PL238438B1 - Mechanizm dla protezy kolana - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm dla protezy kolana.

Z opisu zgłoszeniowego PL 401609 B1 znana jest aktywna proteza podudzia, stosowana u ludzi po amputacji kończyn dolnych. Proteza charakteryzuje się tym, że staw kolanowy posiada hamulec hydrauliczny wyzwalany pompą hydrauliczną i połączony z czujnikiem ciśnienia. Czujnik ciśnienia podłączony jest do układu sterującego pracą protezy, który połączony jest z czujnikiem położenia kątowego oraz z silnikiem elektrycznym napędu kolana. Ponadto proteza ma element mocujący połączony co najmniej jednym elementem kumulującym energię z łącznikiem kolana i stopy, a na łączniku kolana i stopy osadzona jest przesuwnie obejma połączona z elementem suwliwym amortyzacji pracy stopy.

Z opisu zgłoszeniowego PL 219837 B1 znana jest aktywna proteza podudzia, przeznaczona dla ludzi po amputacji kończyn dolnych, ułatwiająca funkcjonowanie osób niepełnosprawnych w społeczeństwie. Proteza charakteryzuje się tym, że ma dwie napędzane osie, z których oś stawu kolanowego, napędzana jest silnikiem elektrycznym napędu kolana, a oś stawu skokowego napędzana jest silnikiem elektrycznym napędu stopy, przy czym obroty silników redukowane są przekładniami. Staw kolanowy, który posiada sprzęgło z mechanizmem załączającym, przenoszące moment obrotowy przekazywany z silnika elektrycznego napędu kolana na dolną część protezy, połączony jest ze stawem skokowym łącznikiem .

Z opisu patentowego 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 patentowego PL 219 055 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 mechanizmu dla protezy kolana jest to, że posiada element krzywkowy górny osadzony na stałe w udzie współpracujący z elementem krzywkowym dolnym osadzonym na stałe w podudziu, cięgna umieszczone są w prowadnicach i osadzone jednymi końcami w elemencie krzywkowym górnym, a drugimi końcami w elemencie krzywkowym dolnym, sprężynę zdwojoną zamocowaną przegubem udowym zdwojonym do elementu krzywkowego górnego, a przegubem piszczelowym zdwojonym do elementu krzywkowego dolnego, napęd liniowy osadzony przegubem górnym w udzie, a przegubem dolnym osadzony w podudziu.

Korzystnie wymienne części, którymi są element krzywkowy górny i element krzywkowy dolny, dołączone są do uda i podudzia, z profilami krzywkowymi.

Korzystnie połączenie uda i podudzia otrzymuje się za pomocą elementów krzywkowych, których kształty mogą zostać uformowane na podstawie trajektorii chwilowego środka obrotu stawu kolanowego jako stałej i ruchomej centroidy.

Korzystnie cięgna umieszczone w prowadnicach zapewniają tylko toczenie bez poślizgu elementów krzywkowych.

Korzystnie sprężyna zdwojona zapewnia nieprzerwany kontakt między elementem krzywkowym górnym i elementem krzywkowym dolnym.

Wynalazek został bliżej przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 - przedstawia widok z boku z elementami mechanizmu i jego napędem liniowym na tle obrysu kolana ludzkiego, fig. 2 - przekrój mechanizmu z widocznymi cięgnami i prowadnicami

P r z y k ł a d 1

Mechanizm dla protezy kolana odwzorowuje złożony ruch stawu kolanowego jako względny ruch między kością udową i kością piszczelową. W ludzkim stawie kolanowym oprócz toczenia występuje również poślizg. Z tego powodu chwilowa oś obrotu stawu zmienia swoje położenie wraz ze stopniem zgięcia w kolanie, a trajektoria ruchu kości udowej względem kości piszczelowej jest złożona. Mechanizm oparty o krzywki może być repliką ludzkiego kolana.

