RU2294177C2 - Foot prosthesis possessing controllable functional properties - Google Patents
Foot prosthesis possessing controllable functional properties Download PDFInfo
- Publication number
- RU2294177C2 RU2294177C2 RU2005112457/14A RU2005112457A RU2294177C2 RU 2294177 C2 RU2294177 C2 RU 2294177C2 RU 2005112457/14 A RU2005112457/14 A RU 2005112457/14A RU 2005112457 A RU2005112457 A RU 2005112457A RU 2294177 C2 RU2294177 C2 RU 2294177C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foot
- keel
- trunk
- spiral
- leg
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к протезу стопы с улучшенными функциональными характеристиками, обеспечивающему улучшенные способности динамического ответа, поскольку данные способности относятся к механике приложенных усилий.The present invention relates to a prosthetic foot with improved functional characteristics, providing improved dynamic response capabilities, since these abilities relate to the mechanics of the applied efforts.
ПРЕДЫДУЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИPREVIOUS TECHNOLOGY
Не имеющая сочленений искусственная стопа для протезирования ноги раскрыта Martin et al. в патенте США №5897594. В отличие от более ранних решений, в которых искусственная стопа имеет жесткую конструкцию, снабженную сочленением для имитации функции голеностопного сустава, не содержащая сочленений искусственная стопа Martin et al. использует пружинящую вставку стопы, которая размещена внутри формы для стопы. Вставка имеет приблизительно «С»-образную конструкцию в продольном разрезе с отверстием на тыльной стороне и принимает нагрузку на протез с его верхней «С»-образной части, и через его нижнюю С-образную часть передает данную нагрузку соединенной с ней пластинчатой пружине. Пластинчатая пружина, как видно снизу, имеет выпуклую конструкцию и простирается приблизительно параллельно области подошвы вперед в область, соответствующую кончикам пальцев стопы. Изобретение Martin et al. в своей основе имеет цель усовершенствования не имеющей сочленения искусственной стопы, касающуюся смягчения ударного воздействия на пяточную часть, эластичности, ходьбы с пятки на носок, боковой устойчивости с тем, чтобы, таким образом, позволить носящему ее человеку иметь естественную походку, с намерением дать возможность носителю как двигаться обычным образом, так и выполнять физические упражнения и заниматься спортом. Однако характеристики динамического ответа данной известной искусственной стопы ограничены. Имеется потребность в протезе стопы с более высокими функциональными характеристиками, обладающем улучшенными признаками конструкции с точки зрения прикладной механики, которые могут улучшить атлетические возможности людей с ампутированной нижней конечностью, касающиеся, например, таких видов активности, как бег, прыжки, спринтерский бег, взятие старта, остановка и подрезание.A non-articulated artificial foot prosthesis is disclosed by Martin et al. in US patent No. 5897594. Unlike earlier solutions in which the artificial foot has a rigid structure equipped with an articulation to simulate the function of the ankle joint, the articular foot is not articulated by Martin et al. uses a springy foot insert that is placed inside the foot mold. The insert has an approximately “C” -shaped construction in longitudinal section with an opening on the back side and takes the load on the prosthesis from its upper “C” -shaped part, and through this lower C-shaped part transfers this load to the leaf spring connected to it. The leaf spring, as seen from below, has a convex structure and extends approximately parallel to the sole area forward to the area corresponding to the tips of the toes of the foot. The invention of Martin et al. Basically, it has the goal of improving the artificially un-articulated foot in terms of softening the impact on the heel, elasticity, walking from heel to toe, lateral stability so as to allow the wearer to have a natural gait, with the intention of enabling the carrier how to move in the usual way, and to perform physical exercises and exercise. However, the dynamic response characteristics of this known artificial foot are limited. There is a need for a prosthetic foot with higher functional characteristics, having improved structural features from the point of view of applied mechanics, which can improve the athletic capabilities of people with amputated lower limbs, relating, for example, activities such as running, jumping, sprinting, taking a start stopping and pruning.
Другие протезы стопы, предложенные Van L. Phillips, которые, как утверждают авторы, обеспечивают человека быстротой и мобильностью в плане вовлечения в широкий диапазон видов активности, в прошлом являвшихся недоступными в связи с конструктивными ограничениями и соответствующими функциональными характеристиками протезов, соответствующих предыдущему уровню техники. Данный известный протез, по утверждению авторов, способствует осуществлению бега, прыжков, ходьбы и других видов активности и, по их сообщениям, может использоваться таким же образом, как и естественная стопа носящего его человека. См., например, Патенты США №№6071313; 5993488; 5800569; 5800568; 5728177; 5728176; 5824112; 5593457; 5514185; 5181932 и 4822363.Other foot prostheses proposed by Van L. Phillips, which, according to the authors, provide the person with speed and mobility in terms of involvement in a wide range of activities that in the past were unavailable due to design limitations and the corresponding functional characteristics of prostheses corresponding to the prior art. This famous prosthesis, according to the authors, promotes running, jumping, walking and other types of activity and, according to their reports, can be used in the same way as the natural foot of a person wearing it. See, for example, US Patents Nos. 6071313; 5,993,488; 5,800,569; 5,800,568; 5,728,177; 5,728,176; 5,824,112; 5,593,457; 5,514,185; 5181932 and 4822363.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Для того чтобы позволить спортсмену с ампутированной нижней конечностью достичь более высокого функционального уровня, имеется необходимость в протезе стопы, обладающем улучшенными функциональными характеристиками, с улучшенными с точки зрения прикладной механики параметрами, который может превосходить по функциональным характеристикам стопу человека, а также превосходить по функциональным характеристикам протез стопы, соответствующий предыдущему уровню техники. Спортсмен с ампутированной нижней конечностью заинтересован в том, чтобы иметь протез с улучшенными функциональными характеристиками, обладающий улучшенными с точки зрения прикладной механики параметрами, динамическим ответом высокой и низкой степени и регулируемостью совмещения, которые могут быть тонко настроены для улучшения горизонтального и вертикального компонентов активности, что может представлять специфическую по своей природе задачу.In order to allow an athlete with an amputated lower limb to achieve a higher functional level, there is a need for a prosthetic foot that has improved functional characteristics, with improved parameters from the point of view of applied mechanics, which can exceed the functional foot of a person and also exceed functional characteristics prosthetic foot according to the prior art. An athlete with an amputated lower limb is interested in having a prosthesis with improved functional characteristics, having parameters improved from the point of view of applied mechanics, a dynamic response of a high and low degree and adjustable alignment, which can be finely tuned to improve the horizontal and vertical components of activity, which may be a task specific in nature.
Протез стопы настоящего изобретения направлен на удовлетворение данных потребностей. В соответствии с воплощением, раскрытым в примере данного описания, протез стопы данного изобретения содержит вытянутый в продольном направлении киль стопы, имеющий участок переднего отдела стопы на одном конце, участок заднего отдела стопы на противоположном конце и сравнительно длинный участок среднего отдела стопы, расположенный между ними и выгнутый вверх от участков переднего отдела стопы и заднего отдела стопы. Также предусмотрен ствол голени, включающий в себя выпукло закругляющийся книзу нижний конец.The prosthetic foot of the present invention aims to meet these needs. In accordance with the embodiment disclosed in an example of this description, the prosthetic foot of the present invention comprises a longitudinally extending keel of the foot having a portion of the forefoot at one end, a portion of the hindfoot at the opposite end and a relatively long portion of the midfoot located between them and curved upward from the sections of the forefoot and hindfoot. A shin trunk is also provided, including a lower end convexly curved downward.
Регулируемое фиксирующее приспособление прикрепляет закругленный нижний конец ствола голени к выгнутому вверх участку киля стопы, соответствующему среднему отделу стопы для формирования области протеза стопы, аналогичной голеностопному суставу.An adjustable fixation device attaches the rounded lower end of the lower leg trunk to the upward portion of the keel of the foot corresponding to the middle portion of the foot to form an area of the prosthetic foot similar to the ankle joint.
Регулируемое фиксирующее приспособление позволяет осуществлять регулировку совмещения ствола голени и киля стопы по отношению друг к другу в продольном направлении киля стопы для настройки функциональных характеристик протеза стопы. Путем регулирования совмещения расположенных напротив выгнутого вверх участка среднего отдела стопы и выпукло закругляющегося книзу нижнего конца ствола голени по отношению друг к другу в продольном направлении киля стопы меняются характеристики динамического ответа и двигательные результаты с целью решения специфической задачи в отношении требуемой/желательной горизонтальной и вертикальной линейных скоростей. Раскрыт протез стопы многопрофильного использования, обладающий характеристиками динамического ответа высокой и низкой степени, так же как и характеристиками движения в двух плоскостях, которые улучшают функциональную результативность людей с ампутированной нижней конечностью, участвующих в спортивных и/или реабилитационных видах активности. Также раскрыт протез стопы, предназначенный особенно для спринтерского бега.Adjustable locking device allows you to adjust the alignment of the trunk of the leg and keel of the foot in relation to each other in the longitudinal direction of the keel of the foot to adjust the functional characteristics of the prosthetic foot. By adjusting the alignment of the opposite portion of the midfoot section that protrudes upward and the lower leg trunk convexly curving downward relative to each other in the longitudinal direction of the keel of the foot, the characteristics of the dynamic response and motor results are changed in order to solve a specific problem with respect to the desired / desired horizontal and vertical linear speeds. A multi-purpose foot prosthesis with dynamic characteristics of high and low degree, as well as movement characteristics in two planes, which improve the functional performance of people with amputated lower limbs involved in sports and / or rehabilitation activities, is disclosed. A foot prosthesis, especially designed for sprinting, is also disclosed.
В одном воплощении ствола голени его нижний конец имеет форму спирали, где ствол голени направлен вверх впереди от спирали до вертикально стоящего его верхнего конца. Это создает ствол голени с интегрированной областью, аналогичной голеностопному суставу, в области его нижнего конца, когда ствол голени прикреплен к килю стопы, с различными радиусами и результирующим ответом, подобным стволу голени параболической формы данного изобретения. Ствол голени может быть прикреплен к килю стопы при помощи соединительного элемента. В раскрытом воплощении соединительный элемент включает в себя стопор для ограничения изгиба ствола голени к тыльной стороне при ходьбе. Указанный стопор включает, по меньшей мере, один элемент в форме клина, прикрепленный к соединительному элементу в передней части ствола голени.In one embodiment of the lower leg trunk, its lower end is in the form of a spiral, where the lower leg trunk is directed upward in front of the spiral to its upright upper end. This creates a shin trunk with an integrated region similar to the ankle joint in the region of its lower end when the shin trunk is attached to the keel of the foot, with different radii and a resulting response similar to the shin trunk of a parabolic shape of the present invention. The trunk of the lower leg can be attached to the keel of the foot with a connecting element. In the disclosed embodiment, the connecting element includes a stop to limit the bending of the trunk of the lower leg to the back when walking. The specified stopper includes at least one wedge-shaped element attached to the connecting element in front of the lower leg trunk.
Радиально внутренний конец спирали ствола голени скрепляется с соединительным элементом. Нижний конец ствола голени проходит по спирали вокруг радиально внутреннего конца над килем стопы.The radially inner end of the shin trunk spiral is fastened to the connecting element. The lower end of the trunk of the lower leg extends in a spiral around the radially inner end above the keel of the foot.
Ствол голени прикреплен к задней части киля стопы и направлен вверх над участком заднего отдела стопы и задней частью участка среднего отдела киля стопы.The trunk of the tibia is attached to the back of the keel of the foot and is directed upward over the portion of the posterior portion of the foot and the rear of the portion of the middle portion of the keel of the foot.
