Колінні механізми

АвторTarina van der Stockt
Провідні авториTarina van der Stockt, Kim Jackson, Tony Lowe та Simisola Ajeyalemi

Вступ(edit|edit source)

Колінні механізми можна розділити на механізми з механічним та електронним керуванням. У свою чергу, механічні колінні вузли поділяються на одновісні та багатовісні/поліцентричні. Всі колінні вузли передбачають наявність певного механізму стабілізації, який може бути механічним або використовувати систему фіксації, керовану власною вагою. Вони також повинні забезпечувати контроль згинання та розгинання, що може здійснюватися за рахунок тертя або гідравлічного/пневматичного керування. Далі ми розглянемо різноманітні технології виготовлення колінних вузлів для протезів. Виробники використовують комбінацію цих технологій для виготовлення різних типів колінних вузлів. На ринку існує безліч різновидів колінних вузлів. У цій статті ми розглянемо лише концептуальні особливості, а не продукцію конкретних брендів. При первинному обстеженні пацієнта або при заміні протеза важливо отримати консультацію протезиста, а також скористатися пошуком в Інтернеті, щоб дізнатися більше про колінний вузол/протез і ознайомитися з доступними відеоматеріалами. Кожен колінний механізм має свої особливості, які впливатимуть на ходу людини, а також на реабілітацію щодо прийняття положень сидячи або стоячи, використання пандусів, сходів, пересування по нерівній місцевості та ходьби з різною швидкістю.

Колінні механізми з механічним керуванням( edit | edit source )

Одновісні колінні механізми(1)(2)

  • Механізм: це простий колінний вузол шарнірного типу.

Під час згинання/розгинання такі з’єднання виконують звичайне обертання довкола осі коліна. Вони мають просту конструкцію, і їхня проста схема побудови повністю відповідає правилам механіки. Розрізняють екзоскелетні та ендоскелетні конструкції. В обох варіантах можливе мануальне або автоматичне блокування згинання для того, щоб їх могли використовувати пацієнти зі слабкою м’язовою силою. Колінні механізми без блокування можуть бути використані для стандартного протезування пацієнтів з ампутованими кінцівками з відповідним м’язовим контролем та/або в умовах обмежених економічних ресурсів.

  • Переваги: дуже простий, міцний, дуже легкий та економічний.
  • Недоліки: через просту конструкцію пацієнту доводиться використовувати власну м’язову силу кінцівки для підтримки стабільності коліна при опорі на п’ятку й у положенні стоячи.
  • Додаткові компоненти: для забезпечення більшої стійкості у положенні стоячи можна додати ручне блокування. Також можна додати функцію контролю постійного тертя, яка запобігатиме швидкому перенесенню кінцівки.
Uniaxial knee 2.png
Uniaxial knee.png

(3)

Поліцентричні колінні вузли(1)(2)

  • Механізм: цей колінний вузол має кілька осей обертання. Поліцентричні колінні механізми можуть бути чотириланковими (4 осі обертання) або семиланковими (7 осей обертання). Найчастіше використовуються колінні механізми з чотирма осями (або чотирма ланками). Якщо не надавати значення кількості осей, то колінні вузли багатовісної конструкції мають одну спільну рису – миттєвий центр обертання (Instant Centre of Rotation, ICR). Він розташований значно вище і зміщений назад у порівнянні з механічними осями в положенні розгинання коліна. Для визначення ICR поліцентричного колінного механізму необхідно продовжити практично центральні лінії латеральних ланок у напрямку проксимальних – перетин цих ліній буде вказувати на ICR. Це забезпечує високий рівень стабільності коліна при мимовільному згинанні в момент переднього поштовху. Стандартні поліцентричні колінні вузли мають одну допустиму швидкість ходьби, але якщо виробник додає пневматичні або гідравлічні функції, пацієнт може змінювати швидкість.
  • Переваги: він дуже універсальний щодо стабільності і може бути відрегульований так, щоб забезпечити максимальну стабільність, коли пацієнт переходить у фазу опори, але в той же час дозволяє легко переходити в фазу переносу і приймати положення сидячи з зігнутим коліном. Завдяки наявності декількох осей та миттвого центру обертання (ICR), довжина протеза скорочується на початку відриву пальців стопи від поверхні та дозволяє забезпечити кліренс стопи. Він підходить для пацієнтів, які потенційно можуть бути незалежними при використанні протеза в побуті та громаді, а також для більш активних користувачів.(4)
  • Недоліки: він важчий за одновісний колінний механізм. Більше деталей, які потребують сервісного обслуговування. Більшість поліцентричних механізмів не чинять опір під час згинання під навантаженням і відповідно під час ходьби на рампі або сходах вони не згинаються. Користувач колінного механізму, що не керується мікропроцесором, повинен активно генерувати момент розгинання коліна у фазу опори, щоб запобігти згинанню коліна та падінню.
Poly-axial knee.png