PL 238 438 B1

Mechanizm odtwarzający złożoną trajektorię kolana odwzorowuje względny ruch między udem 2 i podudziem 4. Ruch całego mechanizmu i zgięcie kolana 10 zapewnia napęd liniowy 11, który osadzono przegubem górnym 12 w udzie 2, a przegubem dolnym 13 osadzono w podudziu 4. Głównymi częściami protezy są element krzywkowy górny 1 osadzony na stałe w udzie 2 oraz współpracujący element krzywkowy dolny 3 osadzony na stałe w podudziu 4. Cięgna 5 umieszczone w prowadnicach 6 osadzone jednymi końcami w elemencie krzywkowym górnym 1, a drugimi końcami w elemencie krzywkowym dolnym 3 zapewniają czyste toczenie bez poślizgu elementów krzywkowych 1 i 3. Prowadnice są wykonane w kształcie rowków w elemencie krzywkowym górnym 1 oraz w elemencie krzywkowym dolnym 3. Zdwojona sprężyna 7 zamocowana po bokach mechanizmu kolana przegubem udowym zdwojonym 8 do elementu krzywkowego górnego 1, a przegubem piszczelowym zdwojonym 9 do elementu krzywkowego dolnego 3 zapewnia nieprzerwany kontakt między elementem krzywkowym górnym 1 i elementem krzywkowym dolnym 3. W celu określenia prawidłowego kształtu krzywek 1 i 3, mogą być wykorzystane wcześniej zarejestrowane dane o ruchu pacjenta lub kształty współpracujących powierzchni stawowych kości udowej i piszczelowej. Ponadto, ruch drugiego zdrowego stawu kolanowego może być traktowany jako odniesienie dla wymiarowania wszystkich elementów mechanizmu. Możliwe zastosowania mechanizmu obejmują nie tylko protezę kolana, ale również między innymi ortezę, endoprotezę, egzoszkielet lub symulator ruchu ludzkiego kolana.

Kształty powierzchni krzywek górnej i dolnej odwzorowują odpowiednio kształty centroid ruchomej i stałej chwilowego środka obrotu stawu kolanowego dla ludzkich ruchów. Ponadto istnieje możliwość wymiany krzywkowych elementów mechanizmu na elementy z innymi kształtami powierzchni współpracujących zapewniając żądaną trajektorię ruchu dla indywidualnych potrzeb. Sam mechanizm może odwzorować bardzo dokładnie złożony ruch ludzkiego stawu kolanowego. Natomiast cięgna zapewniają tylko toczenie względem siebie elementów krzywkowych bez poślizgu. Dodatkowo cięgna, które są umieszczone w prowadnicach są tylko rozciągane i nie wpływają na kontakt między elementami krzywkowymi. Sama sprężyna zdwojona zapewnia stały kontakt elementów krzywkowych

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mechanizm dla protezy kolana znamienny tym, że posiada element krzywkowy górny (1) osadzony na stałe w udzie (2) współpracujący z elementem krzywkowym dolnym (3) osadzonym na stałe w podudziu (4), cięgna (5) umieszczone w prowadnicach (6) osadzone jednymi końcami w elemencie krzywkowym górnym (1), a drugimi końcami w elemencie krzywkowym dolnym (3) oraz sprężynę zdwojoną (7) zamocowaną przegubem udowym zdwojonym (8) do elementu krzywkowego górnego (1), a przegubem piszczelowym zdwojonym (9) do elementu krzywkowego dolnego (3), przy czym napęd liniowy (11) osadzony jest przegubem górnym (12) w udzie (2), a przegubem dolnym (13) osadzony w podudziu (4).
2. 2. Mechanizm według zastrz. 1 znamienny tym, że wymienne części, którymi są element krzywkowy górny (1) i element krzywkowy dolny (3), dołączone są do uda (2) i podudzia (4), z profilami krzywkowymi które mogą być dostosowane do indywidualnych potrzeb.
3. 3. Mechanizm według zastrz. 1 znamienny tym, że - połączenie uda (2) i podudzia (4) otrzymuje się za pomocą elementów krzywkowych (1) i (3), których kształty mogą zostać uformowane na podstawie trajektorii chwilowego środka obrotu stawu kolanowego jako stałej i ruchomej centroidy.
4. 4. Mechanizm według zastrz. 1 znamienny tym, że - cięgna (5), umieszczone w prowadnicach (6), zapewniają tylko toczenie bez poślizgu elementów krzywkowych (1) i (3).
5. 5. Mechanizm według zastrz. 1 znamienny tym, że sprężyna zdwojona (7) zapewnia nieprzerwany kontakt między elementem krzywkowym górnym (1) i elementem krzywkowym dolnym (3).