Протез стопы может дополнительно содержать косметическое покрытие в форме стопы и нижней части ноги человека, расположенное над килем стопы и, по меньшей мере, над нижним концом ствола голени, и ствол голени поднимается вверх от киля стопы внутри покрытия нижней части ноги.The prosthetic foot may further comprise a cosmetic coating in the form of the foot and the lower part of the human foot located above the keel of the foot and at least above the lower end of the lower leg trunk, and the lower leg rises upward from the keel of the foot inside the lower leg cover.
Протез стопы может дополнительно содержать регулируемое закрепляющее приспособление, позволяющее осуществлять регулировку взаимодействия киля стопы и ствола голени для настройки функционирования протеза стопы. Регулируемое закрепляющее приспособление включает, по меньшей мере, один высвобождаемый фиксатор и вытянутое в продольном направлении отверстие в киле стопы, через которое проходит фиксатор для того, чтобы позволить осуществить регулировку совмещения ствола голени и киля стопы в продольном направлении киля стопы.The prosthetic foot may additionally contain an adjustable fastening device that allows you to adjust the interaction of the keel of the foot and the trunk of the lower leg to configure the functioning of the prosthetic foot. The adjustable securing device includes at least one releasable retainer and a longitudinally elongated hole in the keel of the foot through which the retainer passes in order to allow adjustment of the alignment of the shin trunk and the keel of the foot in the longitudinal direction of the keel.
Ствол голени может иметь радиус кривизны, который увеличивается постепенно по мере продвижения ствола голени по спирали во внешнем направлении и по направлению ствола голени вверх от его нижнего спирального конца.The shin trunk may have a radius of curvature, which increases gradually as the shin trunk moves in a spiral in the external direction and in the direction of the shin trunk upward from its lower spiral end.
Киль стопы имеет выпукло закругленную вверх тыльную поверхность участка среднего отдела киля стопы, обращенную к спиральному нижнему концу ствола голени, причем радиусы кривизны спирали и выпукло закругленной тыльной поверхности киля стопы влияют на способность динамического ответа и двигательный результат протеза стопы при ходьбе.The keel of the foot has a convex upwardly rounded back surface of the portion of the middle part of the keel of the foot facing the spiral lower end of the shin trunk, and the radii of curvature of the spiral and the convexly rounded back surface of the keel of the foot affect the ability of the dynamic response and the motor result of the prosthetic foot when walking.
Объектом изобретения также является ствол голени для протеза стопы, содержащий удлиненный полужесткий упругий элемент, имеющий один конец в форме спирали для прикрепления к килю стопы для формирования области голеностопного сочленения протеза стопы и противоположный конец для соединения с поддерживающей структурой на ноге человека с ампутированной нижней конечностью, причем элемент простирается криволинейно с постепенно увеличивающимся радиусом кривизны от спирали на одном конце по направлению к указанному противоположному концу. Радиально внутренний конец спирали на указанном одном конце данного элемента включает фиксатор для скрепления ствола голени с соединительным элементом для прикрепления к килю стопы.The object of the invention is also a shank of the leg for a prosthetic foot, containing an elongated semi-rigid elastic element having one spiral end for attachment to the keel of the foot to form an ankle joint area of the prosthetic foot and the opposite end for connection with the supporting structure on the leg of a person with an amputated lower limb, moreover, the element extends curvilinearly with a gradually increasing radius of curvature from the spiral at one end towards the specified opposite end. The radially inner end of the spiral at the indicated one end of this element includes a latch for fastening the trunk of the lower leg with a connecting element for attaching to the keel of the foot.
Один конец данного элемента расположен по спирали вокруг радиально внутреннего конца перед протягиванием по направлению к противоположному концу.One end of this element is arranged in a spiral around the radially inner end before being pulled towards the opposite end.
Противоположный конец данного элемента включает прикрепленный к нему адаптер и установленный на нем узел крепления в форме обратной пирамиды.The opposite end of this element includes an adapter attached to it and an attachment unit mounted in it in the form of a reverse pyramid.
Данные и другие цели, признаки и преимущества настоящего изобретения становятся более очевидными при рассмотрении следующего детального описания раскрытых воплощений изобретения, представленных в качестве примеров, и сопровождающих их чертежей.These and other objects, features and advantages of the present invention become more apparent upon consideration of the following detailed description of the disclosed embodiments of the invention, presented as examples, and the accompanying drawings.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1 представляет собой схематическую иллюстрацию двух прилегающих друг к другу радиусов кривизны R1 и R2 киля стопы и ствола голени протеза стопы, один против другого, которые создают способность динамического ответа и результирующего движения стопы при ходьбе в направлении, указанном стрелкой В, которое перпендикулярно касательной линии А, соединяющей два данных радиуса.Figure 1 is a schematic illustration of two adjacent to each other radii of curvature R1 and R2 of the keel of the foot and the trunk of the lower leg of the prosthetic foot, one against the other, which create the ability of a dynamic response and the resulting movement of the foot when walking in the direction indicated by arrow B, which is perpendicular to the tangent line A connecting two radius data.
Фиг.2 представляет собой вид, аналогичный фиг.1, но показывающий выравнивание двух данных радиусов в протезе стопы, измененное в соответствии с изобретением для увеличения горизонтального компонента и уменьшения вертикального компонента способности динамического ответа и результирующего движения стопы при ходьбе таким образом, что стрелка В1, перпендикулярная касательной линии А1, направлена более горизонтально, чем в случае, изображенном на фиг.1.Figure 2 is a view similar to Figure 1, but showing the alignment of two given radii in the prosthetic foot, modified in accordance with the invention to increase the horizontal component and reduce the vertical component of the ability of the dynamic response and the resulting foot movement when walking so that arrow B1 perpendicular to the tangent line A1 is directed more horizontally than in the case shown in figure 1.
Фиг.3 представляет собой вид сбоку протеза стопы, согласно приведенному в качестве примера воплощению данного изобретения, с адаптером пилона и пилоном, соединенным с ним, для прикрепления стопы к нижней части ноги человека с ампутированной нижней конечностью.Figure 3 is a side view of a prosthetic foot according to an exemplary embodiment of the present invention, with a pylon adapter and a pylon connected thereto for attaching the foot to the lower leg of a person with an amputated lower limb.
Фиг.4 представляет собой вид спереди протеза стопы с адаптером пилона и пилоном, представленными на фиг.3.FIG. 4 is a front view of a prosthetic foot with a pylon adapter and a pylon shown in FIG. 3.
Фиг.5 представляет собой вид сверху воплощения, представленного на фиг.3 и 4.Figure 5 is a top view of the embodiment shown in figures 3 and 4.
Фиг.6 представляет собой вид сбоку еще одного киля стопы данного изобретения, предназначенного в особенности для спринтерского бега, который может быть использован в протезе стопы данного изобретения.6 is a side view of another keel of the foot of the present invention, intended especially for sprinting, which can be used in the prosthetic foot of the present invention.
Фиг.7 представляет собой вид сверху киля стопы, представленного на фиг.6.Fig.7 is a top view of the keel of the foot, presented in Fig.6.
Фиг.8 представляет собой вид снизу киля стопы в протезе стопы, представленном на фиг.3, который обеспечивает характеристики динамического ответа различной высоты так же, как и двигательные способности в двух плоскостях.Fig. 8 is a bottom view of the keel of the foot in the prosthetic foot of Fig. 3, which provides dynamic response characteristics of different heights as well as motor abilities in two planes.
Фиг.9 представляет собой вид сбоку дополнительного киля стопы данного изобретения для протеза стопы, особенно применимого для спринтерского бега спортсменом с ампутированной нижней конечностью, который перенес ампутацию стопы по Симсу.Fig.9 is a side view of an additional keel of the foot of the present invention for a prosthetic foot, especially applicable for sprinting athlete with an amputated lower limb, who suffered amputation of the foot according to Sims.
Фиг.10 представляет собой вид сверху киля стопы, представленного на фиг.9.Figure 10 is a top view of the keel of the foot, presented in figure 9.
Фиг.11 представляет собой дополнительную разновидность киля стопы для протеза стопы данного изобретения для человека, перенесшего ампутацию по Симсу, причем данный киль стопы обеспечивает протез стопы характеристиками динамического ответа различной высоты, так же как и двигательными способностями в двух плоскостях.11 is an additional variation of the keel of the foot for the prosthetic foot of the present invention for a person who has undergone amputation according to Sims, and this keel of the foot provides the prosthetic foot with dynamic response characteristics of different heights, as well as motor abilities in two planes.
Фиг.12 представляет собой вид сверху киля стопы, представленного на фиг.11.Fig is a top view of the keel of the foot, presented in Fig.11.
Фиг.13 представляет собой вид сбоку киля стопы данного изобретения, в котором толщина киля уменьшается, например, постепенно уменьшается от участка киля, соответствующего среднему отделу стопы, до участка, соответствующего заднему отделу стопы.13 is a side view of the keel of the foot of the present invention, in which the thickness of the keel decreases, for example, gradually decreases from the portion of the keel corresponding to the middle portion of the foot to the portion corresponding to the rear portion of the foot.
Фиг.14 представляет собой вид сбоку другой формы киля стопы, в котором толщина киля уменьшается от середины в направлении участков киля, соответствующих как переднему отделу стопы, так и заднему отделу стопы.Fig. 14 is a side view of another shape of the keel of the foot, in which the thickness of the keel decreases from the middle in the direction of the keel portions corresponding to both the forefoot and the hindfoot.
Фиг.15 представляет собой вид сбоку и несколько сверху на фронтальную сторону ствола голени параболической формы протеза стопы данного изобретения, где толщина ствола голени снижается по направлению к его верхнему концу.Fig. 15 is a side view and somewhat above the front side of the lower leg trunk of the parabolic shape of the prosthetic foot of the present invention, where the thickness of the lower leg trunk decreases towards its upper end.
Фиг.16 представляет собой вид сбоку, аналогичный фиг.15, но показывающий еще один ствол голени, сужающийся от середины по направлению к обоим, верхнему и нижнему, концам.Fig.16 is a side view similar to Fig.15, but showing another trunk of the tibia, tapering from the middle towards both upper and lower ends.
Фиг.17 представляет собой вид сбоку ствола голени «С»-образной формы для протеза стопы, где толщина ствола голени уменьшается от середины по направлению к обоим, верхнему и нижнему, концам.Fig.17 is a side view of the trunk of the lower leg of a "C" -shaped prosthesis of the foot, where the thickness of the trunk of the lower leg decreases from the middle towards both upper and lower ends.
Фиг.18 представляет собой вид сбоку еще одного примера ствола голени «С»-образной формы для протеза стопы, где толщина ствола голени постепенно уменьшается от его среднего участка к его верхнему концу.FIG. 18 is a side view of yet another example of a “C” -shaped shin trunk for a prosthetic foot, where the thickness of the shin trunk gradually decreases from its middle portion to its upper end.
Фиг.19 представляет собой вид сбоку ствола голени «S»-образной формы для протеза стопы, оба конца которого постепенно уменьшаются по толщине от его середины.Fig is a side view of the trunk of the lower leg of the "S" -shaped prosthesis of the foot, both ends of which are gradually reduced in thickness from its middle.
Фиг.20 представляет собой дополнительный пример ствола голени «S»-образной формы, который уменьшается по толщине лишь в области его верхнего конца.Fig is an additional example of the trunk of the lower leg "S" -shaped, which decreases in thickness only in the region of its upper end.
