К выбору амортизационных элементов искусственной стопы

Введение. Ходьба на протезе нижней конечности сопровождается ударной нагрузкой на искусственную стопу, что провоцирует дискомфорт при пользовании изделием и болевые ощущения в культе, увеличивает риск травматизации кожных покровов и формирования артрозов суставов нижней конечности. Снизить эти негативные последствия позволяет применение протезных модулей, обладающих амортизационными свойствами. Обычно роль амортизатора в протезе играет искусственная стопа.

Цель – обоснование выбора материала амортизационного модуля искусственной стопы.

Материалы и методы. Проведены стендовые испытания пластинчатых пружин из стали, карбона и титанового сплава разных толщин методом регистрации изменения их геометрических характеристик под дозированной нагрузкой, а также натурные испытания экспериментальных искусственных стоп с такими пружинами, применёнными в качестве амортизатора нагрузок. Функциональность стоп определяли по субъективной оценке комфортности протеза пациентом и результатам анализа динамики давления под стопами.

Результаты. Результаты стендовых испытаний показали, что пластинчатые пружины из стали толщиной 2 мм, титанового сплава толщиной 3 мм и углепластика (карбона) толщиной 5,7 мм непригодны для использования в качестве амортизатора в стопе протеза по показателям прогиба в продольном и поперечном направлениях под нагрузкой в отличие от пружин из стали толщиной 3 мм и титанового сплава толщиной 4 мм. Натурные испытания экспериментальных стоп с амортизационными модулями из стали толщиной 3 мм и титанового сплава толщиной 4 мм показали их пригодность для использования в составе протеза, что подтверждалось положительной оценкой их комфортности пациентами, а также повышением коэффициента симметрии продолжительности переката через искусственную и сохранную стопы при ходьбе с экспериментальной конструкцией стопы по сравнению с промышленно изготавливаемой.

Обсуждение. Пластинчатая пружина толщиной 4 мм из титанового сплава выигрывает по сравнению со стальной пружиной толщиной 3 мм по показателям продольного прогиба под нагрузкой, но биомеханические исследования не выявили выраженного предпочтения экспериментальной стопы с одним из этих материалов по сравнению с другим. При этом каждая из них оказалась более функциональной, чем выбранная для исследования промышленно изготавливаемая стопа. Но высокая коррозионная стойкость и небольшой удельный вес титанового сплава, более высокая механическая прочность на единицу массы по сравнению со сталью, придают преимущества этому материалу для изготовления амортизационных модулей именно в атипичных протезах. Выбор толщины упругого элемента может и должен быть рассчитан с учётом веса инвалида.

Заключение. Изготовление упругих элементов из титановых сплавов является перспективным при применении в искусственных стопах для атипичных протезов, требующих высокую коррозионную стойкость и механическую прочность при небольшой массе изделия. Положительным фактором применения титановых сплавов для изготовления амортизаторов стопы в виде пластинчатых пружин является простота и невысокая стоимость конструкции.