RU2731310C1

RU2731310C1 - Orthopedic damper for knee joint orthoses

Info

Publication number: RU2731310C1
Application number: RU2019138629A
Authority: RU
Inventors: Чермен Владимирович Базров; Фатима Владимировна Базрова; Екатерина Артуровна Хестанова
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-09-01

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medicine, particularly to traumatology and orthopedics, and can be used in medical and technical rehabilitation of patients with orthoses. Orthopedic damper for knee joint orthoses comprises a chamber and a movable piston. Chamber is equipped with a cover, a spring and a piston inserted into the chamber. Constant neodymium magnet is attached to the front part of the piston by means of a screw, which is made in the form of a washer with thickness of 4–7 mm. From the rear side to the piston the rod is attached, on which a spring is installed, the end of which rests against the cover of the chamber. Chamber is made with diameter of 17.5–18.5 mm. Constant neodymium magnet is attached at the bottom of the chamber by means of a screw; the magnet is made in the form of a washer with thickness of 4–7 mm. Neodymium magnets are located unipolar relative to each other.

EFFECT: invention provides minimizing effect of impact loads on joint arising during movement.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии и может использоваться при медико-технической реабилитации больных при помощи ортезов.The invention relates to medicine, in particular to traumatology and orthopedics, and can be used for medical and technical rehabilitation of patients with orthoses.

Известно устройство медико-технической реабилитации больных и инвалидов при помощи протезов и ортезов нижних конечностей (патент РФ №2092136), содержащее голенную и бедренную часть соединенных между собой осью, которая зафиксирована от продольных перемещений шплинтом. В бедренной части ортеза над коленным шарниром установлено юстировочное устройство, состоящее из двух дисков, соприкасающихся друг с другом рифлеными поверхностями, при этом один из дисков представляет единое целое с бедренной частью коленного шарнира, а другой единое целое с желобоватой бедренной шиной, при этом диски соединены между собой болтами для регулировки их взаимоположения при юстировке.Known device for medical and technical rehabilitation of patients and invalids with the help of prostheses and orthoses of the lower extremities (RF patent No. 2092136), containing the leg and femur part connected to each other by an axis, which is fixed from longitudinal movements with a cotter pin. An adjustment device is installed in the femoral part of the orthosis above the knee joint, which consists of two discs in contact with each other with corrugated surfaces, while one of the discs is integral with the femoral part of the knee joint, and the other is integral with a grooved femoral splint, while the discs are connected together with bolts to adjust their position during alignment.

Недостатками данного устройства являются ограниченные эксплуатационные возможности, связанные с долгой настройкой юстировочного механизма и низкий уровень защиты сустава от ударных нагрузок, возникающих при ходьбе.The disadvantages of this device are the limited operational capabilities associated with the long adjustment of the adjustment mechanism and the low level of protection of the joint from shock loads arising from walking.

Известно устройство копирующее индивидуальную механику коленного сустава и предназначенное для протезирования нижних конечностей инвалидов (патент РФ №2107476) содержащее оболочку бедра, фиксируемую на бедре пациента посредством бандажей, оболочку голени, фиксируемую на голени также при помощи бандажей и две противолежащие друг другу по бокам вертикальные шарнирные шины. Одна из шарнирных шин снабжена кулачковым роликом, который с упругим усилием, создаваемым пружиной, прижимается к кулачку, установленному на оболочке голени. Для повышения комфорта создаваемого пружиной упругое усилие сопровождается действием встроенного амортизатора, работающего на масле или газе. Кривая кулачка возрастает от участка определяющего приблизительно вертикальное положение шарнирной шины, до вершины кулачка, лежащей в пределах угла поворота шарнирной шины, равного 30°-40°, при этом верхняя точка шарнирного сопряжения шарнирной шины размещена проксимально по отношению к области поворота колена, а нижняя точка шарнирного сопряжения шарнирной шины расположена в зоне щели коленного сустава.There is a known device that copies the individual mechanics of the knee joint and is intended for the prosthetics of the lower limbs of the disabled (RF patent No. 2107476) containing the thigh shell fixed on the patient's thigh by means of bandages, the shin shell fixed on the lower leg also with the help of bandages and two vertical hinge opposite to each other on the sides tires. One of the hinge tires is equipped with a cam roller, which, with an elastic force generated by a spring, is pressed against a cam mounted on the shin shell. To increase the comfort generated by the spring, the elastic force is accompanied by the action of an integrated oil or gas shock absorber. The cam curve rises from a region that defines an approximately vertical position of the hinge bar to the top of the cam lying within a hinge bar pivot angle of 30 ° -40 °, with the upper hinge point of the hinge bar being located proximal to the knee pivot area and the lower the hinge point of the hinge splint is located in the area of the knee joint gap.

Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции и применение в амортизаторе газа или масла сопряжено с утечкой, что может негативно отразиться на работе всего механизма.The disadvantages of this invention are the complexity of the design and the use of gas or oil in the shock absorber is associated with leakage, which can negatively affect the operation of the entire mechanism.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному объекту является ортопедическое демпфирующее устройство (патент РФ №2674875) содержащее подвижно установленный поршень и, по меньшей мере одну имеющую стенку камеру, в которой сжимается сжимаемая среда за счет перемещения поршня в первом направлении и расширяется за счет перемещения поршня в противоположном втором направлении. Камера соединена с выпускным каналом. Выпускной канал снабжен запирающим элементом. Запирающий элемент опирается подвижно на основание. Основание соединено с поршнем или выполнено в виде поршня. Запирающий элемент соединен с перемещаемой относительно основания контактной зоной. Поршень может быть выполнен в виде поршня вращения или цилиндрического поршня с линейной возвратно-поступательной траекторией движенияOf the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed object is an orthopedic damping device (RF patent No. 2674875) containing a movably mounted piston and at least one chamber with a wall, in which the compressible medium is compressed by moving the piston in the first direction and expands by moving the piston in the opposite second direction. The chamber is connected to the outlet. The outlet channel is equipped with a locking element. The locking element is movably supported on the base. The base is connected to a piston or is made in the form of a piston. The locking element is connected to a contact area movable relative to the base. The piston can be made in the form of a piston of rotation or a cylindrical piston with a linear reciprocating trajectory of motion

Недостатками описанного изобретения являются сложная конструкция, ведущая к значительному удорожанию производства, наличие множества мелких деталей чревато возникновением риска заклинивания.The disadvantages of the described invention are a complex design, leading to a significant increase in production costs, the presence of many small parts is fraught with the risk of jamming.

Цель изобретения создание демпфирующего устройства минимизирующего действия ударных нагрузок на сустав, возникающих при движении.The purpose of the invention is to provide a damping device that minimizes the impact of shock loads on the joint arising from movement.