Фиг.21 представляет собой вид сбоку ствола голени «J»-образной формы, сужающегося на каждом из концов, для протеза стопы данного изобретения.Fig is a side view of the trunk of the lower leg "J" -shaped, tapering at each end, for a prosthetic foot of the present invention.
Фиг.22 представляет собой вид, аналогичный фиг.21, но показывающий ствол голени «J»-образной формы, который постепенно уменьшается по толщине по направлению только к его верхнему концу.Fig.22 is a view similar to Fig.21, but showing the trunk of the lower leg of a "J" -shaped shape, which gradually decreases in thickness in the direction only to its upper end.
Фиг.23 представляет собой вид сбоку и несколько сверху соединительного элемента из металлического сплава или пластика, используемого в регулируемом фиксирующем приспособлении данного изобретения для прикрепления ствола голени к килю стопы, как показано на фиг.3.Fig is a side view and somewhat top view of the connecting element of a metal alloy or plastic used in the adjustable fixing device of the present invention for attaching the trunk of the lower leg to the keel of the foot, as shown in Fig.3.
Фиг.24 представляет собой вид сбоку и несколько спереди адаптера пилона, используемого в протезе стопы, представленном на фиг.3-5, а также, который можно использовать для стопы, представленной на фиг.28 и 29, для присоединения стопы к пилону, который будет прикрепляться к ноге человека с ампутированной нижней конечностью.Fig is a side view and somewhat front view of the adapter of the pylon used in the prosthetic foot shown in Fig.3-5, and also, which can be used for the foot shown in Fig.28 and 29, for attaching the foot to the pylon, which will attach to the leg of a person with an amputated lower limb.
Фиг.25 представляет собой вид сбоку еще одного протеза стопы данного изобретения, похожего на протез, представленный на фиг.3, но показывающий использование соединительного элемента с двумя высвобождаемыми фиксаторами, размещенными с промежутком в продольном направлении, присоединяющими данный элемент к стволу голени и килю стопы, соответственно.Fig is a side view of another prosthetic foot of the present invention, similar to the prosthesis presented in figure 3, but showing the use of a connecting element with two releasable retainers, placed with a gap in the longitudinal direction, connecting this element to the trunk of the leg and keel of the foot , respectively.
Фиг.26 представляет собой увеличенный вид сбоку соединительного элемента, представленного на фиг.25.Fig is an enlarged side view of the connecting element shown in Fig.
Фиг.27 представляет собой увеличенный вид сбоку ствола голени протеза стопы, представленного на фиг.25.Fig.27 is an enlarged side view of the trunk of the lower leg of the prosthetic foot of Fig.25.
Фиг.28 представляет собой вид сбоку еще одного воплощения протеза стопы, в котором используется ствол голени внутри косметического покрытия стопы.FIG. 28 is a side view of yet another embodiment of a foot prosthesis that utilizes a shin trunk within a cosmetic coating of the foot.
Фиг.29 представляет собой вид сверху протеза стопы по Фиг.28.Fig.29 is a top view of the prosthetic foot of Fig.28.
Фиг.30 представляет собой вид поперечного сечения вдоль линии 30-30 на фиг.29 протеза стопы, представленного на фиг.28 и 29.Fig. 30 is a cross-sectional view along line 30-30 of Fig. 29 of the prosthetic foot of Figs. 28 and 29.
Фиг.31А и 31В представляют собой сечения клиньев различной толщины, которые могут быть использованы в стопоре против изгиба назад соединительного элемента, как показано на фиг.30.FIGS. 31A and 31B are cross-sections of wedges of various thicknesses that can be used in the stopper against bending backwards of the connecting member, as shown in FIG. 30.
НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
При ссылке в данный момент на чертежи, протез стопы 1 в воплощении, приведенном в качестве примера, как видно на фиг.3-5, содержит вытянутый в продольном направлении киль стопы 2, имеющий участок 3 переднего отдела стопы на одном конце и участок 4 заднего отдела стопы на противоположном конце и выгнутый вверх участок 5 среднего отдела стопы, расположенный между участками переднего отдела стопы и заднего отдела стопы. Участок среднего отдела стопы 5 выгнут выпукло вверх на всем своем протяжении в продольном направлении между участками переднего отдела стопы и заднего отдела стопы в воплощении, приведенном в качестве примера.When referring now to the drawings, the
Вертикально стоящий ствол голени 6 стопы 1 прикреплен на участке закругляющегося книзу его нижнего конца 7 к проксимальной задней поверхности участка 5 среднего отдела стопы киля при помощи высвобождаемого фиксатора 8 и соединительного элемента 11. Фиксатор в воплощении, приведенном в качестве примера, представляет собой одиночный болт с гайкой и шайбой, но он также может быть высвобождаемым зажимом или другим фиксатором для закрепленного расположения и удержания ствола голени на киле стопы, когда фиксатор затянут.A vertically standing trunk of the lower leg 6 of the
Вытянутое в продольном направлении отверстие 9 сформировано в проксимальной задней поверхности участка 5 среднего отдела киля стопы, см. фиг.8. Вытянутое в продольном направлении отверстие 10 также сформировано в закругленном нижнем конце 7 ствола голени 6, как это показано, например, на фиг.15. Высвобождаемый фиксатор 8 проходит через отверстия 9 и 10, которые позволяют проводить совмещения ствола голени и киля стопы по отношению друг к другу в продольном направлении А-А на фиг.5, когда фиксатор 8 ослаблен или высвобожден для регулирования режима функционирования протеза стопы, являющегося специфической задачей. Таким образом, фиксатор 8, соединительный элемент 11 и вытянутые в продольном направлении отверстия 9 и 10 составляют вместе регулируемое фиксирующее приспособление для прикрепления ствола голени к килю стопы для образования области голеностопного сустава протеза стопы.A longitudinally
Эффекты регулирования совмещения ствола голени 6 и киля стопы 2 видны при рассмотрении фиг.1 и 2, где два радиуса R1 и R2 киля стопы, следующих друг за другом, представляют смежные внешние сферические или выпукло изогнутые поверхности участка 5 среднего отдела киля стопы и стержня голени 6. Когда два таких радиуса считаются следующими друг за другом, способность движения существует перпендикулярно тангенциальной линии А на фиг.1, А1 на фиг.2, прочерченной между двумя данными радиусами. Взаимодействие между данными двумя радиусами определяет направление результирующих движений. Как следствие, динамический ответ на приложение усилий к стопе 1 является зависимым от данного отношения. Чем больше радиус вогнутой поверхности, тем больше способность к динамическому ответу. Однако, чем меньше радиус, тем быстрее он реагирует.The effects of adjusting the alignment of the trunk of the lower leg 6 and the keel of the
Возможность совмещения ствола голени и киля стопы в протезе стопы в соответствии с данным изобретением позволяет изменять радиусы таким образом, что это воздействует на горизонтальные или вертикальные линейные скорости при атлетической активности стопы. Например, для того чтобы улучшить горизонтальную линейную скоростную способность протеза стопы 1, могут быть проведены изменения совмещения, чтобы воздействовать на взаимодействие между радиусом ствола стопы и радиусом киля стопы. То есть для того чтобы улучшить характеристику горизонтальной линейной скорости, нижний радиус R2 киля стопы установлен в более дистальное положение, чем его стартовое положение, фиг.2 в сравнении с фиг.1. Это изменяет динамические характеристики ответа и двигательные результаты таким образом, что направление стопы является более горизонтальным, и, как результат, большая величина линейной скорости может быть достигнута при тех же самых прикладываемых усилиях.The possibility of combining the trunk of the lower leg and keel of the foot in the prosthetic foot in accordance with this invention allows you to change the radii in such a way that it affects horizontal or vertical linear speeds during athletic activity of the foot. For example, in order to improve the horizontal linear speed capability of the
Лица с ампутированной нижней конечностью на основе практики находят установку для каждого вида активности, которая соответствует их потребностям, так как их потребности относятся к горизонтальным и вертикальным линейным скоростям. Прыгуну или баскетболисту, например, требуется более вертикальный подъем, чем бегуну спринтеру. Соединительный элемент представляет собой пластиковый или из металлического сплава совмещающий соединитель (см. фиг.3, 4 и 23), заключенный между прикрепленным килем стопы 2 и стволом голени 6. Высвобождаемый фиксатор проходит через отверстие 12 в соединительном элементе. Соединительный элемент расположен вдоль прикрепленного участка ствола голени и проксимальной, задней поверхности участка 5 среднего отдела киля стопы.On the basis of practice, individuals with an amputated lower limb find a setting for each type of activity that meets their needs, as their needs relate to horizontal and vertical linear speeds. A jumper or basketball player, for example, needs a more vertical lift than a sprinter runner. The connecting element is a plastic or metal alloy combining connector (see Figs. 3, 4 and 23), enclosed between the attached keel of the
Закругленный нижний конец 7 ствола голени 6 имеет параболическую форму, где наименьший радиус кривизны параболы расположен в области нижнего конца и распространяющийся вверх и изначально вперед в форме параболы. Обращенная назад вогнутая поверхность образована кривизной ствола голени, как изображено на фиг.3. Параболическая форма имеет преимущество, состоящее в том, что она обладает улучшенными характеристиками динамического ответа в создании улучшенной горизонтальной линейной скорости, сочетающейся со сравнительно большими радиусами их проксимального терминального конца, при этом обладая меньшим радиусом кривизны в области его нижнего конца для более быстрых характеристик ответа. Большие радиусы кривизны в области верхнего конца параболической формы обеспечивают касательную линию А, объяснение которой дается со ссылкой на фиг.1 и 2, для того чтобы оставаться более вертикально ориентированным при изменениях в совмещении, которое создает улучшенную горизонтальную линейную скорость.The rounded lower end 7 of the trunk of the lower leg 6 has a parabolic shape, where the smallest radius of curvature of the parabola is located in the region of the lower end and extends upward and initially forward in the shape of a parabola. The concave surface facing back is formed by the curvature of the shin trunk, as shown in FIG. The parabolic shape has the advantage that it has improved dynamic response characteristics in creating an improved horizontal linear velocity, combined with relatively large radii of their proximal terminal end, while having a smaller radius of curvature in the region of its lower end for faster response characteristics. The large radii of curvature in the region of the upper end of the parabolic shape provide a tangent line A, the explanation of which is given with reference to figures 1 and 2, in order to remain more vertically oriented with changes in alignment, which creates an improved horizontal linear velocity.
