PL229343B1 - Mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie zapewnia mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana, charakteryzuje się tym, że jest wyposażony w trzy napędy, gdzie pierwszy napęd stanowi napęd liniowy (5), który jest połączony z jednej strony przegubem górnym tylnym (7) z kością udową (1), a z drugiej strony przegubem dolnym tylnym (6) z kością piszczelową (2), drugi napęd obrotowy centralny (9), który łączy kość piszczelową (2) z elementem dolnym przednim (3), natomiast trzeci napęd obrotowy przedni (10) osadzono w przegubie obrotowym łączącym element dolny (3), a z drugiej strony element górny (4), który to obrotowo osadzono za pomocą przegubu górnego przedniego (8) w kości udowej (1).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana.

Z opisu zgłoszeniowego PL 212152 B1 znany jest przegub stawu kolanowego będący endoprotezą mocowaną do kości udowej i goleniowej walcowymi, wielowpustowymi końcówkami, połączonymi z głowicami główki i panewki, zespolonymi przegubem z trzpieniem napiętym sprężyną. Przegub stawu kolanowego posiada mechaniczne połączenie części udowej z podkolanową, przenoszone poprzez trzpień i przegub bez udziału ścięgien i mięśni, których rola ogranicza się do zginania przegubu. W przypadku gwałtownego niekontrolowanego zgięcia kolana o kąt większy niż dziewięćdziesiąt stopni sprężyna, napinająca trzpień, poddaje się, a następnie dokonuje powrotu do pozycji normalnego ugięcia.

Z opisu zgłoszeniowego PL 219055 B1 znany jest mechanizm przegubowy działający następująco. W wyniku wysuwania się tłoczyska z siłownika następuje obrót w prawo członu, przy czym jednocześnie pierwsze kółko i drugie kółko toczą się w prawo, tak że środek obrotu drugiego członu zmienia swoje położenie. W tym czasie pierwszy łącznik i drugi łącznik obracają się synchronicznie, zaś pierwszy wahacz obraca się w kierunku przeciwnym niż drugi wahacz. Łączniki jak i wahacze zapewniają stabilną pracę mechanizmu oraz jego zwartą konstrukcję.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana, który jest wyposażony w trzy napędy, gdzie pierwszy napęd stanowi napęd liniowy, który jest połączony z jednej strony przegubem górnym tylnym z kością udową, a z drugiej strony przegubem dolnym tylnym z kością piszczelową, drugi napęd obrotowy centralny, który łączy kość piszczelową z elementem dolnym przednim, natomiast trzeci napęd obrotowy przedni osadzono w przegubie obrotowym łączącym element dolny, a z drugiej strony element górny, który to obrotowo osadzono za pomocą przegubu górnego przedniego w kości udowej.

Korzystnie napęd obrotowy centralny jest umiejscowiony bezpośrednio przy kości piszczelowej lub w przegubie przy kości udowej.

Korzystnie napęd obrotowy centralny i napęd obrotowy przedni posiadają blokadę magnetyczną do utrzymania elementu dolnego przedniego i elementu górnego przedniego w stałym położeniu względem kości piszczelowej w trakcie kiedy jest to niezbędne.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że istnieje możliwość dostosowywania w czasie rzeczywistym elementów mechanizmu, odległości przyczepów dwu waha cza oraz długości napędu liniowego, zapewniając właściwe położenie chwilowego środka obrotu. Ponadto uzyskiwana jest bardzo dokładna regulacja trajektorii chwilowego środka obrotu dla indywidualnych potrzeb oraz istnieje możliwość płynnej dynamicznej adaptacji do wymaganej trajektorii.

Zaletą jest również to, że występuje usprawnienie procesu rehabilitacji poprzez zwiększenie komfortu pacjentów oraz zmniejszenie poziomu bólu, ponieważ właściwa trajektoria ruchu chwilowego środka obrotu kolana może być osiągnięta w bardzo małych krokach.

Zaletą urządzenia jest jego przydatność szczególnie w przypadku różnego rodzaju urazów miękkich jak skręcenia lub uszkodzenia ścięgien i więzadeł. Zaprojektowany innowacyjny mechanizm jest przewidziany do zastosowania w różnych urządzeniach do wspierania ludzkiego kolana (ortezy) i urządzeniach rehabilitacyjnych oraz jako element zastępczy stawu kolanowego (implanty i protezy), aby dostosowywać się w czasie rzeczywistym do wymaganego ruchu kolana.

Zaletą urządzenia jest prosta struktura i mało skomplikowana budowa.

Zaletą urządzenia jest monitorowanie bardzo dokładnej kontroli ruchów.

Zaletą urządzenia jest szeroki zakres możliwych do uzyskania trajektorii chwilowego środka obrotu.

Zaletą mechanizmu jest to, że w czasie gdy stopa jest ustalona względem podłoża i w kolanie występuje największe obciążenie pionowe to układ mechatroniczny blokuje napędy utrzymując je sztywne do chwili wykrycia zmniejszania się obciążenia.

Zaletą mechatronicznego układu jest również to, że daje on możliwość modyfikacji odległości między parami obrotowymi 6 i 7 oraz 8 i 9 uzyskiwanej za pomocą napędów liniowego i obrotowego. Ponadto zastosowanie mechatronicznie sterowanych napędów liniowego 5 i obrotowego 10 zapewnia podczas ruchu możliwość odczytu realizowanej trajektorii w czasie rzeczywistym.