Поставленная цель достигается тем, что предложен демпфер (фиг. 1), который состоит из камеры [1] диаметром 17,5 мм - 18,5 мм на стенках которого по бокам расположены четыре равноудаленных друг от друга паза [2] глубина которых составляет 1,6 мм - 2,4 мм, поршня [3] вставленного в камеру с четырьмя равноудаленными друг от друга гранями [4] высотой 1,5 мм - 2,3 мм. Диаметр камеры подобран эмпирически, диаметр менее 17,5 мм ведет к пониженным эксплуатационным характеристикам, что отражается в слабом демпфировании устройства. Диаметр больше 18,5 мм обусловлен излишней энергии демпфирования и повышенной силой отталкивания что является негативным фактором в ортопедических демпферах. Пазы имеют глубину 1,6 мм - 2,4 мм, при глубине меньшей 1,6 мм чревато плохой фиксацией граней поршня, при глубине большей 2,4 мм возникает чрезмерное сопротивление (трение) перемещению граней поршня. К нижней части камеры при помощи винта [5] прикреплен постоянный неодимовый магнит [6], который выполнен в виде шайбы с толщиной 4 мм - 7 мм. К передней части поршня с помощью винта [7] прикреплен постоянный неодимовый магнит [8], который выполнен в виде шайбы с толщиной 4 мм - 7 мм. Постоянные неодимовые магниты [6] и [8], установлены однополярно по отношению друг к другу. Размеры постоянных неодимовых магнитов обусловлены диапазоном наибольшего эффекта, при толщине меньшей 4 мм сила отталкивания мала, что негативно сказывается на работе демпирующего устройства, толщина более 7 мм имеет повышенную силу отталкивания. К поршню с тыльной стороны крепится шток [9] на котором размещают пружину [10] конец которой упирается в крышку камеры [11]. Вся конструкция выполнена сборно-разборной.This goal is achieved by the fact that the proposed damper (Fig. 1), which consists of a chamber [1] with a diameter of 17.5 mm - 18.5 mm on the walls of which there are four equally spaced grooves [2], the depth of which is 1 , 6 mm - 2.4 mm, piston [3] inserted into a chamber with four edges equidistant from each other [4] 1.5 mm - 2.3 mm high. The diameter of the chamber is chosen empirically, a diameter less than 17.5 mm leads to reduced performance, which is reflected in the weak damping of the device. Diameter larger than 18.5 mm is due to excessive damping energy and increased repulsive force, which is a negative factor in orthopedic dampers. The grooves have a depth of 1.6 mm - 2.4 mm, with a depth of less than 1.6 mm, they are fraught with poor fixation of the piston edges, with a depth greater than 2.4 mm, excessive resistance (friction) occurs to the movement of the piston edges. A permanent neodymium magnet [6] is attached to the bottom of the camera with a screw [5], which is made in the form of a washer with a thickness of 4 mm - 7 mm. A permanent neodymium magnet [8] is attached to the front of the piston with a screw [7], which is made in the form of a washer with a thickness of 4 mm - 7 mm. Permanent neodymium magnets [6] and [8] are installed unipolar with respect to each other. The dimensions of permanent neodymium magnets are determined by the range of the greatest effect, with a thickness of less than 4 mm, the repulsive force is small, which negatively affects the operation of the damping device, a thickness of more than 7 mm has an increased repulsive force. A rod [9] is attached to the piston from the back side, on which a spring [10] is placed, the end of which rests against the chamber cover [11]. The whole structure is collapsible.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

В процессе использования устройства, ортез снабженный заявляемым ортопедическим левитирующим демпфером для ортезов коленного сустава фиксируют на ноге и закрепляют на уровне коленного сустава человека. При движении происходит перенос веса тела с ноги на ногу, вес тела давит на шток [9] и поршень [3]. Вес тела выше ортеза давит на демпфер который амортизируя передает силу тяжести на нижнюю часть конечности расположенную ниже ортеза, что ведет к максимальному снятию нагрузки с коленного сустава. В связи с тем, что цилиндр снабжен пазами, в которые вставлены грани поршня, поршень движется по прямолинейной возвратно-поступательной траектории. К передней части поршня винтом [7] прикреплен постоянный неодимовый магнит [8]. Сила тяжести вызывает движение поршня вниз в сторону сближения с нижней частью камеры [1], где винтом [5] прикреплен второй постоянный неодимовый магнит [6]. В виду равнополярного расположения постоянных неодимовых магнитов между ними происходит левитация (постоянное отталкивание). При отталкивании поршня в обратном направлении для предотвращения резкого и сильного отталкивания на штоке [9] расположена пружина [10] гасящая силу отталкивания поршня в обратном направлении.In the process of using the device, the orthosis equipped with the claimed orthopedic levitating damper for knee orthoses is fixed on the leg and fixed at the level of the human knee joint. When moving, body weight is transferred from foot to foot, body weight presses on the rod [9] and the piston [3]. The weight of the body above the orthosis presses on the damper, which, by damping, transfers the force of gravity to the lower part of the limb located below the orthosis, which leads to maximum relief of the load from the knee joint. Due to the fact that the cylinder is equipped with grooves into which the faces of the piston are inserted, the piston moves along a rectilinear reciprocating trajectory. A permanent neodymium magnet [8] is attached to the front of the piston with a screw [7]. The force of gravity causes the piston to move downward in the direction of approaching the bottom of the chamber [1], where the second permanent neodymium magnet [6] is attached by the screw [5]. Due to the equipolar arrangement of permanent neodymium magnets, levitation (constant repulsion) occurs between them. When the piston is pushed in the opposite direction, a spring [10] is located on the rod [9] to prevent a sharp and strong repulsion, which dampens the pushing force of the piston in the opposite direction.