Ствол голени параболической формы отвечает на исходные контактные силы, действующие со стороны опоры, при ходьбе человека путем сжатия или его скручивания. Данное воздействие уменьшает радиусы кривизны параболы и, как следствие, уменьшается сопротивление компрессии. Напротив, когда ствол голени параболической формы отвечает, следуя силам реакции опоры (GRFs), действующим на человека при ходьбе, путем растяжения, это увеличивает радиусы кривой параболы и, как следствие, сопротивление является намного большим, чем вышеупомянутое сопротивление при сжатии. Данные виды сопротивления связаны с функцией передней и задней групп мышц голени человека при его ходьбе. При исходном контакте с плоскостью стопы при ходьбе человека малая передняя группа мышц голени отвечает силам реакции опоры эксцентричным сокращением для опускания стопы на землю, при этом создается сгибающий назад момент. От плоскости стопы до носка большая задняя группа мышц голени отвечает за силу реакции опоры также эксцентричным сокращением и создает момент подошвенного сгибания. Величина данного момента связана с разностью в размере передней и задней группы мышц голени. Как следствие, противостояние ствола голени протеза моменту сгибания назад и моменту подошвенного сгибания при ходьбе человека имитируется и достигается нормальная походка. Изменяющаяся способность к сопротивлению параболических кривых имитирует функцию мышц голени человека при активностях, связанных с ходьбой и бегом, а также прыжками и, как следствие, достигается результативность работы протеза.The trunk of the lower leg of a parabolic shape responds to the initial contact forces acting from the side of the support when walking a person by compression or twisting. This effect reduces the radii of curvature of the parabola and, as a result, the compression resistance decreases. On the contrary, when the trunk of the lower leg of a parabolic shape responds, following the support reaction forces (GRFs) acting on the person when walking, by stretching, this increases the radius of the parabola curve and, as a result, the resistance is much larger than the aforementioned compression resistance. These types of resistance are associated with the function of the front and rear muscle groups of the leg of a person when walking. In the initial contact with the plane of the foot while walking, the small front group of the tibial muscles corresponds to the reaction forces of the support with an eccentric contraction to lower the foot to the ground, creating a backward bending moment. From the plane of the foot to the toe, the large posterior group of the tibia muscles is also responsible for the strength of the support reaction with an eccentric contraction and creates a moment of plantar flexion. The magnitude of this moment is related to the difference in the size of the anterior and posterior muscles of the calf. As a result, the opposition of the shaft of the leg of the prosthesis to the moment of flexion back and the moment of plantar flexion when walking a person is simulated and a normal gait is achieved. The changing ability to resist parabolic curves imitates the function of the muscles of the lower leg of the person during activities related to walking and running, as well as jumping, and as a result, the prosthesis is more efficient.
Человек ходит со скоростью приблизительно 3 мили в час (4,83 км/ч). Человек, пробегающий расстояние в одну милю за 4 минуты, бежит со скоростью 12 миль за 1 час и 10 секунд. Спринтеры, бегающие на дистанцию 100 метров, бегут со скоростью 21 миля в час (33,80 км/ч). Это составляет отношение 1:4:7. Горизонтальный компонент при каждой задаче увеличивается по мере увеличения скорости данной активности. Как следствие, размер радиуса ствола голени протеза может быть заранее определен. Пешеходу требуется меньший радиус параболически закругленного ствола голени, чем бегуну на расстояние в одну милю и спринтеру. Спринтеру требуется параболически закругленный ствол голени, который больше в 7 раз. Данные отношения показывают, как следует определять параболические радиусы для пешеходов, бегунов на длинные дистанции и спринтеров. Это имеет существенное значение, поскольку бегуны-спринтеры обладают широким диапазоном двигательных требований и их стволы голени должны быть более крепкими для принятия на себя повышенных нагрузок, связанных с данной активностью. Чем шире или больше параболический ствол голени, тем будет относительно более плоским кривая, которая соответствует большей структурной мощности с высоким диапазоном движений.A person walks at a speed of approximately 3 miles per hour (4.83 km / h). A person running a mile in 4 minutes runs at a speed of 12 miles in 1 hour and 10 seconds. Sprinters running a distance of 100 meters run at a speed of 21 miles per hour (33.80 km / h). This amounts to a ratio of 1: 4: 7. The horizontal component for each task increases as the rate of this activity increases. As a result, the size of the radius of the shaft of the leg of the prosthesis can be predetermined. A pedestrian needs a smaller radius of a parabolic rounded trunk of the lower leg than a runner one mile away and a sprinter. The sprinter needs a parabolic rounded trunk of the lower leg, which is 7 times more. These relationships show how to determine the parabolic radii for pedestrians, long distance runners and sprinters. This is significant because sprint runners have a wide range of motor requirements and their shin trunks must be stronger to take on the increased stress associated with this activity. The wider or larger the parabolic trunk of the lower leg, the more flat the curve will be, which corresponds to a greater structural power with a high range of motion.
Адаптер пилона 13 соединен с верхним концом ствола голени 6 при помощи фиксаторов 14. Адаптер 13, в свою очередь, закреплен на нижнем конце пилона 15 посредством фиксаторов 16. Пилон 15 закреплен на нижней конечности человека с ампутированной нижней конечностью при помощи поддерживающей структуры (не показанной на чертеже), прикрепленной к культе ноги.The adapter of the
Участки киля стопы 2, соответствующие переднему отделу стопы, среднему отделу стопы и заднему отделу стопы сформированы из отдельного куска пружинящего материала в воплощении, представленном в качестве примера, например, куска твердого материала, являющегося по природе пластиком, имеющего удерживающие форму характеристики при давлении сил реакции опоры. Более конкретно, киль стопы, а также ствол голени может быть сформирован из ламинированного композитного материала, имеющего армирующее волокно, ламинированное полимерным матричным материалом. В частности, высокопрочный графит, ламинированный термореактивными эпоксидными смолами или экструдированными пластмассами, используемыми под товарным знаком Delran, или могут использоваться сополимеры дегазированного полиуретана для формирования киля стопы, а также ствола голени. Функциональные качества, связанные с данными материалами, позволяют добиться высокой прочности при низком весе и минимальном сдвиге. Термостабильные эпоксидные смолы ламинируются в вакууме с применением стандартов протезной индустрии. Сополимеры полиуретана могут быть залиты в негативные формы и может производиться экструдированная пластмасса. Каждый используемый материал имеет свои преимущества и недостатки. Было обнаружено, что ламинированный композитный материал, предназначенный для киля стопы и ствола голени, может также преимущественно являться термоформованным (препрег) ламинированным композитным материалом, изготовленным согласно промышленным стандартам с применением армирующего волокна и термопластичного полимерного матричного материала для достижения повышенного качества при механическом растяжении. Подходящим экономически доступным композитным материалом данного типа является CYLON®, изготавливаемый Cytec Fiberite Inc в Havre de Grace, Maryland.The keel portions of the
Все упругие физические свойства материала, поскольку они относятся к жесткости, пластичности и прочности, определяются толщиной материала одной и той же плотности. Используемый материал, так же как и физические свойства, связаны с жесткостно-пластическими характеристиками в киле стопы и стволе голени протеза. Толщина киля стопы и ствола голени является единообразной или симметричной в воплощении, представленном в качестве примера на фиг.3-5, однако толщина по длине данных компонентов может быть изменена, что будет обсуждаться далее, например, путем придания области переднего и заднего отделов стопы меньшей толщины и в большей степени восприимчивыми к изгибу в области среднего отдела стопы.All the elastic physical properties of the material, since they relate to stiffness, ductility and strength, are determined by the thickness of the material of the same density. The material used, as well as the physical properties, are associated with hard-plastic characteristics in the keel of the foot and trunk of the lower leg of the prosthesis. The thickness of the keel of the foot and trunk of the lower leg is uniform or symmetrical in the embodiment shown as an example in FIGS. 3-5, however, the thickness along the length of these components can be changed, which will be discussed later, for example, by making the forefoot and hindfoot areas smaller thickness and more susceptible to bending in the midfoot.
Для дополнительного обеспечения протеза стопы 1 способностью динамического ответа различной степени, участок, соответствующий среднему отделу стопы 5, образован посредством продольной дуги таким образом, что медиальная сторона продольной дуги имеет сравнительно более высокую динамическую отвечающую способность, чем латеральная сторона продольной дуги. С данной целью в воплощении, представленном в качестве примера, медиальный аспект вогнутости продольной дуги является большим по радиусу, чем ее боковая сторона.To additionally provide the
Взаимоотношение между размерами медиального и латерального радиусов вогнутости дуги участка среднего отдела стопы 5 далее определяется как передне-задняя подошвенная поверхность, области поверхности киля стопы 2, несущая на себе вес. Линия Т1-Т2 на переднем разрезе участка 5 на фиг.8 представляет собой переднюю подошвенную поверхность несущей вес области. Линия Р1-Р2 представляет собой заднюю подошвенную несущую вес поверхность участка 5. Несущие вес подошвенные поверхности латеральной стороны стопы могут быть представлены при помощи расстояния между Т1-Р1. Подошвенные несущие вес поверхности на медиальной стороне стопы 2 могут быть представлены при помощи расстояния между Т2-Р2. Расстояния, представленные отрезками Т1-Р1 и Т2-Р2, определяют размер радиусов и, в результате, высокий и низкий ответ взаимодействия определяется, и на него может повлиять конвергенция или дивергенция этих двух линий от Т1-Т2 к Р1-Р2. Высокий и низкий динамический ответ может быть определен структурой конструкции.The relationship between the sizes of the medial and lateral radii of concavity of the arch of the midfoot section 5 is further defined as the anteroposterior plantar surface, the area of the surface of the keel of the
Задний конец 17 участка 4 заднего отдела стопы имеет форму закругленной вверх дуги, которая реагирует на силы реакции опоры при ударе пятки путем сжатия для поглощения удара. Пятка, образованная участком 4 заднего отдела стопы, образована задним боковым углом 18, являющегося более задним и более латеральным, чем медиальный угол 19, для того чтобы способствовать разворачиванию заднего отдела во время исходной контактной фазы при ходьбе. Передний конец 20 участка 3 переднего отдела стопы имеет форму закругленной вверх дуги, для того чтобы смоделировать выгнутые вверх пальцы ног в позиции поднятия пятки поздней фазы ходьбы. Каучуковые или пенные подложки 53 и 54 предусмотрены на нижней стороне переднего и заднего отдела стопы в качестве амортизаторов.The
Улучшенная двигательная способность в двух плоскостях протеза стопы создана посредством отверстий 21 и 22 медиального и латерального протяженных пазов, проходящих сквозь участок 3 переднего отдела стопы между его тыльной и подошвенной поверхностями. Протяженные пазы 23 и 24 вытянуты вперед от соответствующих отверстий до переднего края участка, соответствующего переднему отделу стопы для формирования медиального, среднего и латерального протяженных упоров 25-27, которые создают улучшенную двухплоскостную двигательную способность участка переднего отдела киля стопы. Отверстия 21 и 22 протяженных пазов расположены по линии В-В на фиг.5. В поперечной плоскости, которая расположена под углом α, равным 35° к продольной оси А-А киля стопы, причем медиальное отверстие 21 протяженного паза располагается ближе к передней части протеза, чем латеральное отверстие 22 протяженного паза.Improved motor ability in two planes of the prosthetic foot was created through
Угол α, который составляет линия В-В по отношению к продольной оси А-А на фиг.5, может составлять даже менее 15° и по прежнему обуславливать высокий и низкий динамический ответ. Когда данный угол α уменьшается, то же самое должно происходить с углом Z линии Т1-Т2 на фиг.8. Отверстия 21 и 22 протяженных пазов при проекции на сагиттальную плоскость отклонены на угол 45° к поперечной плоскости, причем тыльная сторона отверстий находится в более заднем положении, чем подошвенная сторона. При данном размещении расстояние от высвобождаемого фиксатора 8 до отверстия 22 латерального протяженного паза короче, чем расстояние от высвобождаемого фиксатора до отверстия 21 медиального протяженного паза таким образом, что латеральный участок протеза ноги имеет более низкий уровень пальцев ноги, чем медиальный, для обеспечения высокого и низкого динамического ответа среднего отдела стопы. Кроме того, расстояние от высвобождаемого фиксатора 8 до латеральной подошвенной несущей на себе вес поверхности, как представлено при помощи линии Т1, короче, чем расстояние от высвобождаемого фиксатора до несущей на себе вес поверхности медиальной подошвенной поверхности, как представлено линией Т2, таким образом, что латеральный участок протеза стопы 1 имеет более низкий уровень пальцев ноги, чем медиальный, для обеспечения высокого и низкого динамического ответа среднего отдела стопы. Передняя часть участка 4 заднего отдела киля стопы 2 далее включает в себя отверстие 28 протяженного паза, проходящего сквозь участок 4 заднего отдела стопы между его тыльной и подошвенной поверхностями. Протяженный паз 29 вытянут в заднем направлении от отверстия 28 до заднего края участка заднего отдела стопы для образования протяженных упоров 30 и 31. Все это создает улучшенную двигательную способность в двух плоскостях участка заднего отдела стопы.The angle α, which makes line BB in relation to the longitudinal axis AA in FIG. 5, can be even less than 15 ° and still cause a high and low dynamic response. When a given angle α decreases, the same should happen with the angle Z of the line T 1 -T 2 in FIG. The
Тыльная сторона участка 5 среднего отдела стопы и участок 3 переднего отдела киля стопы образуют обращенную вверх вогнутость 32 на фиг.3 таким образом, что это имитирует функционирование пятилучевой оси при движении стопы человека. А именно, вогнутость 32 имеет продольную ось С-С, которая ориентирована под углом β от 15° до 35° к продольной оси А-А киля стопы, причем медиальный участок находится в более переднем положении, чем латеральный участок, для того чтобы способствовать пятиосевому движению при ходьбе, подобно чередованию по косой низкой оси со второго по пятый элементы плюсны стопы человека.The back side of the midfoot portion 5 and the forefoot portion 3 of the forefoot form an upward concavity 32 in FIG. 3 in such a way that it mimics the functioning of the five-axis axis when the human foot is moving. Namely, concavity 32 has a longitudinal axis CC, which is oriented at an angle β from 15 ° to 35 ° to the longitudinal axis AA of the keel of the foot, with the medial section being in a more forward position than the lateral section in order to facilitate the five-axis movement when walking, like alternating along an oblique low axis from the second to fifth elements of the metatarsal foot of a person.