Фіксація колінного вузла вручну(1)(2)

  • Переваги: це дозволить автоматично фіксувати колінний вузол при перенесенні ваги, проте за бажанням пацієнт може вибрати фіксацію коліна вручну. Це особливо актуально для користувачів, яким потрібна додаткова безпека, щоб коліно не згиналося в положенні стоячи, під час контакту п’ятки з поверхнею або під час ходьби нерівною місцевістю. Цей тип колінного механізму зазвичай призначається пацієнтам з рівнем мобільності K1 або фізично слабким особам, які не можуть самостійно керувати колінним механізмом.
  • Недоліки: для забезпечення кліренсу стопи при блокуванні коліна під час ходьби пацієнту потрібно зробити рух циркумдукції або підняти стегно.

Контроль фази опори за допомогою ваги
(1)(2)

Ці колінні механізни також називають “безпечними”.

  • Механізм: у колінному вузлі передбачена система постійного тертя, що означає гальмівне зусилля при навантаженні протеза для запобігання згинанню коліна. Решту часу коліно буде вільно здійснювати рухи, доки воно не перебуватиме під навантаженням.
  • Переваги: дуже стабільний колінний механізм. Призначається при первинному протезуванні користувачам, що потребують стабільності, особливо пацієнтам похилого віку або менш активним пацієнтам, але все ще здатним здійснювати певний контроль колінного вузла. Або користувачеві, який швидко втомлюється після декількох кроків. Ця функція є особливо важливою для пацієнтів, які забувають про те, що не слід навантажувати частково зігнуте коліно. У цьому випадку тертя в колінному механізмі сповільнюватиме рух і не дасть коліну зігнутися.
  • Недоліки: у положенні сидячи пацієнту необхідно зменшити навантаження на кінцівку, щоб вона могла зігнутися. Це означає, що пацієнт не зможе використовувати протез у положенні сидячи. Крім того, пацієнту доведеться зняти навантаження з кінцівки, перш ніж коліно почне згинатися. Це означає, що стандартного згинання коліна при відриві пальців від поверхні не станеться. Через тертя в колінному механізмі пацієнт ходитиме повільніше і робитиме менші кроки.

Пневматичні або гідравлічні колінні вузли(1)(2)

  • Механізм: у цьому випадку до одновісного або багатовісного колінного механізму додається пневматичний або гідравлічний компонент (поршень у циліндрі, що містить повітря або рідину). Ці компоненти контролюють коливальні рухи протезного коліна і дозволяють користувачеві змінювати швидкість. При збільшенні швидкості клапан у циліндрі закривається та поступово обмежує потік повітря/рідини для скорочення флексії коліна. Коли згинання коліна зменшується, користувач може йти у швидшому темпі. При ходьбі в повільному темпі станеться зворотне: рідина або повітря стануть легшими, що дозволить більше згинати протезне коліно і сповільнити темп ходьби. Пневматичний механізм управління стискає повітря при згинанні коліна, а потім накопичує енергію та вивільняє її при розгинанні коліна. Для покращення контролю під час ходьби можна додати пружинні елементи. Пневматика або гідравліка також використовуються в колінних механізмах з електронним керуванням. Гідравліка найкраще підходить для дуже активних користувачів.
  • Переваги: користувач зможе впевненіше ходити з різною швидкістю і мати природнішу ходу. Дешевші та легші порівняно з колінними механізмами з електронним керуванням. Коли користувач сідає, то вагу можна перенести на протез, а колінний механізм полегшуватиме прийняття положення сидячи. Опір протезного коліна дозволить користувачеві спускатися зі сходинки на сходинку при ходьбі сходами, причому вага утримуватиметься на кінцівці до та під час руху.
  • Недоліки: гідравлічний колінний механізм важчий, вимагає частого технічного обслуговування і має більшу початкову вартість порівняно з пневматикою. Вартість загалом вища, ніж у раніше згаданих колінних механізмів.

Колінні механізми з електронним керуванням( edit | edit source )