Работа демпирующего устройства циклична, состоит из сжатия и отталкивания за счет этого и происходит смягчение ударных нагрузок, чем ближе магниты друг к другу тем выше сила отталкивания препятствующая смыканию магнитов. Левитация постоянно действующая между равнополярно установленными постоянными неодимовыми магнитами оказывает пружинящее действие гасящее колебания и тем самым предотвращает удар поршня о дно камеры.The operation of the damping device is cyclical, it consists of compression and repulsion due to this, and shock loads are softened, the closer the magnets are to each other, the higher the repulsive force that prevents the magnets from closing. Permanent levitation between equipolarly mounted permanent neodymium magnets has a springy effect damping vibrations and thus prevents the piston from hitting the bottom of the chamber.

При возникновении необходимости в случае травмы или болевых ощущений ортез снабженный орторедическим левитирующим демпфером для ортезов коленного сустава можно быстро деактивировать, переделать в жесткую шину иммобилизирующее колено в прямом состоянии и не дающее ему сгибаться и тем самым минимизируя болевые ощущения. Процесс переделки включает в себя откручивание винта прикрепляющего один из постоянных неодимовых магнитов переворачивание магнита и обратное прикручивание винтом, что ведет к смене полярности магнитов и соответственно магниты притягиваются и не дают возможность поршню двигаться в камере, тем самым создается жесткая конструкция (ортопедическая шина).If necessary, in the event of injury or pain, the orthosis equipped with an orthoredic levitating damper for knee orthoses can be quickly deactivated, the immobilizing knee in a straight state and preventing it from bending and thereby minimizing pain sensations can be converted into a rigid splint. The alteration process includes unscrewing the screw that attaches one of the permanent neodymium magnets, turning the magnet over and screwing it back, which leads to a change in the polarity of the magnets and, accordingly, the magnets are attracted and do not allow the piston to move in the chamber, thereby creating a rigid structure (orthopedic splint).

На фиг. 2 изображен ортопедический левитирующий демпфер для ортезов коленного сустава с деактивированной левитацией, в котором магниты расположены разно полярно по отношению друг к другу и за счет этого переделанный в жесткое неподвижное устройство (ортопедическую шину). Демпфер состоит из камеры [1] с четырьмя пазами [2] расположенными на внутренней поверхности камеры, поршня [3] с четырьмя гранями расположенными в пазах камеры [4], винта [5] крепящего магнит [6] ко дну камеры и винта [7] прикрепляющего магнит [8] к передней части поршня, штока [9], пружины [10], крышки камеры [11].FIG. 2 shows an orthopedic levitating damper for knee orthoses with deactivated levitation, in which the magnets are positioned in opposite polarities with respect to each other and thus converted into a rigid stationary device (orthopedic splint). The damper consists of a chamber [1] with four slots [2] located on the inner surface of the chamber, a piston [3] with four faces located in the slots of the chamber [4], a screw [5] securing the magnet [6] to the bottom of the chamber and a screw [7 ] attaching the magnet [8] to the front of the piston, rod [9], spring [10], chamber cover [11].

Заявленное устройство имеет простую конструкцию, исключающую вероятность его заклинивания, оно удобно в применении и экономически выгодно в производстве.The claimed device has a simple design, eliminating the possibility of jamming, it is convenient to use and cost-effective in production.

Использование заявленного ортопедического левитирующего демпфера для ортезов коленного сустава позволит расширить эксплуатационные возможности устройства, повысить уровень защиты коленного сустава от ударных нагрузок, возникающих при ходьбе.The use of the claimed orthopedic levitating damper for knee orthoses will expand the operational capabilities of the device, increase the level of protection of the knee joint from shock loads arising from walking.

Claims

An orthopedic damper for knee orthoses containing a chamber and a movably mounted piston, characterized in that the chamber is equipped with a cover, a spring and a piston inserted into the chamber, while a permanent neodymium magnet is attached to the front of the piston with a screw, which is made in the form of a washer with a thickness 4-7 mm, a rod is attached to the piston on the back side, on which a spring is installed, the end of which rests against the chamber cover, the chamber is made with a diameter of 17.5-18.5 mm, a permanent neodymium magnet is attached to the bottom of the chamber with a screw, which is made in the form of a washer 4-7 mm thick, and the neodymium magnets are located unipolar with respect to each other.