Важность двигательной способности в двух плоскостях может быть оценена, когда человек с ампутированной нижней конечностью ходит по неровному грунту или когда спортсмен наступает на медиальную или латеральную сторону стопы. Направление вектора силы тяжести изменяется от сагиттальной ориентации до наличия компонента во фронтальной плоскости. Опора будет толкать медиально в направлении, противоположном стопе, толкающей латерально. Как следствие этого, ствол голени наклоняется медиально и вес прикладывается к медиальной структуре киля стопы. В ответ на данные давления, медиальные протяженные упоры 25 и 31 киля стопы 2 сгибаются назад и внутрь, при этом латеральные протяженные упоры 27 и 30 сгибаются к подошве вниз и наружу. Данное движение стремится положить подошвенную поверхность стопы плоско на землю (плоское расположение).The importance of motor ability in two planes can be assessed when a person with an amputated lower limb walks on uneven ground or when an athlete steps on the medial or lateral side of the foot. The direction of the gravity vector varies from the sagittal orientation to the presence of a component in the frontal plane. The support will push medially in the opposite direction to the foot pushing laterally. As a result of this, the trunk of the lower leg bends medially and the weight is applied to the medial structure of the keel of the foot. In response to the pressure data, the medial extended stops 25 and 31 of the keel of the
Другой киль стопы 33 данного изобретения может быть использован в протезе ноги данного изобретения, специально для спринтерского бега см. фиг.6 и 7. Центр тяжести тела при спринтерском беге становится практически полностью (исключительно) ориентированным в сагиттальной плоскости. Протезу ноги не требуется обладать низкой динамической характеристикой ответа. Как следствие, ориентация внешнего поворота на угол от 15° до 35° продольной оси вогнутости между передним отделом стопы и средним отделом стопы, что имеет место в киле стопы 2, не требуется. Скорее, ориентация продольной оси D-D вогнутости должна стать параллельной фронтальной плоскости, как изображено на фиг.6 и 7. Это позволяет спринтерской стопе отвечать только в сагиттальной плоскости. Дополнительно, ориентация отверстий протяженных пазов 34 и 35 участков переднего и среднего отделов стопы по линии Е-Е параллельна фронтальной плоскости, то есть латеральное отверстие 35 передвинуто вперед на одну линию с медиальным отверстием 34 и параллельную фронтальной плоскости. Передний терминальный конец 36 киля стопы 33 также сконструирован параллельно фронтальной плоскости. Задняя терминальная пяточная область 37 киля стопы также параллельна фронтальной плоскости. Данные модификации влияют негативным образом на возможности полифункционального использования протеза стопы. Однако его функциональные характеристики становятся специфической задачей. Другое изменение в спринтерском киле стопы касается зоны оси пальцев участка переднего отдела стопы, где 15° изгиба к тыльной стороне в киле стопы 2 увеличены до 25-40° изгиба к тыльной стороне в киле стопы 33.Another keel of the
Фиг.9 и 10 показывают дополнительный киль стопы данного изобретения для протеза стопы, особенно подходящего для спринтерского бега людям с ампутированной конечностью, которым была проведена ампутация стопы по Симсу. Для данной цели участок среднего отдела киля стопы 38 включает в себя заднюю, обращенную вверх вогнутость 39, в области которой прикрепляется закругленный нижний конец ствола голени к килю стопы при помощи высвобождаемого фиксатора. Данный киль стопы может быть использован всеми людьми, перенесшими ампутацию нижней конечности. Киль стопы 38 производит аккомодацию более длинной оставшейся части конечности, связанной с уровнем ампутации по Симсу. Его функциональные характеристики однозначно быстрее в плане способностей динамического ответа. Его использование не является специфичным по отношению к данному уровню ампутации. Он может быть использован при транстибиальной и трансфеморальной ампутациях. Киль стопы 40 в воплощении, представленном в качестве примера на фиг.11 и 12, также имеет вогнутость 41 для случая ампутации по Симсу - это киль стопы, обеспечивающий протезу стопы низкие и высокие характеристики динамического ответа, так же как и двигательными способностями в двух плоскостях, подобными таковым в воплощении, представленном в качестве примера на фиг.3-5 и 8.Figures 9 and 10 show an additional keel of the foot of the present invention for a prosthetic foot, especially suitable for sprinting for people with amputated limbs who had been amputated by Sims foot. For this purpose, the section of the middle section of the keel of the
Функциональные характеристики нескольких килей стопы 1 связаны с особенностями формы и конструкции, поскольку они имеют отношение к вогнутостям, выпуклостям, размеру радиусов, растяжению, сжатию и физическим свойствам материала, а все эти свойства имеют отношение к реакции на силы, действующие со стороны опоры при таких видах активности, как ходьба, бег и прыжки.The functional characteristics of several keels of the
Киль стопы 42 на фиг.13 подобен таковому в воплощении, приведенном в качестве примера на фиг.3-5 и 8, за исключением того, что толщина киля стопы увеличивается от участка медиального отдела стопы до задней части участка заднего отдела стопы. Толщина киля стопы 43 на фиг.14 постепенно уменьшается или увеличивается на обоих его переднем и заднем концах. Подобные изменения по толщине показаны в стволе голени 44 на фиг.15 и в стволе голени 45 на фиг.16, что может быть использовано в протезе стопы 1. Каждый тип конструкции киля стопы и ствола голени создает различные функциональные результаты, поскольку данные функциональные результаты относятся к горизонтальным или вертикальным линейным скоростям, которые обладают специфичностью в плане улучшения при различных задачах, относящихся к спорту. Способность ствола голени иметь многочисленные конфигурации, а также регулирование установки киля стопы относительно ствола голени создает в стволе голени протеза стопы взаимоотношение, предоставляющее человеку с ампутированной нижней конечностью и/или протезисту возможность настраивать протез стопы для максимального функционирования в одной, выбранной из широкого множества спортивной или реабилитационной активности.The keel of the
Другие стволы голени для протеза ноги 1 проиллюстрированы на фиг.17-22 и включают в себя «С»-образные стволы голени 46 и 47, «S»-образные стволы голени 48 и 49 и «J»-образные стволы голени 50 и 51. Верхний конец ствола голени может также иметь прямой вертикальный конец с пирамидальной пластиной для прикрепления, прикрепленной к данному терминальному концу. Протяженная пирамида может быть прикреплена болтом к и через данный вертикальный конец ствола голени. Пластиковые или алюминиевые вставки для принятия проксимальной протяженной пирамиды и дистального киля стопы также могут быть предоставлены в удлиненных отверстиях на проксимальном и дистальном концах ствола голени. Протез ноги данного изобретения является модульной системой, конструируемый предпочтительно с наличием стандартизованных звеньев или размеров для гибкого и многостороннего использования.Other shin trunks for
Все виды беговой активности, имеющие отношение к треку, происходят против часовой стрелки. Другой дополнительный признак изобретения принимает во внимание силы, действующие на ногу, перемещающуюся вдоль такой закругленной траектории. Третий закон Ньютона применяется к действию энергии. Существует равная и противоположная реакция. Таким образом, для каждой центростремительной силы имеется центробежная сила. Центростремительная сила действует по направлению к центру движения и центробежная сила, сила реакции, действует по направлению от центра вращения. Если спортсмен бежит по треку по закругленной траектории, центростремительная сила тянет бегуна к центру кривой, тогда как центробежная сила оттягивает от центра кривой. Для того, чтобы противодействовать центробежной силе, которая старается отклонить бегуна от центра, бегун наклоняется внутрь. Если направление вращения бегуна на треке всегда противоположно движению часовой стрелки, тогда левая сторона является внутренней частью трека. Как следствие, согласно признаку настоящего изобретения, левая сторона стволов голени правого и левого протеза стопы может быть сделана более тонкой, чем правая сторона, и движение бегуна по кривой с ампутированной нижней конечностью может быть улучшено.All types of running activity related to the track occur counterclockwise. Another additional feature of the invention takes into account the forces acting on the leg moving along such a rounded path. Newton's third law applies to the action of energy. There is an equal and opposite reaction. Thus, for each centripetal force, there is a centrifugal force. The centripetal force acts towards the center of motion and the centrifugal force, the reaction force, acts in the direction from the center of rotation. If an athlete runs along a rounded path along the track, the centripetal force pulls the runner to the center of the curve, while the centrifugal force pulls the center of the curve. In order to counteract the centrifugal force, which tries to deflect the runner from the center, the runner leans inward. If the direction of rotation of the runner on the track is always opposite to the clockwise movement, then the left side is the inside of the track. As a result, according to a feature of the present invention, the left side of the shank trunks of the right and left foot prosthesis can be made thinner than the right side, and the runner’s movement along the curve with the amputated lower limb can be improved.
