototype during intensive use (see examples of exercises in Fig. 15-21), as well as continuous fast step on long distances up to 3 km.

А именно, испытания показали, что:Namely, tests showed that:

в гидросистеме заявленного модуля фильтруются крупные и мелкие продукты износа,in the hydraulic system of the declared module, large and small wear products are filtered,

выполнена защита заявленного модуля от гидроудара, что позволяет резко сгибать коленный модуль,the declared module is protected from water hammer, which allows the knee module to be sharply bent,

нагревание масла у заявленного модуля при длительной эксплуатации происходит в меньшей степени, чем в прототипе.Heating of the oil in the claimed module during long-term operation occurs to a lesser extent than in the prototype.

Все модули после испытаний остались без повреждений и не перегревались.After testing, all modules remained undamaged and did not overheat.

Контрольно тестируемые коленные модули Total Knee 2000 & Total Knee 2100 при тех же интенсивных нагрузках и быстром шаге на 3 км привели к перегреву всех 45 модулей, 3 поломок гидросистемы вследствие гидроудара и замусориванию гидросистем в 16 модулях крупными и мелкими продуктами износа, что потребовало их разбору их гидравлического корпуса для очистки.The control tested Total Knee 2000 & Total Knee 2100 knee modules under the same intense loads and a fast step of 3 km led to overheating of all 45 modules, 3 hydraulic system breakdowns due to water hammer and littering of the hydraulic systems in 16 modules with large and small wear products, which required their disassembly their hydraulic housing for cleaning.

Claims

An artificial knee joint, made in the form of a knee module, consisting of rods and levers connected by rotation axes to each other, as well as to the hydraulic body and the base of the knee module, and having in the upper part an attachment to the sleeve containing a round protrusion with a thread located around center of rotation of the knee module, and in the lower part of the base there is a hole in the base for fixing the supporting module with the foot, wherein the hydraulic housing contains inside a gear wheel mounted on the central axis and connected to the hydraulic piston through a gear rack, wherein the hydraulic piston is displaceable in the oil-filled piston cavity connected to closed channels filled with oil, one-way valves are installed in the channels, oriented in the direction of oil movement in a circle, as well as throttles for forming gaps, the knee module contains a replaceable damper, a gasket and a damper cover, characterized in that one of the channels of the hydraulic housing contains an oil filter, and behind the oil filter in the same channel there is a magnet, at the end of the flow of one channel into another there is a bypass valve, adjustable with a screw, through holes are made on opposite sides of the hydraulic housing, and in the cover A hydraulic accumulator is installed in the hydraulic housing, consisting of a flexible membrane and a sealed air cavity.