  • Механізм: такі колінні механізми оснащені мікропроцесором, який отримує зворотний зв’язок від датчиків, розташованих усередині колінного вузла та/або стопи протеза. Дані з датчиків використовуються для регулювання діапазону та швидкості згинання та розгинання коліна відповідно до того, що потрібно конкретному користувачеві в даний момент часу. Цей принцип можна описати як “покращену гідравлічну систему”, в якій комп’ютер керує відкриттям і закриттям клапанів для забезпечення потоку гідравлічної рідини всередині пристрою. Типове мікропроцесорне коліно має гідравлічний привід, а коліно із джерелом живлення – електропривід. У протезному коліні з електроприводом розгинання коліна здійснюється при вставанні з положення сидячи, а в положенні сидячи забезпечується контрольований опір. Це забезпечує активне згинання та розгинання під час ходьби. Симетричний розподіл ваги та природна хода.(1)(2)(13)
  • Переваги: мікропроцесорне коліно знижує навантаження та зусилля, які необхідні користувачеві для ходьби. Наявність більш природної ходи. Протезне коліно здатне швидко адаптуватися до різної швидкості ходьби, мінливого навколишнього середовища або конкретних ситуацій. Деякі колінні механізми також мають функцію запобігання спотиканню, щоб не допустити падіння користувача. Для налаштування параметрів можна використовувати мобільний пристрій або комп’ютер. Може мати різні режими ходьби/активності. Після освоєння колінного механізму знадобиться менше когнітивних зусиль. Дозволяє спускатися сходами крок за кроком. Пацієнт зможе користуватися протезом у положенні сидячи чи стоячи. Деякі колінні механізми передбачають захист від спотикання. Якщо колінний вузол здатний автоматично адаптуватися залежно від ваги, з якою діє користувач (наприклад, додавання похідного рюкзака або носіння дитини), це дозволить знизити навантаження і зменшити адаптивну тривалу стійку на здоровій кінцівці.(14)
  • Недоліки: дуже висока вартість. Необхідно заряджати акумулятор. Вага більша, ніж у інших колінних механізмів. Можуть виникнути труднощі з косметичною оболонкою. Специфічний вибір протезної стопи. Може бути пошкоджений під впливом умов довкілля (вода, спека, холод тощо), стійка на колінах і т.д. Спочатку необхідно пройти курс навчання та освоїти навички ходьби. Регулярне сервісне обслуговування.(1)(2)(13)

На цьому веб-сайті можна ознайомитися з різними типами існуючих колінних механізмів, а також зі списком виробників та назвами мехінізмів у кожній категорії.

Посилання(edit|edit source)

  1. 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Bill Dupes. Prosthetic Knee Systems. Amputee Coalition. Last updated July 2014. https://www.amputee-coalition.org/resources/prosthetic-knee-systems/
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 The War Amps. Prosthetic Knees for Adults. https://www.waramps.ca/pdf/english-site/ways-we-help/artificial-limbs-and-devices/lower-limb/knees-for-adults.pdf
  3. reference Available from: drevorg. D-Rev ReMotion Knee Walk Comparison. https://youtu.be/GTyw-EsB3tg
  4. Hisano G, Hashizume S, Kobayashi Y, Murai A, Kobayashi T, Nakashima M, Hobara H. Factors associated with a risk of prosthetic knee buckling during walking in unilateral transfemoral amputees. Gait & Posture. 2020 Jan 18.
  5. LegWorks All-Terrain Knee: Walking Across Various Terrain. Available from: https://youtu.be/agdNdZk5-GI
  6. STnGCorporation. 1324 Knee The New Saftety Knee. Available from: https://youtu.be/uh6sJ6yHY3k
  7. United States-India S&T Endowment Fund. Affordable and User-Centric Knee Joints to Remobilize Above-Knee Amputees. Available from: https://youtu.be/N4MaMshVR40
  8. Ottobock. Prosedo – Locking knee with sitting assist Walking Across Various Terrain. Available from: https://youtu.be/6_eBvVD-gk4
  9. Luiz Augusto martins Peixoto. Protese Otto Bock 3R15 / 3R49. Available from: https://youtu.be/ggFyf-AcWpQ
  10. Deise Nishimura. 3R92 Otto Bock knee. Available from: https://youtu.be/jUgbldSlSe8
  11. Ottobock UK. Ottobock’s 3R80 Waterproof prosthetic knee. Available from: https://youtu.be/Qopmm10bHx8
  12. DelBiancoPO. Patient Education: Mauch Knee. Available from: https://youtu.be/cuxE_4IGyLQ
  13. 13.0 13.1 NZALS Peke Waihanga, Aotearoa. Knee Joints. https://www.nzals.co.nz/products/categories/knee-joints
  14. Brandt A, Wen Y, Liu M, Stallings J, Huang HH. Interactions between transfemoral amputees and a powered knee prosthesis during load carriage. Scientific reports. 2017 Nov 3;7(1):1-2.
  15. A Step Ahead Prosthetics. Genium Knee: The Technology and Features. Available from: https://youtu.be/i585MQbj2Jk
  16. Ottobock North America. C-Leg 3: How it works. Available from: https://youtu.be/0udMUb9ffxM
  17. The London Prosthetic Centre. Rheo XC – Microprocessor Knees. Available from: https://youtu.be/_cLsnP_7bEE


Професійний розвиток вашою мовою

Приєднуйтесь до нашої міжнародної спільноти та беріть участь в онлайн курсах для фахівців з реабілітації.

Переглянути доступні курси