Кили стопы 2, 33, 38, 42 и 43 в различных воплощениях имеют каждый длину 29 см, имеют пропорции стопы 1, показанной для масштаба на фиг.3, 4, 5, и в нескольких изображениях различных стволов голени и килей стопы. Однако, что без труда поймут специалисты в данной области, специфические размеры протеза ноги могут изменяться в зависимости от размера, веса и других характеристик человека с ампутированной нижней конечностью, которые соотносятся со стопой.The keels of the
Рассмотрим работу протеза стопы 1 в положениях фаз шаговых циклов при ходьбе и беге. Три закона движения Ньютона, которые относятся к закону инерции, ускорения и действия-противодействия, являются основой кинематики движения стопы 2. Из третьего закона Ньютона, закона действия противодействия, известно, что земля давит на стопу в направлении, противоположном направлению, в котором стопа давит на землю. Все это известно, как сила реакции опоры. Проделано много научных исследований, касающихся активности человека, связанных с ходьбой, бегом, прыжками. Исследования на плоскости по приложению усилий показывают нам, что Третий закон Ньютона действует при ходьбе. Из данных исследований узнаем направление давления опоры на стопу.Consider the work of the prosthesis of the
Фаза положений при активности, связанной с ходьбой/бегом, может быть дополнительно разбита на фазы замедления и ускорения. Когда протез стопы касается земли, нога давит вперед на землю, а земля давит обратно равным образом в противоположном направлении иными словами, земля давит назад на протез стопы. Данная сила заставляет протез стопы перемещаться. Анализ фаз положений при ходьбе и беге начинается с точки контакта, являющейся задним латеральным углом 18 фиг.5 и 8, который более смещен назад и латеральнее, чем медиальная сторона стопы. Данное смешение при исходном контакте заставляет ногу разворачиваться наружу и ствол голени сгибаться внутрь. Ствол голени всегда стремится занять положение, которое перемещает вес тела через ствол, т.е. стремится, чтобы длинный вертикальный элемент находился в положении, противостоящем силам, действующим со стороны земли. По этой причине он перемещается, изгибаясь к подошве назад для того, чтобы противостоять силе реакции опоры, которая давит на стопу в заднем направлении.The position phase during activity associated with walking / running can be further divided into phases of deceleration and acceleration. When the prosthetic foot touches the ground, the foot presses forward on the ground, and the earth presses back equally in the opposite direction, in other words, the earth presses back on the prosthetic foot. This force causes the prosthetic foot to move. The analysis of the phases of the positions when walking and running starts from the point of contact, which is the posterior
Силы, действующие со стороны земли, заставляют стволы голени 44, 45, 46, 47 и 50 сжиматься, при этом проксимальный конец перемещается назад. У стволов голени 48, 49 дистальная половина ствола голени будет сжиматься в зависимости от ориентации дистальных вогнутостей. Если дистальная вогнутость сжимается в ответ на силы реакции опоры, проксимальная вогнутость растягивается и вся секция ствола голени переместится в более заднем направлении. Силы, действующие со стороны земли, заставляют ствол голени сжиматься, при этом проксимальный конец перемещается назад. Нижний, меньший, радиус сжимается, моделируя подошвенное сгибание голеностопного сустава человека, при этом передний отдел стопы опускается путем сжатия на землю. В то же время задняя сторона киля, представленная задним отделом стопы 4, изображенная как 17, сжимает вверх под давлением. Обе данные сжимающие силы действуют как поглотители ударного воздействия. Данное поглощение ударного воздействия дополнительно усиливается при помощи смещенной задней латеральной части пятки 18, которая заставляет стопу разворачиваться наружу, что также действует, как поглотитель ударного воздействия, с того момента, как ствол голени прекращает перемещаться для подошвенного сгибания, при этом земля давит в заднем направлении на стопу.Forces acting on the ground cause the
Сжатые элементы киля стопы и ствола голени затем начинают разгружаться, таким образом, они стремятся обрести их первоначальную форму, и накопленная энергия высвобождается, что заставляет проксимальный конец ствола голени перемещаться вперед ускоренным способом. Как только ствол голени достигает вертикального стартового положения, силы, воздействующие со стороны земли, изменяют свое направление от давления назад до давления вертикально вверх на стопу. В связи с тем, что протез стопы имеет переднюю и заднюю области подошвенной поверхности, несущие на себе вес, и данные области соединены при помощи не несущего на себе вес удлиненного дугообразного среднего участка, вертикально от протеза направленные силы заставляют удлиненный дугообразный средний участок нагружаться путем растяжения. Задняя и передняя несущие на себе вес поверхности различаются. Данные вертикально направленные усилия накапливаются в удлиненном среднем дуговом участке стопы, поскольку силы, действующие со стороны земли, изменяются от вертикального по природе направления до направленных вперед. Ствол голени растягивается, моделируя изгиб лодыжки (голеностопного сустава) назад. Это заставляет протез стопы отталкиваться от подошвенной несущей вес поверхности. Как только происходит разгрузка веса, удлиненная дуга среднего участка 5 стопы выходит из сжатого состояния и стремится принять свою первоначальную форму, что создает модель всплеска активности подошвенной группы мышц-сгибателей. Это высвобождает накопленную вертикальную сжатую силовую энергию для улучшения растягивающей способности.The compressed elements of the keel of the foot and trunk of the lower leg then begin to unload, so they tend to regain their original shape, and the stored energy is released, which causes the proximal end of the lower leg trunk to move forward in an accelerated manner. As soon as the shin trunk reaches a vertical starting position, the forces acting on the ground side change their direction from pressure backwards to pressure vertically upwards on the foot. Due to the fact that the prosthesis of the foot has anterior and posterior areas of the plantar surface that bear weight, and these areas are connected using an elongated arcuate middle section that is not bearing the weight, the forces directed vertically from the prosthesis cause the elongated arcuate middle section to be loaded by stretching . The rear and front weight-bearing surfaces differ. These vertically directed forces are accumulated in the elongated middle arc portion of the foot, since the forces acting on the ground side change from a vertical direction in nature to directed forward. The trunk of the leg is stretched, simulating the bend of the ankle (ankle joint) back. This causes the prosthetic foot to push off from the plantar weight bearing surface. As soon as the weight is unloaded, the elongated arc of the middle section of the 5th foot leaves the compressed state and tends to take its original shape, which creates a model of a surge in activity of the plantar group of flexor muscles. This releases accumulated vertical compressed power energy to improve tensile ability.
Удлиненная дуга киля стопы и ствол голени сопротивляется растяжению их взаимодействующих структур. Как следствие, движение ствола голени вперед блокируется и стопа начинает останавливать вращение несущей вес подошвенной поверхности. Растяжение участка среднего отдела киля стопы обладает способностью динамического ответа различной степени в случае киля стопы в воплощении, представленном в качестве примера на фиг.3-5 и 8, фиг.11 и 12, фиг.13 и фиг.14. Поскольку область перехода от участка среднего отдела киля стопы в участок переднего отдела стопы в данных килях стопы отклонена на угол от 15° до 30° во внешнюю от продольной оси стопы сторону, медиальная часть длинной дуги длиннее, чем латеральная часть длинной дуги. Это является важным, в связи с тем, что в естественной стопе во время ускорения и торможения используется медиальная сторона стопы.The elongated arch of the keel of the foot and the trunk of the lower leg resists stretching of their interacting structures. As a result, the movement of the shin trunk forward is blocked and the foot begins to stop the rotation of the weight bearing plantar surface. The stretching of the section of the middle part of the keel of the foot has the ability of a dynamic response of varying degrees in the case of the keel of the foot in the embodiment, presented as an example in Fig.3-5 and 8, Fig.11 and 12, Fig.13 and Fig.14. Since the area of transition from the site of the middle part of the keel to the forefoot in these keels of the foot is deflected by an angle of 15 ° to 30 ° to the side external from the longitudinal axis of the foot, the medial part of the long arc is longer than the lateral part of the long arc. This is important due to the fact that the medial side of the foot is used in the natural foot during acceleration and deceleration.
Более длинная медиальная дуга протеза обладает более высокими характеристиками динамического ответа, чем латеральная. Латеральный уровень, соответствующий более коротким пальцам ног, используется при ходьбе или беге с более медленной скоростью. При ходьбе или беге с более медленной скоростью центр тяжести тела движется в пространстве по синусоидальной траектории. Он двигается в медиальном, латеральном и проксимальном и дистальном направлениях. При ходьбе или беге с более медленной скоростью центр тяжести движется более медиально и латерально, чем при быстрой ходьбе или беге. Кроме того, момент инерции имеет меньшую величину, и способность преодолевать большую способность динамического ответа меньше. Протез стопы данного изобретения приспособлен располагать данными принципами прикладной механики.A longer medial arch of the prosthesis has higher characteristics of the dynamic response than the lateral one. The lateral level corresponding to shorter toes is used when walking or running at a slower speed. When walking or running at a slower speed, the center of gravity of the body moves in space along a sinusoidal path. It moves in the medial, lateral and proximal and distal directions. When walking or running at a slower speed, the center of gravity moves more medially and laterally than when walking fast or running. In addition, the moment of inertia is smaller, and the ability to overcome the greater ability of the dynamic response is less. The prosthetic foot of the present invention is adapted to dispose of these principles of applied mechanics.
Кроме того, в цикле ходьбы человека в среднем положении центр тяжести находится настолько латерально, насколько это возможно. Из среднего положения через отрыв пальцев ног центр тяжести тела (BCG) движется из латеральной в медиальную сторону. Как следствие, центр тяжести тела продвигается через латеральную сторону киля стопы 2. Вначале (низкая передача) и по мере продвижения BCG вперед, он движется медиально на киле стопы 2 (высокая передача). Как следствие, киль стопы 2 протеза стопы обладает автоматическим трансмиссионным эффектом. То есть он начинает с низкой передачи и переходит в высокую передачу при каждом шаге, осуществляемом человеком с ампутированной нижней конечностью.In addition, in the person’s walking cycle in the middle position, the center of gravity is as lateral as possible. From the middle position, through the detachment of the toes, the center of gravity of the body (BCG) moves from the lateral to the medial side. As a result, the body's center of gravity moves through the lateral side of the keel of
Поскольку силы, действующие со стороны земли, давят в переднем направлении на протез стопы, который давит на землю в заднем направлении, когда пяточная часть начинает подниматься, передний участок длинной арки участка среднего отдела стопы принимает форму для приложения данных направленных назад сил перпендикулярно его подошвенной плоскости. Это является наиболее эффективным и результативным способом приложения данных сил. То же самое можно сказать о задней части участка заднего отдела стопы. Она также имеет такую форму, что направленные назад силы, действующие со стороны земли, при исходном контакте противоположны плоскости подошвы киля стопы, которая перпендикулярна направлению данных прикладываемых сил.Since the forces exerted by the earth press in the forward direction on the prosthetic foot, which presses on the earth in the rear direction, when the heel part begins to rise, the front section of the long arch of the midfoot section takes the form for applying the data of the backward forces perpendicular to its plantar plane . This is the most effective and efficient way to apply these forces. The same can be said about the back of the hindfoot. It also has such a shape that the backward forces acting on the ground side, at the initial contact, are opposite to the plane of the sole of the keel of the foot, which is perpendicular to the direction of these applied forces.
В последующих фазах подъема пяточной части стопы носок при ходьбе и беге лучевая зона участка переднего отдела стопы отклонена назад к тыльной поверхности на 15°-35°. Данная протягивающаяся вверх дуга позволяет направленным вперед силам, действующим со стороны земли, сжимать данную зону стопы. Данное сжатие встречает меньшее сопротивление, чем растяжение, при этом происходит гладкий переход протеза стопы к фазе подъема при ходьбе и беге. На поздних стадиях фазы положений при ходьбе растянутый ствол голени и растянутая длинная дуга участка среднего отдела стопы высвобождают их накопленную энергию, способствуя движению центра тяжести человека с ампутированной нижней конечностью.In the subsequent phases of lifting the heel of the foot of the toe, while walking and running, the radial zone of the forefoot is deflected 15 ° -35 ° back to the back surface. This upward-extending arc allows forward-directed forces acting from the ground to compress this area of the foot. This compression meets less resistance than stretching, with a smooth transition of the prosthetic foot to the lifting phase when walking and running. In the late stages of the posture phase, when walking, the extended trunk of the lower leg and the extended long arc of the midfoot section release their stored energy, contributing to the movement of the center of gravity of a person with an amputated lower limb.