PL 229 343 Β1

Przedmiot wynalazku został bliżej przedstawiony w przykładach jego wykonania oraz na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia widok z boku kolana prawego z elementami układu i jego napędami, fig. 2 przedstawia widok układu z boku na tle elementów kolana prawego.

Przykład 1

Mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana znamienny tym, że jest wyposażony w trzy napędy, gdzie pierwszy napęd stanowi napęd liniowy 5, który jest połączony z jednej strony przegubem górnym tylnym 7 z kością udową 1, a z drugiej strony przegubem dolnym tylnym 6 z kością piszczelową 2, drugi napęd obrotowy centralny 9, który łączy kość piszczelową 2 z elementem dolnym przednim 3, natomiast trzeci napęd obrotowy przedni 10 osadzono w przegubie obrotowym łączącym element dolny 3, a z drugiej strony element górny 4, który to obrotowo osadzono za pomocą przegubu górnego przedniego 8 w kości udowej 1.

Przykład 2

Mechatroniczny układ, przy czym napęd obrotowy centralny 9 jest umiejscowiony bezpośrednio przy kości piszczelowej 2 lub w przegubie 8 przy kości udowej 1.

Mechatroniczny układ do nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana odwzorowuje złożony ruch stawu kolanowego czyli względny ruch między kością udową 1 i kością piszczelową 2. Napęd obrotowy centralny 9 zapewnia pośrednio ruch całego mechanizmu i zgięcie kolana. Bezpośrednio napęd obrotowy centralny 9 zapewnia ruch obrotowy względny elementu dolnego przedniego 3 i kości piszczelowej 2 łącząc ze sobą w sposób obrotowy te dwa elementy. Element dolny przedni 3 zamocowany jest obrotowo napędem obrotowym przednim 10 do elementu górnego przedniego 4, a ten zamocowany jest przegubem górnym przednim 8 do kości udowej 1 na zarysie kolana 11. W celu poruszenia kości udowej 1 lub kości piszczelowej 2 należy wykonać ruch napędu obrotowego centralnego 9. Odwzorowanie złożonego ruchu stawu kolanowego zwłaszcza trajektorii chwilowego środka obrotu jest możliwe dzięki zastosowaniu napędu obrotowego przedniego 10 i napędu liniowego 5. Napęd obrotowy przedni 10 zapewnia ruch obrotowy względny elementu dolnego przedniego 3 i elementu górnego przedniego 4, łącząc je w sposób obrotowy. Sterowanie w czasie rzeczywistym kątem obrotu napędu obrotowego przedniego 10 i długością napędu liniowego 5 powoduje zmianę położenia chwilowego środka obrotu według żądanej trajektorii. Kąt napędu obrotowego przedniego 10 i długość napędu liniowego 5 można zmieniać niezależnie od siebie nawzajem dzięki obrotowemu zamocowaniu napędzanych elementów do kości udowej 1 i kości piszczelowej 2. Element górny przedni 4 jest zamocowany do kości udowej 1 przegubem górnym przednim 8, a element dolny przedni 3 do kości piszczelowej 2 napędem obrotowym centralnym 9. Napęd liniowy 5 jest zamocowany do kości udowej 1 przegubem górnym tylnym 7, a do kości piszczelowej 2 przegubem dolnym tylnym 6. Odpowiednie dostosowanie trajektorii jest zapewnione poprzez wprowadzenie elementu o zmiennej długości napędu liniowego 5 i elementów 3, 4, (dwuwahacz) oraz pełnej kontroli odległości między przegubami obrotowymi 6, 7, 8 i 9, będącymi punktami ich zamocowania do kości udowej 1 i piszczelowej 2, poprzez zastosowanie mechatronicznych napędów liniowych i obrotowych: napęd liniowy 5 oraz napęd obrotowy przedni 10. W celu określenia prawidłowej trajektorii, mogą być wykorzystane wcześniej zarejestrowane dane o ruchu pacjenta. Ponadto, ruch drugiego stawu kolanowego może być traktowany jako odniesienie i może być mierzony przez ten sam mechanizm. W wielu przypadkach właściwa trajektoria może być również wcześniej zaprogramowana lub określona przez fizjoterapeutę podczas sesji treningowej. Ten ruch może być zmierzony, zapisany i odtworzony przez mechanizm.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Mechatroniczny układ nadążnej modyfikacji trajektorii, zwłaszcza ortezy kolana, znamienny tym, że jest wyposażony w trzy napędy, gdzie pierwszy napęd stanowi napęd liniowy (5), który jest połączony z jednej strony przegubem górnym tylnym (7) z kością udową (1), a z drugiej strony przegubem dolnym tylnym (6) z kością piszczelową (2), drugi napęd obrotowy centralny (9), który łączy kość piszczelową (2) z elementem dolnym przednim (3), natomiast trzeci napęd obrotowy przedni (10) osadzono w przegubie obrotowym łączącym element dolny (3), a z drugiej strony element górny (4), który to obrotowo osadzono za pomocą przegubu górnego przedniego (8) w kości udowej (1).

PL 229 343 Β1

2. Mechatroniczny układ według zastrz. 1, znamienny tym, że napęd obrotowy centralny (9) jest umiejscowiony bezpośrednio przy kości piszczelowej (2) lub w przegubie (8) przy kości udowej (1).

3. Mechatroniczny układ według zastrz. 1, znamienny tym, że napędy (9) i (10) posiadają blokadę magnetyczną do utrzymania elementu dolnego przedniego (3) i elementu górnego przedniego (4) w stałym położeniu względem kości piszczelowej (2).