Один из основных механизмов движения при ходьбе человека называется активной пропульсивной фазой. При поднятии пятки вес тела переходит вперед на опорную конечность и центр тяжести опускается. Когда вес тела опускается на рокер участка переднего отдела стопы, линия С-С на Фиг.5, появляется ускорение вниз, которое приводит к тому, что тело принимает на себя максимальную вертикально направленную силу. Ускорение передней части лодыжки ноги, связанное с поднятием пятки, приводит к сдвигу назад по отношению к земле. По мере того, как центр давления движется вперед к осям вращения головок плюсны, появляется постоянно увеличивающийся вращающий момент с изгибом назад. Данное воздействие создает ситуацию полного переднего падения, которое генерирует основное усилие продвижения вперед при ходьбе. Принципами эффективного функционирования голеностопного сустава в процессе активного движения являются подъем пятки, минимальное движение сустава и почти нейтральное положение лодыжки. Стабильное положение средней части стопы является существенным для нормальной последовательности движения при подъеме пятки.One of the main mechanisms of movement when walking a person is called the active propulsive phase. When lifting the heel, the body weight goes forward to the supporting limb and the center of gravity drops. When the weight of the body falls on the rocker of the forefoot portion, line CC in FIG. 5, an acceleration downwards appears, which causes the body to absorb the maximum vertically directed force. Acceleration of the anterior part of the ankle of the foot, associated with the raising of the heel, leads to a shift back in relation to the ground. As the center of pressure moves forward to the axes of rotation of the metatarsal heads, a constantly increasing torque appears with a bend back. This effect creates a situation of full forward fall, which generates the main effort to move forward when walking. The principles of the effective functioning of the ankle joint in the process of active movement are the heel lift, minimal joint movement and an almost neutral position of the ankle. A stable midfoot position is essential for a normal movement when lifting the heel.
Как отмечалось ранее в некоторых воплощениях, задняя сторона участков заднего и переднего отделов киля стопы включают в себя отверстия протяженных пазов и протяженных упоров. Ориентация отверстий протяженных пазов функционирует как соединительный шарнир, и при этом улучшаются способности движения в двух плоскостях для улучшения общих контактных характеристик подошвенной поверхности стопы при ходьбе по неровному грунту.As noted previously in some embodiments, the rear side of the rear and forefoot keel portions include openings of extended grooves and extended stops. The orientation of the openings of the extended grooves functions as a connecting hinge, and at the same time, the ability to move in two planes is improved to improve the overall contact characteristics of the plantar surface of the foot when walking on uneven ground.
Кили стопы Симса на фиг.9-12 четко отличаются по способностям динамического ответа, поскольку данные способности связаны с ходьбой, беговой, прыжковой активностями. Данные кили стопы четко различаются по четырем четким признакам. Они включают наличие вогнутости в проксимальной, задней части участка среднего отдела стопы для размещения формы дистальной оставшейся части конечности лучше, чем плоская поверхность. Данная вогнутость также ниже высоты киля стопы и размещает более длинную оставшуюся часть культи конечности, которая связана с уровнем ампутации по Симсу. Выравнивание вогнутости требует того, чтобы соответствующие передний и задний радиусы выгнутого среднего участка киля стопы являлись более активными и меньшими по размеру. Как следствие, все радиусы длинной арки участка среднего отдела стопы и участка заднего отдела стопы являются более сжатыми и меньшими. Это существенно влияет на характеристики динамического ответа. Меньшие радиусы создают меньший потенциал для динамического ответа. Однако протез стопы отвечает быстрее на все вышеперечисленные силы, действующие со стороны земли при ходьбе, беге и прыжках. Результатом является более быстрая стопа с меньшим динамическом ответом.The keels of the Sims foot in Figs. 9-12 clearly differ in their dynamic response abilities, since these abilities are associated with walking, running, and jumping activities. These keels of the foot clearly differ in four distinct signs. These include the presence of concavity in the proximal, posterior portion of the midfoot portion to accommodate the shape of the distal remaining portion of the limb better than a flat surface. This concavity is also below the height of the keel of the foot and places the longer remaining part of the limb stump, which is associated with the level of amputation according to Sims. The alignment of concavity requires that the corresponding front and rear radii of the curved middle portion of the keel of the foot be more active and smaller in size. As a result, all the radii of the long arch of the midfoot portion and the hindfoot portion are more compressed and smaller. This significantly affects the characteristics of the dynamic response. Smaller radii create less potential for a dynamic response. However, the prosthesis of the foot responds faster to all of the above forces acting from the ground when walking, running and jumping. The result is a faster stop with less dynamic response.
Улучшенное, предназначенное для выполнения конкретной задачи функционирование может быть достигнуто при помощи изменений совмещения с использованием протеза стопы данного изобретения, поскольку данные изменения совмещения влияют на вертикальный и горизонтальный компоненты при каждой задаче. Стопа человека является многофункциональным элементом, она участвует в ходьбе, беге и прыжках. Образованная большеберцовой и малоберцовой костями структура ствола голени человека, с другой стороны, не является многофункциональным элементом. Она является простым рычагом, прикладывающим свои усилия при активностях, связанных с ходьбой, бегом и прыжками, параллельно своей продольной проксимально-дистальной ориентации. Она является несжимаемой структурой и не обладает потенциалом в плане накопления энергии. С другой стороны, протез стопы данного изобретения обладает способностями динамического ответа, поскольку способности динамического ответа связаны с горизонтальной и вертикальной линейными скоростями при активностях, связанных со спортивной ходьбой, бегом и прыжками, и превосходит большую и малую берцовые кости человека. Как следствие, имеется возможность улучшить атлетическое функционирование человека с ампутированной нижней конечностью. С данной целью, в соответствии с настоящим изобретением, фиксатор 8 ослабляется, при этом совмещение ствола голени и киля стопы друг с другом регулируется в продольном направлении киля стопы. Такое изменение показано в связи с фиг.1 и 2. Ствол голени затем прикрепляется к килю стопы в отрегулированном положении посредством фиксатора 8. В процессе данной регулировки болт фиксатора скользит относительно одной или обеих расположенных напротив, сравнительно длинных, вытянутых в продольном направлении отверстий 9 и 10 в киле стопы ствола голени, соответственно.Improved performance for a specific task can be achieved by alignment changes using the foot prosthesis of the present invention, since these alignment changes affect the vertical and horizontal components for each task. The human foot is a multifunctional element, it is involved in walking, running and jumping. The structure of the trunk of the human tibia formed by the tibia and fibula, on the other hand, is not a multifunctional element. It is a simple lever that applies its efforts in activities related to walking, running and jumping, parallel to its longitudinal proximal-distal orientation. It is an incompressible structure and does not have the potential for energy storage. On the other hand, the foot prosthesis of the present invention has a dynamic response ability, since the dynamic response ability is associated with horizontal and vertical linear speeds in activities related to walking, running and jumping, and is superior to the tibia of man. As a result, it is possible to improve the athletic functioning of a person with an amputated lower limb. To this end, in accordance with the present invention, the latch 8 is released, while the alignment of the trunk of the leg and keel of the foot with each other is regulated in the longitudinal direction of the keel of the foot. Such a change is shown in connection with FIGS. 1 and 2. The trunk of the lower leg is then attached to the keel of the foot in the adjusted position by the latch 8. During this adjustment, the latch bolt slides relative to one or both opposite, relatively long, longitudinally
Изменение совмещения, которое улучшает характеристики функционирования бегуна, осуществляющего исходный контакт с землей плоскостью стопы, как в случае бегуна, который ударяет средней частью стопы, является действием, при котором вызывается скольжение киля стопы вперед относительно ствола голени, и подошва стопы сгибается на стволе голени. Данное новое взаимодействие улучшает горизонтальный компонент бега. То есть, когда основание ствола голени изгибается к стопе, и стопа осуществляет контакт с землей при ее плоском расположении, что противоположно исходному пяточному контакту, земля сразу же давит в заднем направлении на стопу, которая давит на землю в переднем направлении. Это заставляет ствол голени двигаться быстро вперед (путем растяжения) и вниз. Силы динамического ответа создаются путем растяжения, которое противостоит движению ствола голени в исходном направлении. Как следствие, стопа поворачивается над несущей вес областью подошвенной плоскости плюсны. Это заставляет область киля, соответствующую среднему отделу стопы, растягиваться, чему можно противостоять в большей степени, чем сжатию. Эффект задержания при растяжении ствола голени и при растяжении среднего отдела стопы состоит в том, что оказывается сопротивление дальнейшему продвижению вперед ствола голени, что позволяет разгибателям коленного сустава и разгибателям бедра в теле человека, использующего протез, перемещать центр тяжести вперед и проксимально более результативным способом (т.е. с улучшением горизонтальной скорости). В данном случае перемещение направлено более вперед, чем в случае бегущего с перекатом с пятки на носок, продвижению ствола голени которого вперед оказывается меньшее противостояние со стороны ствола голени, стартующего с большим изгибом назад (вертикально), чем бегуна, наступающего всей стопой.A change in alignment that improves the functioning of the runner who makes initial contact with the ground with the foot plane, as in the case of the runner who strikes the middle part of the foot, is an action that causes the keel of the foot to slide forward relative to the shin trunk, and the sole of the foot is bent on the shin trunk. This new interaction improves the horizontal component of the run. That is, when the base of the trunk of the lower leg bends towards the foot, and the foot makes contact with the ground when it is flat, which is opposite to the original heel contact, the ground immediately presses in the backward direction on the foot, which presses the ground in the forward direction. This causes the trunk of the lower leg to move quickly forward (by stretching) and down. The dynamic response forces are created by stretching, which is opposed to the movement of the trunk of the leg in the original direction. As a result, the foot rotates over the weight-bearing area of the plantar plane of the metatarsus. This causes the keel region corresponding to the midfoot to stretch, which can be resisted to a greater extent than compression. The effect of retention during stretching of the shin trunk and stretching of the middle part of the foot is that there is resistance to further advancement of the shin trunk, which allows the extensors of the knee joint and the extensors of the thigh in the body of the person using the prosthesis to move the center of gravity forward and in a more proximal way ( i.e. with improved horizontal speed). In this case, the movement is directed more forward than in the case of the one running with a roll from the heel to the toe, the shin trunk moving forward with which there is less opposition from the side of the shin trunk, starting with a large bend backward (vertically) than the runner that comes with the whole foot.
Для анализа функционирования спринтерской стопы проделано изменение совмещения ствола голени и киля стопы. Использовано преимущество стопы, имеющей все вогнутости с ориентацией их продольных осей параллельно фронтальной плоскости. Ствол голени изогнут к подошве и сдвинут назад на киле стопы. Это уменьшает дистальные обороты и даже сверх того, что имеет место в случае бегуна, наступающего всей поверхностью стопы, имеющего киль стопы многоцелевого назначения, как, например, на фиг.3-5 и 8. Как следствие, наблюдается больший потенциал горизонтального движения, причем динамический потенциал направлен на осуществление данной улучшенной горизонтальной способности.To analyze the functioning of the sprint foot, a change was made in the combination of the trunk of the lower leg and the keel of the foot. The advantage of the foot with all concavities with the orientation of their longitudinal axes parallel to the frontal plane is used. The trunk of the tibia is bent to the sole and shifted backward on the keel of the foot. This reduces distal turns and even beyond what occurs in the case of a runner advancing over the entire surface of the foot having a keel of the multi-purpose foot, as, for example, in FIGS. 3-5 and 8. As a consequence, there is a greater horizontal movement potential, moreover dynamic potential aims at implementing this improved horizontal ability.
Спринтеры обладают расширенным диапазоном движения, сил и механического момента (инерции), момент является основным двигателем. В связи с тем, что фаза торможения их фазы положений короче, чем фаза ускорения, достигаются увеличенные горизонтальные линейные скорости. Это означает, что исходный контакт в момент, когда палец ноги касается земли, земля давит в заднем направлении на стопу, при этом стопа давит на землю в переднем направлении. Ствол голени, который обладает повышенным усилием и механическим моментом, принуждает к большему изгибу и движению вниз, чем при первоначальном контакте бегуна, наступающего всей поверхностью стопы. Как следствие, действия данных усилий, вогнутость удлиненной дуги стопы нагружается путем растяжения, и ствол голени нагружается путем растяжения. Данные растягивающие усилия оказывают противодействие большему растяжению, чем все другие ранее упомянутые усилия, связанные с бегом. Как следствие, способность динамического ответа стопы является пропорциональной прикладываемому усилию. Ответ образованного большой и малой берцовыми костями ствола голени человека связан только с энергетическим потенциалом усилия, поскольку он является вертикальной структурой и не может накапливать энергию. Данные растягивающие усилия в протезе стопы данного изобретения при спринтерском беге имеют большую величину, чем все другие упомянутые ранее усилия, связанные с ходьбой и бегом. Как следствие, способность динамического ответа стопы пропорциональна прикладываемым усилиям, и становится возможной улучшенное атлетическое функционирование человека с ампутированной нижней конечностью по сравнению с функционированием тела обычного человека.Sprinters have an extended range of motion, forces and mechanical moment (inertia), the moment is the main engine. Due to the fact that the braking phase of their position phase is shorter than the acceleration phase, increased horizontal linear velocities are achieved. This means that the initial contact at the moment when the toe touches the ground, the earth presses in the rear direction on the foot, while the foot presses on the ground in the forward direction. The trunk of the lower leg, which has an increased force and mechanical moment, forces a greater bend and movement down than with the initial contact of the runner, advancing the entire surface of the foot. As a consequence, the action of these efforts, the concavity of the elongated arch of the foot is loaded by stretching, and the trunk of the lower leg is loaded by stretching. These tensile forces counteract more tensile than all the other previously mentioned running efforts. As a result, the ability of the dynamic response of the foot is proportional to the applied force. The response of the trunk of the human tibia formed by the large and small tibia bones is associated only with the energy potential of the effort, since it is a vertical structure and cannot accumulate energy. These tensile forces in the prosthetic foot of the present invention during sprinting are larger than all other walking and running forces mentioned previously. As a result, the ability of the dynamic response of the foot is proportional to the applied efforts, and it becomes possible to improve the athletic functioning of a person with an amputated lower limb in comparison with the functioning of the body of an ordinary person.
Протезы 53 стопы, изображенные на фиг.25, похожи на таковые на фиг.3, за исключением регулируемого скрепляющего приспособления между стволом голени и килем стопы и конструкции верхнего конца ствола голени в плане соединения с нижним концом пилона. В данном воплощении, представленном в качестве примера, киль 54 стопы регулируемо соединен со стволом голени 55 посредством пластикового или изготовленного из металлического сплава соединительного элемента 56. Соединительный элемент прикреплен к килю стопы и стволу голени при помощи, соответственно, высвобождаемых фиксаторов 57 и 58, которые находятся в соединительном элементе на расстоянии друг от друга в направлении вдоль продольной оси киля стопы. Фиксатор 58, соединяющий соединительный элемент со стволом голени, находится в более заднем положении, чем фиксатор 57, соединяющий киль стопы и соединительный элемент. Путем повышения таким способом активной длины ствола голени способности динамического ответа самого по себе ствола голени увеличиваются. Изменения совмещения осуществлены во взаимодействии с вытянутыми в продольном направлении отверстиями в стволе голени и киле стопы.The
Верхний конец ствола голени 55 сформирован с наличием удлиненного отверстия 59 для принятия пилона 15. С момента вставки в отверстие пилон может быть надежно скреплен со стволом голени путем затягивания болтов 60 и 61 для притягивания свободных боковых концов 62 и 63 ствола голени друг к другу. Данное соединение пилона может быть без труда отрегулировано посредством ослабления болтов, выдвигая пилон относительно ствола голени в желаемое положение и вновь скрепляя пилон в отрегулированном положении путем затягивания болтов.The upper end of the
Протез стопы 70 согласно дополнительному воплощению данного изобретения изображен на фиг.28-31В. Протез 70 стопы содержит киль стопы 71, ствол голени 72 и соединительный элемент 73. Протез стопы 70 похож на протез стопы 53 в воплощении, представленном на фиг.25-27, за исключением того, что ствол голени 72 сформирован с наличием обращенного вниз и вперед выпукло закругленного нижнего конца 74, который имеет форму спирали 75. Ствол голени направлен вверх и вперед от спирали до его вертикально стоящего верхнего конца, как видно на фиг.28. Ствол голени может преимущественно быть сформирован из металла, такого как титан, при этом могут быть использованы другие пружинящие материалы для формирования полужесткого пружинящего ствола голени. Спиральная форма в области нижнего конца ствола голени характеризуется радиусом кривизны, который постепенно увеличивается по мере того, как ствол голени продвигается по спирали во внешнем направлении от радиально внутреннего его конца 76 и по мере того, как он простирается вверх от его нижнего спирального конца к его верхнему концу, который может быть закругленным или прямым. Было обнаружено, что данная конструкция создает протез ноги с интегрированным голеностопным сочленением и стволом голени с разнообразными радиусами результирующего ответа аналогично параболической форме ствола голени данного изобретения, при этом в то же время позволяя соединительному элементу 73 и стволу голени 72 находиться в более заднем положении на киле стопы 71. Как результат, ствол голени и соединительный элемент являются спрятанными более центрально в области, соответствующей лодыжке и ноге косметического покрытия 77, см. фиг.28.A
Соединительный элемент 73 сформирован из пластмассы или металлического сплава и регулируемо прикреплен в области его переднего конца к задней части киля стопы 71 при помощи резьбового фиксатора 78, как показано на фиг.30. Киль стопы имеет отверстие 79, вытянутое в продольном направлении в его выгнутом вверх участке, которое принимает фиксатор 78 для того, чтобы обеспечить регулировку выравнивания ствола голени и киля стопы по отношению друг к другу в продольном направлении, например, вдоль линии 30-30 на фиг.29 способом, объяснение которого приводится выше в связи с другими воплощениями.The connecting
Задний конец соединительного элемента включает поперечный элемент 80, который закрепляется между двумя расположенными в продольном направлении пластинами 81 и 82 соединительного элемента при помощи металлических винтов 83 и 84 на каждом конце поперечного элемента. Радиально внутренний конец 76 спирали 75 прикреплен к поперечному элементу 80 соединительного элемента при помощи резьбового фиксатора 85, как изображено на фиг.30. Начиная от данной точки соединения с резьбовым элементом ствол голени проходит по спирали вокруг радиально внутреннего конца 76 выше пяточной части киля стопы и направлен вверх вперед от спирали через отверстие 85 в соединительном элементе между пластинами 81 и 82 впереди поперечного элемента 80. Поперечный элемент 86 в передней части соединительного элемента 73 закреплен между пластинами 81 и 82 при помощи фиксаторов 87 и 88 на каждом конце, как видно на фиг.28 и 30. Фиксатор 78 вставляется в резьбовое отверстие в поперечном элементе 86.The rear end of the connecting element includes a
Задняя поверхность поперечного элемента 86 поддерживает клин 87, сформированный, например, из пластмассы или каучука, который связан при помощи адгезива с фиксатором 88 поперечного элемента. Клин служит в качестве стопора для ограничения изгиба к тыльной поверхности направленного вверх ствола голени при ходьбе. Размер клина может быть выбран шире, при 87' на фиг.31А или уже, при 87'' на фиг.31 В, для того чтобы позволить осуществлять регулировку желаемой величины изгиба к тыльной поверхности. Одновременно может быть использовано множество клиньев, один над другим и адгезивно связанных соединительным элементом для уменьшения разрешаемого изгиба к тыльной стороне.The rear surface of the
Каркас протеза, не показан, присоединенный к культе нижней конечности человека с ампутированной нижней конечностью, может быть соединен с верхним концом ствола голени 72 посредством адаптера 88, прикрепленного к верхнему концу ствола голени фиксатором 89 и 90, как показано на фиг.28. Адаптер имеет узел крепления 91 в форме обратной пирамиды, соединенный с пластиной присоединения, присоединенной в верхней поверхности адаптера. Пирамидообразный узел воспринимается узлом каркасного типа комплементарной формы на зависимом каркасе протеза для объединения протеза стопы и каркаса протеза.A prosthetic frame, not shown, attached to a lower limb stump of an amputated lower limb, can be connected to the upper end of the
Данным разделом завершается описание воплощений, представленных примерами. Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на ряд иллюстративных воплощений, следует понимать, что многочисленные другие модификации и воплощения могут быть разработаны специалистами в данной области техники, и они охватываются сущностью и объемом принципов данного изобретения. Например, нижний конец ствола голени в протезе стопы данного изобретения не ограничен параболической формой или в целом параболической формой или спиральной формой, но может быть иначе сконфигурирован выпуклым книзу, криволинейно для получения желаемых двигательных результатов стопы при соединении с килем стопы для формирования области голеностопного сустава стопы. Признаки различных воплощений могут также использоваться один с другим. Более конкретно, возможны целесообразные вариации и модификации частей компонентов и/или расположений комбинации объектов в пределах объема вышеприведенного раскрытия, чертежей и прилагаемой формулы изобретения без отхода от сущности изобретения. В дополнение к вариациям и модификациям частей компонентов и/или расположений альтернативные применения будут также очевидными для специалистов в данной области техники.This section concludes the description of embodiments represented by examples. Although the present invention has been described with reference to a number of illustrative embodiments, it should be understood that numerous other modifications and embodiments can be devised by those skilled in the art and are encompassed by the nature and scope of the principles of the present invention. For example, the lower end of the shin trunk in the prosthetic foot of the present invention is not limited to a parabolic shape or generally a parabolic shape or a spiral shape, but can be otherwise configured convex downward, curved to obtain the desired motor results of the foot when connected to the keel of the foot to form the ankle joint of the foot . Signs of various embodiments may also be used one with the other. More specifically, appropriate variations and modifications of parts of components and / or arrangements of a combination of objects are possible within the scope of the above disclosure, drawings, and the attached claims without departing from the essence of the invention. In addition to variations and modifications of component parts and / or arrangements, alternative applications will also be apparent to those skilled in the art.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112457/14A RU2294177C2 (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Foot prosthesis possessing controllable functional properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005112457/14A RU2294177C2 (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Foot prosthesis possessing controllable functional properties |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005112457A RU2005112457A (en) | 2005-09-20 |
| RU2294177C2 true RU2294177C2 (en) | 2007-02-27 |
Family
ID=35848908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005112457/14A RU2294177C2 (en) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | Foot prosthesis possessing controllable functional properties |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2294177C2 (en) |
-
2002
- 2002-09-26 RU RU2005112457/14A patent/RU2294177C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005112457A (en) | 2005-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2291676C2 (en) | Foot prosthesis with controlled function | |
| CA2561323C (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| RU2345737C2 (en) | Foot prosthesis with adjustable characteristics | |
| US8236062B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| US7578852B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance and improved vertical load/shock absorption | |
| US8070829B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| US20020143408A1 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| US7374578B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| US7429272B2 (en) | Prosthetic foot with tunable performance | |
| RU2294177C2 (en) | Foot prosthesis possessing controllable functional properties | |
| RU2345736C2 (en) | Foot prosthesis with adjustable characteristics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100927 |